Sveiki, esu daktaras Maiklas Behe. Nesu medikas, bet tokį vaidinu
šiame įraše. Šiandien kalbėsime apie bakterijas
– mažyčius nematomus organizmus, kurie gali
mus susargdinti, o kartais ir pagerinti sveikatą.
Ačiū, Džeine. Su vienaląsčiais mikrobais
atliekami vertingi tyrimai. Tiesą sakant, mokslininkai bando
kurti išmanius būdus, kaip bakterijas tikslingai
panaudoti medicinoje. Štai pavyzdys. Tarkime,
kad šis žmogus turi auglį. Gydymui svarstoma
panaudoti žmogui draugiškas bakterijas,
pripildytas vėžį naikinančių medžiagų ir sušvirkšti jas pacientui. Šios bakterijos
juda pačios ir yra aktyvios plaukikės. Kreipiančioji sistema
nuveda bakteriją tiksliai prie naviko, kurį ji puola ir naikina.
Sveiki aplinkiniai audiniai lieka nepažeisti. Pagrindinė
plano mintis yra bakterijas aprūpinti itin tiksliai sukonstruotais magnetiniais
kristalais, kurie turi sudaryti eilę. Tai leidžia kristalams efektyviai
sąveikauti su išoriniu magnetiniu lauku. Tuomet valdiklis nuveda
bakteriją į tikslą. Tai puiki mintis, tačiau čia slypi dvi problemos.
Pirma, dar niekam nėra pavykę susintetinti tokių mažyčių kristalų. Antra,
jei ir pavyktų, nėra aišku, kaip juos patalpinti į mikroskopinę
bakteriją. Na, leiskite man atskleisti vieną
ląstalės paslaptį. Magnetinės bakterijos
nėra koks nors futuristinis mokslinės
fantastikos išmislas. Jos tikros, egzistuoja bei
geba sukurti magnetinių kristalų pačios, be jokios
mokslininkų ar inžinierių pagalbos. Štai tikra nuotrauka. Susipažinkite su
magnetotaktine bakterija, vienu didžiausių mikrobų pasaulio stebuklų.
Paprastai nanotechnologijas įsivaizduojame kaip galinčias valdyti būtybes, panašiai
kaip seriale Žvaigždžių kelias. Tačiau bakterijos negyvena
tokiomis įspūdingomis sąlygomis. Jos
glaudžiasi čia, Žemėje, drumstame vandenyje.
Gyvenimas pelkėje šiems padarams pakankamai pavojingas. Patekimas į pernelyg
deguonies prisotintą vandenį joms gali būti
pražūtingas, todėl jos juda žemyn, į tokį
gylį, kuriame deguonies mažai. Bakterijos neturi akių, o orientavimasis purviname
vandenyje yra sudėtingas. Štai čia ir pasitarnauja kristalai.
Įstabu, bet magnetinės dalelės susiderina
su Žemės magnetiniu lauku. Ši orienatvimosi
sistema įgalina bakteriją nusigauti į palankią terpę.
Balandžiai, jūriniai vėžliai, lašišos ir varlės taip pat yra vieni iš gyvių,
kelionėms besinaudojančių magnetiniais Žemės laukais. Tačiau kaip
tiksliai šios pelkėse gyvenančios bakterijos
pasigamina tokias magnetines daleles? Na,
šiuose mikroskopiniuose biologiniuose stebukluose yra po gamyklą, tikrą gamyklą.
Pažvelgę į bakterijos vidų, sunkiai atskirtumėte sudėtingas
mikromašinas ir sistemas, leidžiančiais jai funkcionuoti. Tad bakterijoje
esančius komponentus pavaizduokime taip, kad galėtume suprasti.
