التعقيد الغير القابل للاختزال في سوط البكتيريا.

مايكل بيهي (Michael Behe) 

نحن البشر عادة ما نمتلك رأينا ساميا حول ذواتنا، و هذا الموقف يعطي لونا لرؤيتنا للعالم البيولوجي من حولنا. فنظرتنا لما هو أعلى و لما هو أسفل و لما هو متقدم في كائن حي مما هو بدائي تبدأ من فكرة أننا نجد أنفسنا في قمة الطبيعة. غير أنه لو كانت لها القدرة على الكلام، فكائنات أخرى سيدافعن عن فكرة أنهن الأسمى. و من بين هذه الكائنات نجد البكتيريا التي نعتبرها عادة كما لو أنها شكل من أشكال الحياة الأكثر بدائية.

فالعديد من البكتيريا تفتخر بامتلاك آلية رائعة تمكنها من السباحة و هي السوط الذي ليس له أي نظير في خلايا أكثر تعقيدا (1). في سنة 1973 تم اكتشاف أن بعض البكتيريا تتحرك في وسط سائل بالقيام بتدوير أسواطها. بهذه الطريقة فالسوط البكتيري يعمل كلولب دوار باختلاف الأهداب التي تتشابه حركاتها مع المجداف.

إن بنية السوط تختلف بشكل كلي على بنية الهدب، فالسوط عبارة عن ليف طويل مشابه للشعيرة مثبت في الغشاء الخلوي. فالجزء الأكبر من هذا الليف يتشكل من بروتين واحد يسمى بالفلاجلين (Flagellin). فليف الفلاجلين هو سطح "اللولب" الذي يتصل مع السائل خلال السباحة. في طرف ليف الفلاجلين قرب سطح الخلية يوجد نتوء في الطرف الأكثر كثافة من السوط حيث يقع هناك اتصال الليف مع محرك الدوار، و الطرف الذي يوصله يتم عن طريق ما يسمى ب "بروتين الكلاب". فليف السوط البكتيري، على خلاف الهدب، لا يملك بروتين المحرك بحيث إذا ما تم ضياع هذا الأخير فالليف سيبقى ساكنا وعائما في الماء، و بالتالي فإن المحرك الذي يقوم بتدوير الليف يجب أن يتواجد في مكان آخر. لقد تبين عبر التجربة أن ذاك المحرك يتواجد في أساس السوط حيث نلاحظ عبر المجهر الإلكتروني عدة بنيات تبدو كما لو أنها خواتم. فطبيعة دوران السوط لها عدة نتائج حتمية كما تمت الإشارة إلى ذلك في كتاب معروف للكيمياء الحيوية:

"(محرك الدوران السوطي) يجب أن يمتلك نفس العناصر الميكانيكية مثل أجهزة تدوير أخرى: الدوار (العنصر المحرك) و العضو الثابت (العنصر الساكن)."(2) 

المحرك في الصورة يشار إليه بالخاتم M، و العضو الثابت بالخاتم C.

فالطبيعة الدورانية للمحرك السوطي البكتيري كان اكتشافا مذهلا و غير متوقع. ففي تعارض مع أنظمة أخرى تقوم بتوليد حركات ميكانيكية (الأعضاء على سبل المثال) فالمحرك البكتيري لا يستعمل بشكل مباشر الطاقة المخزنة في الجزيئات الناقلة ك ATP، فلكي يتحرك فالسوط يستعمل الطاقة الناتجة عن السيلان الحمضي عبر غشاء البكتيريا. فالمستلزمات  الخاصة بمحرك يشتغل على أساس هذا المبدأ تعتبر جد معقدة و هي الآن بؤرة البحث المكثف. لقد تم اقتراح العديد من النماذج لتفسير المحرك إلا أنه ليس هناك أي نموذج يمكن اعتباره أمرا بسيطا. (في الصورة يمكن ملاحظة نموذج من هذه النماذج بهدف إعطاء القارئ فكرة عن التعقيد الموجود في المحرك).

السوط البكتيري يستعمل آلية الدفع اللولبي، و بالتالي فهو يملك نفس المستلزمات التي نجدها في أنظمة التنقل في وسط سائل. فكون أن السوط يتكون بشكل أساسي من ثلاث أجزاء على الأقل –اللولب و الدوار و العضو الثابت-  فذلك يجعله معقدا بشكل لا يقبل الإختزال. فالتطور التدريجي للسوط يشكل تحديا كبيرا للتطور كما هو الحال بالنسبة للهدب.

