A mikrobiológia fejlődése számos felfedezést hozott az elmúlt évtizedekben. És ezek egyike a flagellated baktériumok mozgásának sajátosságai. Ezen ősi organizmusok motorjainak kialakítása nagyon bonyolultnak bizonyult, és munkájuk elve szerint nagyon különbözik a protozoák legközelebbi eukarióta rokonainak flagelláitól. A flagellate baktérium motorja volt a legforróbb vita a kreacionisták és az evolucionisták között. A baktériumokról, zászlómotorjaikról és még sok másról – ez a cikk.
Általános biológia
Először emlékezzünk arra, hogy milyen organizmusok ezek, és milyen helyet foglalnak el bolygónk szerves világának rendszerében. A Baktérium domén nagyszámú egysejtű prokarióta (kialakult sejtmag nélkül) szervezetet egyesít.
Ezek az élő sejtek csaknem 4 milliárd évvel ezelőtt jelentek meg az élet színterén, és ők voltak a bolygó első telepesei. Őkkülönböző formájúak lehetnek (coccusok, rudak, vibriók, spirocheták), de legtöbbjük flagella.
Hol élnek a baktériumok? Mindenhol. Több mint 5×1030 van a bolygón. 1 gramm talajban körülbelül 40 millió van belőlük, testünkben akár 39 billió is él. Megtalálhatóak a Mariana-árok alján, forró "fekete dohányzókban" az óceánok fenekén, az Antarktisz jegében, és jelenleg akár 10 millió baktérium is van a kezein.
Az érték tagadhatatlan
Mikroszkópikus méretük (0,5-5 mikron) ellenére teljes biomasszájuk a Földön nagyobb, mint az állatok és növények biomasszája együttvéve. Szerepük az anyagok keringésében pótolhatatlan, fogyasztói tulajdonságaik (a szerves anyagok elpusztítói) nem teszik lehetővé, hogy a bolygót holttestek hegyei borítsák.
És ne feledkezzünk meg a kórokozókról sem: pestist, himlőt, szifiliszt, tuberkulózist és sok más fertőző betegséget is baktériumok okoznak.
A baktériumok alkalmazásra találtak az emberi gazdasági tevékenységben. Kezdve az élelmiszeripartól (savanyú tejtermékek, sajtok, savanyú zöldségek, alkoholos italok), a zöld gazdaságtól (bioüzemanyagok és biogáz) a sejtmérnöki módszerekig és a gyógyszergyártásig (vakcinák, szérumok, hormonok, vitaminok)
Általános morfológia
Amint már említettük, az élet ezen egysejtű képviselőinek nincs magjuk, örökítőanyaguk (a DNS-molekulák gyűrű formájában) a citoplazma (nukleoid) egy bizonyos területén találhatók. Sejtjük plazmamembránnal éssűrű kapszula, amelyet a peptidoglikán murein alkot. A sejtszervecskék közül a baktériumok mitokondriummal rendelkeznek, lehetnek kloroplasztiszok és más, különböző funkciójú struktúrák.
A legtöbb baktérium flagella. A sejt felszínén lévő szoros kapszula megakadályozza, hogy mozogjanak azáltal, hogy magát a sejtet megváltoztatja, ahogyan azt az amőbák teszik. Flagelláik különböző hosszúságú, körülbelül 20 nm átmérőjű sűrű fehérjeképződmények. Egyes baktériumoknak egyetlen flagellumjuk van (monotrichous), míg másoknak kettő (amphitrichous). Néha a flagellák kötegekbe rendeződnek (lophotrichous) vagy a sejt teljes felületét lefedik (peritrichus).
Sok közülük egysejtként él, de néhányan klasztereket alkotnak (párok, láncok, szálak, hifák).
Mozgási jellemzők
A zászlós baktériumok különböző módon mozoghatnak. Vannak, akik csak előre haladnak, és bukdácsolással irányt változtatnak. Egyesek képesek rándulni, míg mások csúsztatva mozognak.