Štai čia yra magnetotaktinės bakterijos
kristalų gamykla. Ji turi skaitmeninį valdymo
centrą, kokybės kontrolę, reaktorius, vežėjus ir taip toliau. Viskas prasideda
nuo žaliavų įgijimo. Bakterija iš supančio vandens ištraukia
geležies jonų ir procesas pajuda. Pažvelkime,
kaip viskas veikia. Pirmiausia, geležis
pereina per reguliatorių, o ji būna dviejų
rūšių: Ferum2 ir Ferum3. Reikalingas tam tikro jų
santykio mišinys. Šis įrenginys elektroniškai paverčia
geležį tokia proporcija: du Ferum3 vienam Ferum2. Tada turi būti išspręsta
rima problema. Pernelyg didelis geležies kiekis ląstelei yra toksiškas. Laimei,
gamykloje esti sprendimas pavojingoms atliekoms – magnetosoma. Jos
apsauginė membrana geležį įkalina. Pažvelgę vidun, pamatome, kad
įstabioji magnetosoma yra nano reaktorius. Geležies dalelės auginamos ir formuojamos
į stulbinančius magnetito kristalus. Galiausiai, šie krautuvai magnetosomas
pergabena. Jos kruopščiai išdėstomos išilgai
specialaus gijų pluošto, kuris veikia kaip gairė
pasiekti optimaliam magnetiniam sulygiavimui.
Kitaip tariant, gamykla įspūdinga. Tačiau
visa tai įmanoma tik dėka to, ką privalo turėti
kiekvienas šiuolaikinis fabrikas – valdymo centro,
bakterijos DNR. Visi veikimo nurodymai duodami čia. Ypatingai
stebina tai, kad galutiniai matmenys neperžengia tam tikrų ribų. Per dideli,
per maži ar netinkamos formos kristalai kliudytų
magnetizmui. Tačiau dėka tikslios jų formos
ir suderinimo, bakterija gali pasiekti reikiamą gylį.
Štai Jums ir gamykla, kuri galėtų konkuruoti su bet kuria šiuolaikine.
Tiesa, tokie stebuklai kaip magnetotaktinės
bakterijos yra pakankamai neseni atradimai.
Šiandien jau galime pažvelgti į mikrobų vidų. Iki tokių mikroskopų kaip šis,
mūsų žinios buvo ribotos. Mokslininkai manė, kad
bakterijos tebuvo įprasti knibždantys padarėliai.
Naujos technologijos mums leidžia geriau įžvelgti magnetotaktinių
bei kitų rūšių bakterijų sudėtingumą ir stebinančias savybes.
Kai kurios bakterijos, kaip ir ši, turi žiuželį, veikiantį kaip valties variklis.
Žiuželis sudarytas iš itin pažangių komponentų:
rotoriaus, statoriaus, pavaros veleno, kardaninio lanksto,
įvorių, net sankabos ir stabdžio. Šis įspūdingai
efektyvus žiuželio variklis gali išvystyti
iki šimto tūkstančių apsukų per minutę.
Negana to, kai kurios bakterijos turi ginklų.
Amunicija, iššaunama iš šių vamzdelių, turi pakankamai
galios, kad pažeistų kitų ląstelių membranas.
O tokie ginklai gali iššauti iki
šešiasdešimties molekulinių kulkų per minutę.
Kas galėjo pagalvoti, kad bakterijos taip gerai
apsirūpinusios? Tiesiog neįtikėtina. Bet tai ne viskas.
Šie mažyčiai padarėliai turi didžiulės įtakos mūsų planetos gerbūviui,
kiekvieno mūsų gyvenimus veikdamos netikėčiausiais būdais.
Niekur nepabėkite.
Sėkmės, Nensi.
O kaip tu, Elonai? Ar jau žinai, kuo nori būti užaugęs?
Noriu gaminti automobilius ir ne bet kokius, o elektrinius.
Mums nebereikės benzino ir oras taps švaresnis.
Labai įdomu, Elonai. O tu, Styvenai? Ar tu esi mąstęs apie tai, ką norėtum daryti?
Noriu gaminti telefonus. Tokius, kurie gali viską.
Galima klausytis muzikos ir žiūrėti filmukus,
net paskambinti Betmenui. Oho! Itin
ambicinga, Styvenai. Gerai. Na, o tu, Maiklai?
