Die Entwicklung der Mikrobiologie hat in den letzten Jahrzehnten viele Entdeckungen gebracht. Und eine davon sind die Besonderheiten der Bewegung von begeißelten Bakterien. Das Design der Motoren dieser ur alten Organismen erwies sich als sehr komplex und unterscheidet sich nach dem Prinzip ihrer Arbeit stark von den Flagellen unserer nächsten eukaryotischen Verwandten der Protozoen. Der Motor des Flagellaten-Bakteriums war die heißeste Kontroverse zwischen Kreationisten und Evolutionisten. Über Bakterien, ihre Flagellenmotoren und vieles mehr - dieser Artikel.
Allgemeine Biologie
Zunächst erinnern wir uns, was das für Organismen sind und welchen Platz sie im System der organischen Welt auf unserem Planeten einnehmen. Die Bakterien-Domäne vereint eine große Anzahl einzelliger prokaryotischer (ohne gebildeten Zellkern) Organismen.
Diese lebenden Zellen erschienen vor fast 4 Milliarden Jahren auf der Bühne des Lebens und waren die ersten Siedler des Planeten. Sie sindkönnen verschiedene Formen haben (Kokken, Stäbchen, Vibrionen, Spirochäten), aber die meisten von ihnen sind Geißeln.
Wo leben Bakterien? Überall, überallhin, allerorts. Es gibt mehr als 5×1030 auf dem Planeten. In 1 Gramm Erde stecken etwa 40 Millionen davon, in unserem Körper leben bis zu 39 Billionen. Man findet sie auf dem Grund des Marianengrabens, in heißen „schwarzen Rauchern“auf dem Grund der Ozeane, im Eis der Antarktis, und Sie haben derzeit bis zu 10 Millionen Bakterien an Ihren Händen.
Der Wert ist unbestreitbar
Trotz ihrer mikroskopischen Größe (0,5-5 Mikrometer) ist ihre gesamte Biomasse auf der Erde größer als die Biomasse von Tieren und Pflanzen zusammen. Ihre Rolle im Stoffkreislauf ist unersetzlich, und ihre Eigenschaften als Verbraucher (Zerstörer organischer Stoffe) lassen es nicht zu, dass der Planet mit Leichenbergen bedeckt wird.
Und vergiss die Krankheitserreger nicht: Auch Pest, Pocken, Syphilis, Tuberkulose und viele andere Infektionskrankheiten werden von Bakterien verursacht.
Bakterien haben Anwendung in der menschlichen Wirtschaftstätigkeit gefunden. Angefangen von der Lebensmittelindustrie (Sauermilchprodukte, Käse, eingelegtes Gemüse, alkoholische Getränke), der Green Economy (Biokraftstoffe und Biogas) bis hin zu Methoden der Zelltechnik und der Herstellung von Arzneimitteln (Impfstoffe, Seren, Hormone, Vitamine).
Allgemeine Morphologie
Wie bereits erwähnt, haben diese einzelligen Vertreter des Lebens keinen Zellkern, ihre Erbsubstanz (DNA-Moleküle in Form eines Rings) befinden sich in einem bestimmten Bereich des Zytoplasmas (Nukleoid). Ihre Zelle hat eine Plasmamembran undeine dichte Kapsel, die vom Peptidoglykan Murein gebildet wird. Von den Zellorganellen haben Bakterien Mitochondrien, es kann Chloroplasten und andere Strukturen mit verschiedenen Funktionen geben.
Die meisten Bakterien sind Flagellen. Die dichte Kapsel auf der Oberfläche der Zelle verhindert, dass sie sich bewegen, indem sie die Zelle selbst verändern, wie dies bei Amöben der Fall ist. Ihre Geißeln sind dichte Proteingebilde unterschiedlicher Länge und eines Durchmessers von etwa 20 nm. Einige Bakterien haben ein einziges Flagellum (monotrich), andere zwei (amphitrich). Manchmal sind Flagellen in Bündeln angeordnet (lophotrich) oder bedecken die gesamte Oberfläche der Zelle (peritrich).
Viele von ihnen leben als einzelne Zellen, aber einige bilden Cluster (Paare, Ketten, Filamente, Hyphen).
