Vi bruger Cookies!     

         
 X     
intelligentdesign

Intelligent Design, Creationism and Evolution in Denmark and the rest of the world


Den bakterielle flagel

Behes eget yndlings-eksempel på en Irreducibel Kompleksitet (IK) i naturen (og det der næsten altid nævnes) er den bakterielle flagel. Her er et billede af hvad han taler om (jeg håber ikke jeg bryder nogens copyright).


                 

En meget detaljeret, animeret, beskrivelse findes her.
En model for evolution af flagellen kan ses her.
En artikel om samme emne findes i New Scientist.
Her er en artikel, der beskriver, hvorfor flagellen ikke er noget problem for evolutionesteorien.

Flagellen findes i bakterier, hvor den bruges til at svømme med. Den roterer om sin akse og virker derfor som en propel, der driver bakterien fremad.
   Behes argument er kort fortalt, at flagellen består af adskillige dele, der alle er nødvendige for at flagellen kan fungere. Videre argumenterer Behe så med, at en struktur som flagellen ikke kan udvikles ved naturlig selektion, som evolutionsteorien vil forklare det. Hvis den ikke virker, før alle dele er på plads, har selektionen ikke noget at virke på, da den jo kun kan virke på strukturer, der allerede har en funktion. 
   At flagellen skulle være dannet fuldt færdigt vil både Behe og alle tilhængere af evolutionsteorien være enige om at afvise.
   William Dembski brugen en masse krudt på at tilbagevise en tænkt påstand om at flagellen er opstået i ét hug, men det er faktisk irrelevant, da ingen har påstået det.

Hele konceptet 'Den bakterielle flagel' er faktisk en misforståelse. Der er tusindvis, måske millioner, af forskellige bakterielle flageller i forskellige bakterier (nogle gange mere end én type i samme bakterie) - se nedenfor. Dette kan måske synes at være af mindre betydning; men det afspejler muligvis en forkert tankegang hos fortalere for ID. En 'typologisk' tankegang hæfter sig ved typer. I dette tilfælde vil det være den idé, at der er en bestemt grundtype af flagellen som alle faktisk forekomne flageller er variationer af. Men den tankegang er forladt indenfor biologi for længe siden. Alle faktisk forekomne flageller er det foreløbige resultatet af en evolutionslinje. Den ene er ikke mere gundlæggende end den anden. Der er variation, indenfor og imellem flageller fra forskellige arter, men ingen er mere 'grundtype' end andre.
   Fra et evolutionssynspunkt er det heller ikke nødvendigvis sådan, at der kun er en oprindelig flagel. Det kan udmærket tænkes at en struktur, der fungerer som propel, er opstået flere gange uafhængig af hinanden. Hvis det er tilfældet, vil man forvente, at der findes flere fundamentalt forskellige typer, hvilket også viser sig at være tilfældet.

Der findes et meget stærkt argument for at flagellen ifølge Behes egen definition ikke er irreducibel. Type III sekretions-systemet (T3SS), som ses her, er et system som er bygget op af nogle af de samme proteiner som flagellen. Dets funktion er en hel anden, nemlig at skille bakterien af med virus og andre skadelige ting.

Man kunne forestille sig at dette sekretionssystem i stedet for at skille bakterien af med virus, pumpede nogle proteiner ud, som bakterien selv havde dannet (virus er hovedsageligt sat sammen af protein så det er ikke usandsynligt at en mutation i systemet kunne føre til at det 'tog fejl') Hvis så disse proteiner klistrede sammen på ydersiden af sekretionssystemet har vi allerede begyndelsen til en primitiv flagel.

Nogle argumenterer for, at T3SS er udviklet fra flagellen i stedet for omvendt. Det er selvfølgelig interessant fra et evolutionsbiologisk synspunkt, men for afvisningen af flagellen som irreducibelt system er det faktisk ligegyldigt.

 

De nuværende T3SS er sikkert ikke forfædre til flagellen. Og det er heller ikke omvendt. Det mest sandsynlige er nok at begge systemer er udviklet fra et mere primitivt sekretionssystem.

Faktisk har man kunnet konstatere at flere af de proteiner, flagellen er opbygget af, har store ligheder med proteiner med andre funktioner (se nedenfor). Det er en almindelig antagelse (og en nødvendig antagelse ifølge evolutionsteorien) at mange strukturer i levende væsner er dannet ud fra strukturere med andre funktioner. Et helt andet proteinkompleks er V-ATPase, der pumper H+ ioner henover membranen i mange forskellige organismer. Denne er interessant af to årsager:
Dels fordi den benytter rotation til sin pumpefunktion.
Dels fordi den illustrerer hvordan kompleksitet kan opstå af simplere systemer. Se her.

Ved at søge på flagel, evolution og bacteria i Biosis (Database over videnskabelig litteratur) fås ca. 900 artikler. Indholdet af nogle af dem er gennemgået herunder og viser entydigt at bakterierne har mange typer af flageller, som alle er udviklet fra andre typer strukturer.