A bakteriális flagella nem csak sejtes „evezőként” működik, hanem „beszálló” eszköz is lehet.
A közelmúltig azt hitték, hogy a baktérium flagellumja úgy csóvál, mint a kígyó farka. A legújabb tanulmányok kimutatták, hogy a baktériumok flagellumja sokkal bonyolultabb. Úgy működik, mint egy turbina. A meghajtóra rögzítve egy irányba forog. A baktériumok meghajtója vagy flagelláris motorja egy összetett molekuláris szerkezet, amely izomként működik. Azzal a különbséggel, hogy az izomnak ellazulnia kell az összehúzódás után, és a bakteriális motor folyamatosan működik.
A flagellum nanomechanizmusa
Anélkül, hogy a mozgás biokémiájába mélyednénk, megjegyezzük, hogy a flagellum drive létrehozásában akár 240 fehérje vesz részt, amelyek 50 molekuláris komponensre oszlanak, amelyek meghatározott funkciót látnak el a rendszerben.
Ebben a baktériumok propulziós rendszerében van egy forgórész, amely mozog, és egy állórész, amely ezt a mozgást biztosítja. Van egy hajtótengely, persely, tengelykapcsoló, fékek és gázpedálok
Ez a miniatűr motor lehetővé teszi, hogy a baktérium mindössze 1 másodperc alatt 35-szörösét utazzon. Ugyanakkor magának a flagellumnak a munkája, amely percenként 60 ezer fordulatot tesz, a szervezet a sejt által fogyasztott energia mindössze 0,1%-át költi el.
Az is meglepő, hogy a baktérium „menet közben” képes kicserélni és megjavítani hajtómechanizmusának minden részét. Képzeld csak el, hogy repülőgépen ülsz. A technikusok pedig kicserélik a futó motor lapátjait.
Flagella vs Darwin
Egy olyan motor, amely akár 60 000 ford./perc fordulatszámon is működik, önindító és csak szénhidrátot (cukrot) használ üzemanyagként, elektromos motorhoz hasonló eszközzel – kialakulhatott volna egy ilyen eszköz?
Ezt a kérdést tette fel magának Michael Behe, PhD 1988-ban. Bevezette a biológiába az irreducibilis rendszer fogalmát - olyan rendszert, amelyben minden része egyszerre szükséges a működés biztosításához, és az egyenletes rendszer eltávolításához.az egyik rész működésének teljes megzavarásához vezet.
Darwin evolúciója szempontjából a szervezetben minden szerkezeti változás fokozatosan megy végbe, és csak a sikereseket választja ki a természetes szelekció.
M. Behe következtetései, amelyeket a „Darwin's Black Box” (1996) című könyv tartalmaz: a flagellated baktérium motorja több mint 40 részből álló oszthatatlan rendszer, és legalább egy hiánya a rendszer teljes működésképtelensége, ami azt jelenti, hogy ez a rendszer nem jöhetett létre a természetes szelekció révén.
Balzsam kreacionistáknak
M. Behe tudós és biológiaprofesszor, a Betlehemi Lehigh Egyetem (USA) Biológiai Tudományok Karának dékánja által bemutatott teremtéselmélete azonnal felkeltette az egyházi lelkészek és az egyház támogatóinak figyelmét. az élet isteni eredetének elmélete.
2005-ben Behe még egy pernek is tanúja volt az Egyesült Államokban, ahol Behe tanúja volt az "intelligens tervezés" elméletének támogatóinak, amelyek a kreacionizmus tanulmányozásának bevezetését fontolgatták. Doveri iskolák „A pandákról és az emberekről” tanfolyamon. A folyamat elveszett, egy ilyen tantárgy oktatását a hatályos alkotmánnyal ellentétesnek ismerték el.
De a kreacionisták és az evolucionisták közötti vita ma is folytatódik.