Noriu būti biologas. Ir daryti?... Noriu
auginti super bakterijas, kurios valgo kakutį,
paverčia jį metano dujomis, kurios varo elektrines.
[Šlykštu.] Mmm, gerai, kas dar?..
Gal Jums bakterijos atrodo vertos mažiau dėmesio
nei išmanusis telefonas ar elektromobilis,
tačiau jos yra įspūdingai sudėtingos ir be galo naudingos.
Beje, tikrai yra didelių pieno ūkių, kuriems
energija gaunama iš mėšlo. Vertingas mėšlas
surenkamas ir nugabenamas į didelį rezervuarą.
Viduje mėšlą ėdančios bakterijos jį paverčia metano
dujomis. Jos varo elektros jėgainę, pagaminančią daugiau elektros nei
reikia visam ūkiui. Naudingų bakterijų sąrašas
gana ilgas. Jos ėda ir žmonių pagamintas
plastiko atliekas, kuriomis prišiukšlinti vandenynai.
Yra inžinierių, besistengiančių bekterijomis
pakeisti silicio lustus kompiuteriuose, panaudojant
vabzdžius gaminti mažesnius ir galingesnius procesorius.
Yra ir draugiškų, mūsų sveikatai naudingų bakterijų. Jos būtinos geram
virškinimui ir sveikai odai. Žmogų sudaro maždaug
keturiasdešimti trilijonų ląstelių. Panašus, ar net dar didesnis
bakterijų skaičius tūno mumyse arba ant mūsų.
Galbūt ir dar daugiau. Vis dėlto, kadangi yra
itin mažos, visos kartu sveria kiek mažiau
nei 1/300 žmogaus kūno svorio - apie 200 g.
Galiausiai, vienas danų mokslininkas atrado nepaprastą bakteriją, valančią
nemalonaus kvapo purvą. Vienas uostas pasižymėjo
stipriu kvapu, kylančiu iš purvo. Mokslininkai
išsiaiškino, kad smarvė gali būti panaikinta bendradarbiaujančios
bakterijų kolonijos pagalba. Tūkstančiai bakterijų
suformuoja laidą, kuriuo teka elektra iš deguonies
stokojančio žemesniojo sluoksnio į deguonies prisotintą
paviršių. Elektros srovė leidžia giliai purve esančioms
bakterijoms ėsti organines atliekas ir pašalinti
dvokiantį vandenilio sulfidą. Ir čia ne pasaka. Bakterijos tikrai nuostabios.
Tiesa, kai kurios bakterijos žmonėms žalingos,
tačiau likusios yra tikri mikrobų pasaulio
superherojai. Kyla klausimas: iš kur tokia bakterijų įvairovė ir
išmanumas? Apie tai vėliau. O dabar pratęskime pokalbį apie gamyklas.
Ar yra kas kiečiau nei automobilių gamykla?
Tobulai sinchronizuoti robotai, tonos formuojamo ir
virinamo plieno bei šimtai kasdien nuo surinkimo linijos nuriedančių automobilių.
Įstabu, kad vienas netinkamai nuspaustas klavišas gali visą procesą
sustabdyti, o kitas vėl jį paleisti.
Nuo baktreijų temos niekur nenutolome, tačiau noriu, kad
pamąstytumėte apie tai, kas leidžia vykti tokiai didžiuliam
ir koordinuotam procesui. Grįžtame prie
bakterijų. Kaip jau matėme, jos gali atlikti
labai gudrių veiksmų, tačiau pačios nėra protingos. Jos neturi smegenų ir mąstyti
negali. Įspūdingi jų darbai įmanomi tik todėl kad jos turi iš ankso užprogramuotų
tikslų. Trumpai tariant, bakterijos yra nanobotai.
Kaip žmonių kurti kompiuteriniai kodai
sudėtingus mechaninius robotus įgalina atlikti
svarbias užduotis, taip ir bakterijų DNR įrašyti kodai duoda nurodymus,
ką daryti, pavyzdžiui, gaminti magnetinius
kristalus. Matome, kad net ir bakterijos yra
autonomiškos, gerai išsivysčiusios gyvybės formos. Tačiau, kaip tai nutiko?