فالأدبيات المهنية التي تتحدث عن السوط البكتيري فهي متوفرة بشكل كبير كما هو الحال بالنسبة للهدب، هناك الآلاف من المقالات تم نشرها حول هذا الموضوع على طول هذه السنين. فهذا ليس أمرا جديدا، فالسوط هو نظام فيزيائي حيوي رائع و البكتيريا ذات السوط مهمة جدا من وجهة نظر طبية. فمرة أخرى نجد أدبيات التطور غائبة كليا هنا. بالرغم من أننا ذكرنا من قبل أن كل البيولوجيا من المفروض أن تُرى بمنظار التطور فلا يوجد أي عالم تطوري قام ذات مرة بنشر نموذج حول التطور التدريجي لهذه الآلة الجزيئية المذهلة. 

الوضع يتعقد:

إضافة إلى البروتينات التي تحدثنا عنها، فالسوط يتطلب ما يقارب أربعين بروتين آخر من أجل أن يعمل. و من جديد فقد تمت معرفة أدوار أغلب البروتينات بشكل دقيق و حتى الإشارات الكيميائية الضرورية لإشعال و إطفاء المحرك؛ فالبروتينات "المحور" تسمح للسوط بالتوغل عبر الغشاء الخلوي و الجدار الخلوي؛ بينما هناك بروتينات تساعد على تجميع البنية؛ و هناك أخرى لضبط تركيب البروتينات التي يتشكل بواسطتها السوط.

في الختام، بما أن علماء الكيمياء الحيوية قد بدأوا بفحص البنيات التي تبدو ظاهريا بسيطة كالهدب و كالسوط فقد بقوا مصدومين أمام هذا التعقيد الحقيقي الذي يتميز بالعشرات بل بالمئات من الأجزاء مفصلة بشكل دقيق و إنه من المحتمل جدا أن تكون العديد من هذه الأجزاء، التي لم نذكرها في هذا الكتاب، ضرورية لكي يستطيع الهدب القيام بوظيفته داخل الخلية. و كلما ارتفع عدد الأجزاء المطلوبة فصعوبة أن يكون النظام قد تطور بشكل تدريجي فهي ترتفع إلى السماء و احتمالية السيناريوهات الغير المباشرة تنهار. لقد صار دارون مستبعدا كل مرة أكثر و الأبحاث الجديدة حول وظائف البروتينات المساعدة لا يمكنها تبسيط نظام معقد لا يقبل الاختزال. فالمشكل لا يمكن أن ينفرج بل بالعكس من ذلك، لأنه فقط سوف يزيده تعقيدا.

المراجع:

1-       يمكن إيجاد مقدمة رائعة حول دراسة السوط في Voet and Voet

صفحة: 1259-1260.

تفاصيل مهمة بخصوص المحرك السوطي في:

Schuster, S.C., and Khan,S (1994) "The Bacterial Flagellar Motor," Annual Review of Biophysics and Biomolecular Structure, 23, 509-539; Caplan, S.R., and Kara-Ivanov, M. (1993) "The Bacterial Flagellar Motor," International Review of Cytology, 147, 97-164. 

2) Voet and Voet, p. 1260.

التعريف بالكاتب:

مايكل بيهي (Michael Behe) حاصل على الدكتورة في الكيمياء الحيوية من جامعة بينسيلفانيا سنة 1987. حاليا فهو يعمل كأستاذ بجامعة لاي (Leigh) و هو باحث في معهد ديسكافري (Discovery). هو واحد من أهم المنظرين للتصميم الذكي و كتب عدة كتب حول هذا الموضوع. فكتابه: "الصندوق الأسود لداروين: البيولوجيا الكيميائية تتحدى التطور" قد إختير من طرف مجلة National Review و World من بين 100 كتاب الأكثر أهمية خلال القرن 20.

تمت الترجمة من كتاب: "الصندوق الأسود لداروين"

Behe, M. (1996) Darwin's Black Box: The Biochemical Challengue to Evolution, 10th ed. (2006) Free Press, New York, p. 69-73.