Le développement de la microbiologie a apporté de nombreuses découvertes au cours des dernières décennies. Et l'un d'eux est les particularités du mouvement des bactéries flagellées. La conception des moteurs de ces organismes anciens s'est avérée très complexe et, selon le principe de leur travail, est très différente des flagelles de nos plus proches parents eucaryotes des protozoaires. Le moteur de la bactérie flagellée a été la plus vive controverse entre créationnistes et évolutionnistes. À propos des bactéries, de leurs moteurs flagellaires et bien plus encore – cet article.
Biologie générale
Pour commencer, rappelons-nous quel type d'organismes ils sont et quelle place ils occupent dans le système du monde organique sur notre planète. Le domaine des bactéries réunit un grand nombre d'organismes procaryotes unicellulaires (sans noyau formé).
Ces cellules vivantes sont apparues sur la scène de la vie il y a près de 4 milliards d'années et ont été les premiers colons de la planète. Ils sontpeuvent être de formes diverses (cocci, bâtonnets, vibrions, spirochètes), mais la plupart sont des flagelles.
Où vivent les bactéries ? Partout. Il y a plus de 5×1030 sur la planète. Il y en a environ 40 millions dans 1 gramme de sol, jusqu'à 39 billions vivent dans notre corps. On les trouve au fond de la fosse des Mariannes, dans des "fumeurs noirs" chauds au fond des océans, dans la glace de l'Antarctique, et vous avez actuellement jusqu'à 10 millions de bactéries sur les mains.
La valeur est indéniable
Malgré leur taille microscopique (0,5-5 microns), leur biomasse totale sur Terre est supérieure à la biomasse des animaux et des plantes réunis. Leur rôle dans la circulation des substances est irremplaçable, et leurs propriétés de consommateurs (destructeurs de matière organique) ne permettent pas de recouvrir la planète de montagnes de cadavres.
Et n'oubliez pas les agents pathogènes: la peste, la variole, la syphilis, la tuberculose et de nombreuses autres maladies infectieuses sont également causées par des bactéries.
Les bactéries ont trouvé une application dans l'activité économique humaine. De l'industrie alimentaire (produits à base de lait caillé, fromages, légumes marinés, boissons alcoolisées), l'économie verte (biocarburants et biogaz) aux méthodes d'ingénierie cellulaire et à la production de médicaments (vaccins, sérums, hormones, vitamines).
Morphologie générale
Comme déjà mentionné, ces représentants unicellulaires de la vie n'ont pas de noyau, leur matériel héréditaire (molécules d'ADN sous forme d'anneau) est situé dans une certaine zone du cytoplasme (nucléoïde). Leur cellule possède une membrane plasmique etune capsule dense formée par le peptidoglycane muréine. Parmi les organites cellulaires, les bactéries ont des mitochondries, il peut y avoir des chloroplastes et d'autres structures aux fonctions diverses.
La plupart des bactéries sont des flagelles. La capsule serrée à la surface de la cellule les empêche de se déplacer en modifiant la cellule elle-même, comme le font les amibes. Leurs flagelles sont des formations protéiques denses de différentes longueurs et d'un diamètre d'environ 20 nm. Certaines bactéries ont un seul flagelle (monotriches), tandis que d'autres en ont deux (amphitriches). Parfois, les flagelles sont disposés en faisceaux (lophotrichous) ou recouvrent toute la surface de la cellule (péritriche).
Beaucoup d'entre eux vivent comme des cellules individuelles, mais certains forment des grappes (paires, chaînes, filaments, hyphes).
Caractéristiques de mouvement
Les bactéries flagellaires peuvent se déplacer de différentes manières. Certains ne font qu'avancer, et changent de direction en culbutant. Certains sont capables de se contracter, tandis que d'autres se déplacent en glissant.
Les flagelles bactériens fonctionnent non seulement comme une "rame" cellulaire, mais peuvent aussi être un outil d'"embarquement".
Jusqu'à récemment, on croyait que le flagelle d'une bactérie remuait comme la queue d'un serpent. Des études récentes ont montré que le flagelle des bactéries est beaucoup plus compliqué. Il fonctionne comme une turbine. Attaché au lecteur, il tourne dans un sens. Le moteur, ou moteur flagellaire des bactéries, est une structure moléculaire complexe qui fonctionne comme un muscle. À la différence que le muscle doit se détendre après la contraction et que le moteur bactérien fonctionne en permanence.
Nanomécanisme du flagelle
Sans entrer dans la biochimie du mouvement, nous remarquons que jusqu'à 240 protéines sont impliquées dans la création de la pulsion du flagelle, qui sont divisées en 50 composants moléculaires ayant une fonction spécifique dans le système.
Dans ce système de propulsion des bactéries, il y a un rotor qui se déplace et un stator qui assure ce mouvement. Il y a un arbre de transmission, une douille, un embrayage, des freins et des accélérateurs
Ce moteur miniature permet à une bactérie de voyager 35 fois sa propre taille en seulement 1 seconde. Dans le même temps, le travail du flagelle lui-même, qui fait 60 000 tours par minute, le corps ne dépense que 0,1% de toute l'énergie consommée par la cellule.
Il est également surprenant que la bactérie puisse remplacer et réparer toutes les pièces de son mécanisme de propulsion "à la volée". Imaginez que vous êtes dans un avion. Et les techniciens changent les pales d'un moteur en marche.
Flagelle contre Darwin
Un moteur capable de tourner à des vitesses allant jusqu'à 60 000 tr/min, à démarrage automatique et utilisant uniquement des glucides (sucre) comme carburant, doté d'un dispositif semblable à un moteur électrique - un tel dispositif aurait-il pu évoluer ?
C'est la question que Michael Behe, PhD, s'est posée en 1988. Il a introduit en biologie le concept de système irréductible - un système dans lequel toutes ses parties sont simultanément nécessaires pour assurer son fonctionnement, et l'élimination de mêmeune partie conduit à une perturbation complète de son fonctionnement.
Du point de vue de l'évolution de Darwin, tous les changements structurels dans le corps se produisent progressivement et seuls ceux qui réussissent sont sélectionnés par la sélection naturelle.
Les conclusions de M. Behe, exposées dans le livre "Darwin's Black Box" (1996): le moteur d'une bactérie flagellée est un système indivisible de plus de 40 parties, et l'absence d'au moins une conduira à une non-fonctionnalité complète du système, ce qui signifie que ce système n'a pas pu se produire par la sélection naturelle.
Baume pour les créationnistes
La théorie de la création telle que présentée par le scientifique et professeur de biologie, doyen de la Faculté des sciences biologiques de l'Université Lehigh de Bethléem (États-Unis) M. Behe a immédiatement attiré l'attention des ministres de l'Église et des partisans de la théorie de l'origine divine de la vie.
En 2005, Behe a même été témoin d'un procès aux États-Unis, où Behe a été témoin des partisans de la théorie du "design intelligent", qui envisageait l'introduction de l'étude du créationnisme dans le écoles de Douvres dans le cours "Sur les pandas et les gens". Le procès était perdu, l'enseignement d'une telle matière était reconnu comme contraire à la constitution en vigueur.
Mais le débat entre créationnistes et évolutionnistes continue aujourd'hui.