Bakterijos egzistuoja nuo gyvybės Žemėje atsiradimo. Bėgant laikui, jų DNR
pakito. Tai vadinama mutacijomis, o jos gali pakeisti ląstelės struktūrą. Pasak
Darvino teorijos, šie maži pakitimai ir lemia evoliuciją. Negana to, Darvino mąstė,
kad dėl nesuskaičiuojamų mutacijų per didžiulį
laikotarpį, įvyko milžiniški pokyčiai. Bakterijos
su naudingomis mutacijomis išgyveno, o su žalingomis – buvo pašalintos natūraliosios
atrankos. Mutacijos lemia mažus pakitimus, kuriuos galima pastebėti gamtoje. Tačiau,
esminis klausimas yra toks: ar daugybės
mutacijų sekos per ilgą laikotarpį rezultatas
gali būti naujos funkcijos atsiradimas? Kaip
toks evoliucinis procesas būtų pritaikomas mūsų
gerai draugei – magnetotaktinei bakterijai? Kaip ji palaipsniui evoliucionavo?
Kai dar negalėjo pagaminti magnetito kristalų,
senovės bakterijos plaukiojo, maisto ieškodamos, kur tik įmanoma.
Tuomet per ilgą laiko tarpą įvyko daugybė nereguliuojamų mutacijų.
Mūsų įsivaizduojamas rezultatas yra tas, kad bakterijos
įgijo savybę kaupti didelius geležies kiekius.
Tuomet dar viena nekontroliuojamų mutacijų seka
lėmė, kad magnetosomos membranos gali sulaikyti
toksišką geležį. Dar po visos galybės įvykių
– vualia! Atsirado magnetito kristalas.
Įspūdinga, tačiau problema ta, kad tai niekaip negelbsti bakterijai.
Dar vėliau atsirado dar daugiau kristalų. Tačiau jie neturi jokios vertės,
jei nesurikiuojami į eilę. Galiausiai, vežėjai juos sudėliojo ant gijos ir
magnetinius laukus pasiekti tapo įmanoma. Kaip matote, kol
visos dalys nėra savo vietose ir tinkamai neveikia, bakterijai iš jų jokios naudos.
Galbūt aš skeptiškas, tačiau manau, kad magnetotaktinės bakterijos dalys
neišsivystė palaipsniui atsitiktinės evoliucijos
būdu. Veikiau, šis nuostabus padarėlis
pasižymi sąmoningo ir protingo sumanymo savybėmis.
Kiekvieną šiuolaikinę gamyklą grindžia sudėtingos
kompiuterinės programos. Net ir mažytė klaidelė
gali viską sugadinti. Remiantis tokia logika, žvelgdami į įspūdingas gamyklas
bakterijose, suprantame, kad ir joms reikalingi tikslūs nurodymai iš DNR kodo,
kad būtų galima konstruoti ir įveiklinti jos įrenginius.
Darvino laikais bakterijos suprastos kaip labai
paprasti organizmai. Neatrodė, kad jose slypi kas
nors įdomaus. Tad tuomet mokslininkams buvo lengva
įsivaizduoti, kad jos galėjo atsirasti atsitiktinai, be
didesnio sudėtingumo. Tačiau, mokslui žengiant į priekį,
paaiškėjo, kad bakterijos yra nesuvokiamai sudėtingos.
Toks funkcinis sudėtingumas yra pribloškiantis
įrodymas, kad šie nanobotai buvo tikslingai, protingai sukurti.
Bakterijų tema yra be galo plati. Norėdami
sužinoti daugiau, užmeskite akį į straipsnius,
vaizdo įrašus ir diskusijas mano svetainėje. Ačiū,
kad keliavote kartu. Susitiksime jau kitame filmuke,
kur ir toliau aiškinsimės ląstelės paslaptis.