Rozwój mikrobiologii przyniósł wiele odkryć w ostatnich dziesięcioleciach. A jedną z nich są osobliwości ruchu wiciowców. Konstrukcja silników tych starożytnych organizmów okazała się bardzo złożona i zgodnie z zasadą ich pracy bardzo różni się od wici naszych najbliższych eukariotycznych krewnych pierwotniaków. Silnik wiciowców to najgorętszy spór między kreacjonistami a ewolucjonistami. O bakteriach, ich silnikach wiciowych i nie tylko - ten artykuł.
Biologia ogólna
Na początek pamiętajmy, jakimi są organizmami i jakie miejsce zajmują w systemie świata organicznego na naszej planecie. Domena bakterii łączy ogromną liczbę jednokomórkowych organizmów prokariotycznych (bez wytworzonego jądra).
Te żywe komórki pojawiły się na scenie życia prawie 4 miliardy lat temu i były pierwszymi osadnikami planety. Oni sąmogą mieć różne kształty (cocci, pręciki, vibrios, krętki), ale większość z nich to wici.
Gdzie żyją bakterie? Wszędzie. Na planecie jest ponad 5×1030. W 1 gramie gleby jest ich około 40 milionów, w naszym ciele żyje aż 39 bilionów. Można je znaleźć na dnie Rowu Mariańskiego, w gorących „czarnych palaczach” na dnie oceanów, w lodzie Antarktydy, a obecnie masz na rękach do 10 milionów bakterii.
Wartość jest niezaprzeczalna
Pomimo ich mikroskopijnych rozmiarów (0,5-5 mikronów), ich całkowita biomasa na Ziemi jest większa niż łączna biomasa zwierząt i roślin. Ich rola w obiegu substancji jest niezastąpiona, a ich właściwości konsumentów (niszczycieli materii organicznej) nie pozwalają na pokrycie planety górami trupów.
I nie zapominaj o patogenach: dżuma, ospa, kiła, gruźlica i wiele innych chorób zakaźnych są również wywoływane przez bakterie.
Bakterie znalazły zastosowanie w działalności gospodarczej człowieka. Począwszy od przemysłu spożywczego (produkty z kwaśnego mleka, serów, marynowanych warzyw, napojów alkoholowych), zielonej gospodarki (biopaliwa i biogaz) po metody inżynierii komórkowej i produkcji leków (szczepionek, serum, hormonów, witamin).
Ogólna morfologia
Jak już wspomniano, ci jednokomórkowi przedstawiciele życia nie mają jądra, ich dziedziczny materiał (cząsteczki DNA w postaci pierścienia) znajdują się w pewnym obszarze cytoplazmy (nukleoid). Ich komórka ma błonę plazmatyczną igęsta kapsułka utworzona przez mureinę peptydoglikanu. Z organelli komórkowych bakterie mają mitochondria, mogą występować chloroplasty i inne struktury o różnych funkcjach.
Większość bakterii to wici. Szczelna kapsuła na powierzchni komórki uniemożliwia im poruszanie się, zmieniając samą komórkę, tak jak robią to ameby. Ich wici to gęste formacje białkowe o różnej długości i średnicy około 20 nm. Niektóre bakterie mają pojedynczą wić (jednokrotna), podczas gdy inne mają dwie (amfitrosa). Czasami wici układają się w pęczki (lofotrichous) lub pokrywają całą powierzchnię komórki (peritrichous).
Wiele z nich żyje jako pojedyncze komórki, ale niektóre tworzą skupiska (pary, łańcuchy, włókna, strzępki).
Funkcje ruchu
Bakterie wici mogą poruszać się na różne sposoby. Niektórzy poruszają się tylko do przodu i zmieniają kierunek przez upadki. Niektóre są zdolne do drgania, podczas gdy inne poruszają się, przesuwając się.
Wici bakteryjne działają nie tylko jako komórkowe „wiosło”, ale mogą być także narzędziem „abordażu”.
Do niedawna wierzono, że wić bakterii macha jak ogon węża. Ostatnie badania wykazały, że wić bakterii jest znacznie bardziej skomplikowany. Działa jak turbina. Dołączony do napędu obraca się w jednym kierunku. Napęd lub wici silnik bakterii to złożona struktura molekularna, która działa jak mięsień. Z tą różnicą, że mięsień musi się rozluźnić po skurczu, a motoryka bakterii pracuje nieustannie.
Nanomechanizm wici
Bez zagłębiania się w biochemię ruchu, zauważamy, że w tworzeniu napędu wici bierze udział do 240 białek, które są podzielone na 50 składników molekularnych o określonej funkcji w systemie.
W tym systemie napędowym bakterii znajduje się wirnik, który się porusza i stojan, który zapewnia ten ruch. Jest wał napędowy, tuleja, sprzęgło, hamulce i przyspieszacze
Ten miniaturowy silnik pozwala bakterii przebyć 35 razy większy rozmiar w ciągu zaledwie 1 sekundy. Jednocześnie praca samej wici, która wykonuje 60 tysięcy obrotów na minutę, organizm zużywa tylko 0,1% całej energii zużywanej przez komórkę.
Zaskakujące jest również to, że bakteria może wymieniać i naprawiać wszystkie części swojego mechanizmu napędowego "w biegu". Wyobraź sobie, że jesteś w samolocie. A technicy wymieniają ostrza działającego silnika.
Flagella kontra Darwin
Silnik zdolny do pracy z prędkością do 60 000 obr./min, samoczynny rozruch i wykorzystujący jako paliwo wyłącznie węglowodany (cukier), posiadający urządzenie podobne do silnika elektrycznego – czy takie urządzenie mogło ewoluować?
To jest pytanie, które dr Michael Behe zadał sobie w 1988 roku. Wprowadził do biologii pojęcie systemu nieredukowalnego - systemu, w którym wszystkie jego części są jednocześnie niezbędne do zapewnienia jego działania, a usunięcie nawetjedna część prowadzi do całkowitego zakłócenia jej funkcjonowania.
Z punktu widzenia ewolucji Darwina wszystkie zmiany strukturalne w ciele zachodzą stopniowo i tylko te udane są wybierane przez dobór naturalny.
Wnioski M. Behe, przedstawione w książce „Czarna skrzynka Darwina” (1996): silnik wiciowców jest niepodzielnym układem składającym się z ponad 40 części, a brak przynajmniej jednej prowadzi do kompletna niefunkcjonalność systemu, co oznacza, że system ten nie mógł powstać w wyniku doboru naturalnego.
Balsam dla kreacjonistów
Teoria stworzenia w formie przedstawionej przez naukowca i profesora biologii, dziekana Wydziału Nauk Biologicznych Lehigh University of Bethlehem (USA) M. Behe’a od razu przyciągnęła uwagę duchownych kościelnych i sympatyków teoria boskiego pochodzenia życia.
W 2005 roku Behe był nawet świadkiem procesu sądowego w Stanach Zjednoczonych, gdzie Behe był świadkiem zwolenników teorii „inteligentnego projektu”, która rozważała wprowadzenie badania kreacjonizmu w szkoły Dover w ramach kursu „O pandach i ludziach”. Proces został przegrany, nauczanie takiego przedmiotu uznano za sprzeczne z obecną konstytucją.
Ale debata między kreacjonistami a ewolucjonistami trwa do dziś.