Bewegungsfunktionen
Geißelbakterien können sich auf unterschiedliche Weise fortbewegen. Einige bewegen sich nur vorwärts und ändern die Richtung, indem sie taumeln. Manche können zucken, andere bewegen sich durch Gleiten.
Bakterielle Flagellen fungieren nicht nur als zelluläres "Ruder", sondern können auch ein "Boarding"-Werkzeug sein.
Bis vor kurzem glaubte man, dass die Geißel eines Bakteriums wie der Schwanz einer Schlange wedelt. Jüngste Studien haben gezeigt, dass das Flagellum von Bakterien viel komplizierter ist. Es funktioniert wie eine Turbine. Am Antrieb befestigt dreht er sich in eine Richtung. Der Antrieb oder Flagellenmotor von Bakterien ist eine komplexe molekulare Struktur, die wie ein Muskel funktioniert. Mit dem Unterschied, dass sich der Muskel nach der Kontraktion entspannen muss und der Bakterienmotor ständig arbeitet.
Nanomechanismus des Flagellums
Ohne in die Biochemie der Bewegung einzutauchen, stellen wir fest, dass bis zu 240 Proteine an der Entstehung des Flagellum-Antriebs beteiligt sind, die in 50 molekulare Komponenten mit einer spezifischen Funktion im System unterteilt sind.
In diesem Antriebssystem von Bakterien gibt es einen Rotor, der sich bewegt, und einen Stator, der für diese Bewegung sorgt. Es gibt eine Antriebswelle, Buchse, Kupplung, Bremsen und Gaspedal
Mit diesem Miniaturmotor kann ein Bakterium in nur 1 Sekunde das 35-fache seiner eigenen Größe zurücklegen. Gleichzeitig verbraucht der Körper durch die Arbeit des Flagellums selbst, das 60.000 Umdrehungen pro Minute macht, nur 0,1% der gesamten Energie, die die Zelle verbraucht.
Überraschend ist auch, dass das Bakterium "unterwegs" alle Teile seines Antriebsmechanismus ersetzen und reparieren kann. Stellen Sie sich vor, Sie sitzen in einem Flugzeug. Und Techniker wechseln die Flügel eines laufenden Motors.
Flagella gegen Darwin
Ein Motor, der mit Drehzahlen von bis zu 60.000 U/min laufen kann, selbststartend ist und nur Kohlenhydrate (Zucker) als Kraftstoff verwendet, mit einem Gerät, das einem Elektromotor ähnelt - könnte sich ein solches Gerät entwickelt haben?
Diese Frage stellte sich Michael Behe, PhD, 1988. Er führte das Konzept eines irreduziblen Systems in die Biologie ein – ein System, in dem alle seine Teile gleichzeitig notwendig sind, um seinen Betrieb sicherzustellen und sogar zu entfernenein Teil führt zu einer vollständigen Störung seiner Funktion.
Aus Sicht von Darwins Evolution vollziehen sich alle strukturellen Veränderungen im Körper nach und nach und nur erfolgreiche werden durch natürliche Auslese selektiert.
M. Behes Schlussfolgerungen aus dem Buch "Darwin's Black Box" (1996): Der Motor eines begeißelten Bakteriums ist ein unteilbares System aus mehr als 40 Teilen, und das Fehlen von mindestens einem wird dazu führen eine völlige Nichtfunktionalität des Systems, was bedeutet, dass dieses System nicht durch natürliche Auslese entstanden sein kann.
Balsam für Kreationisten
Die Theorie der Schöpfung, wie sie von dem Wissenschaftler und Professor für Biologie, Dekan der Fakultät für Biowissenschaften an der Lehigh University of Bethlehem (USA) M. Behe dargestellt wurde, erregte sofort die Aufmerksamkeit von Kirchendienern und Unterstützern von die Theorie vom göttlichen Ursprung des Lebens.
2005 war Behe sogar Zeuge eines Rechtsstreits in den Vereinigten Staaten, wo Behe ein Zeuge der Anhänger der Theorie des "intelligenten Designs" war, die die Einführung des Studiums des Kreationismus in Betracht zog Schulen von Dover im Kurs "Über Pandas und Menschen". Das Verfahren ging verloren, der Unterricht in einem solchen Fach wurde als verfassungswidrig anerkannt.
Aber die Debatte zwischen Kreationisten und Evolutionisten geht bis heute weiter.