Nature Reviews Genetics vol. 5 side 169-178, 2004: The evolution of genetic regulatory systems in bacteria
Det vigtigste er nok, at heri vises det, at nogle af de proteiner der styrer dannelsen af flagellen er identisk med proteiner der styrer dannelsen af helt andre strukturer i bakterier uden flagel.

Nature Rev Microbiol vol. 4 side 784, 2006: From the origin of Species to the origin of bacterial flagella
Meget kort er pointen i denne artikel, at der ikke findes noget der kan kaldes Den bakterielle flagel, da der er mange typer flageller i forskellige bakterier (Det er dog en udbredt talemåde). Samt at alle de mange nutidige flageller tydeligvis har fælles oprindelse i et system der er meget simplere end noget nuværende. Der er med sikkerhed flere tusind forskellige flageller i forskellige bakterier, og nogle af dem er næsten identiske i nogle dele mens andre dele er helt forskellige, eller helt mangler. At tale om 'flagellen' som Irreducibelt kompleks giver altså ingen mening, hvis man ikke nøjagtigt udpeger hvilken bakteriel flagel man taler om, og hvordan alle de andre så kan eksistere. Er de alle sammen hver for sig irreducibelt komplekse, eller hvordan skal det forstås.
Evolutionsteorien derimod har intet problem med de mange former. En nærmere undersøgelse af de mange flageller tyder helt klart på evolution.

Udover de mange flageller, er der et andet fænomen der tyder på evolution. Flere af proteinerne i flagellen viser tilstrækkelig stor homologi til at man må formode at de har fælles oprindelse: Proteiner fra 'Rod' 'Hook' og 'Filament' (Tilsammen de fleste af dele der stikker ud af cellen) viser homologi. Ligeledes er der homologi mellem andre dele af flagellen og proteiner med andre funktioner. Der findes også flagel-lignende proteiner i bakterier uden flagel. Her har de så blot andre funktioner. Alt i alt er der fundet homologer med andre funktioner til de fleste af flagellens proteiner.
Der er også eksempler på gener der oprindeligt har været brugt i flageller, men nu er muteret til ubrugelighed. Dette svarer på en måde til rudimentære organer i dyr og planter.

Flageller i bakterier og archaebakterier er ikke homologe og opbygget af forskellige proteiner. Dette er i overensstemmelse med at adskillelsen mellem bakterier og archaebakterier er et af de ældste skel i hele den levnede natur. Det er tilsyneladende sket før dannelsen af flagellen.

Et andet argument er, at der findes adskillige (ikke homologe) typer af protein der samler sig i trådformede dannelser (filamenter). Der har derfor været adskillige muligheder for at et sekretionssystem har kunne begynde at sekretere filament-proteiner.

Artiklen fremhæver et argument for evolution (men ikke nødvendigvis imod ID), nemlig at variationen i flagellinproteinerne viser, at der er sket evolution af proteinerne. 
   Selve flagellens svingtråd er opbygget af mange enheder af proteinet flagellin (i nogle flageller er der kun én type, i andre er der op til seks forskellige typer flagellin). De enkelte enheder er arrangeret så nogle dele af proteinet vender indad i svingtråden, og hæfter til andre enheder flagellin, mens andre dele vender udad. Der er mest variation i de dele af flagellinet der ikke interagerer med hinanden. Dette er præcis hvad man skulle forvente ifølge evolutionsteorien, da de dele der hæfter til hinanden er mere fastlåst i struktur end de dele, der vender væk fra de øvrige flagellin-enheder.

Det viser sig at mange af de komponenter flagellen (altså den i Salmonella typhimurium) består af, findes i andre bakterers flageller; men disse sidste indeholderogså andre proteiner, ligesom nogle proteiner mangler. Der tegner sig altså et broget billede af ligheder og forskelle mellem flageller. Helt som man skulle forvente, hvis de har fælles forfader; men helt uforståeligt ud fra ID (bortset fra det altid 'gældende' argument at designeren kan finde på hvad som helst).

De samme konklusioner ser ud til at kunne findes i 'Bacterial flagella and type III secretion: Case studies in the evolution of complexity' fra bogen 'Genome Dynamics' side 30-47, 2007 (Editor JN Volff, kapitlet er skrevet af  MJ Pallen og U Gophna, men ikke tilgængeligt på internettet, så jeg har endnu ikke læst den)

Journal of Molecular Biology vol 381 Side 456-466. Har undersøgt flageller hos Arcaebakterier og finder at nogle af dem ligner en bestemt type af bakterielle flageller, mens andre er helt forskellige.
Hvis ID er korrekt, hvorfor er der så så mange meget forskellige flageller?

Molecular Biology & Evolution vol. 25 side 2069-2076. Har undersøgt flageller hos endosymbionte bakterier (bakterier der lever inden i cellerne) hos insekter. Det viser sig at de har mistet en eller flere dele af flagellen, men det er forskelligt fra art til art hvilke der er forsvundet.

Journal of Bacteriology vol. 189 side 7098-7104: Origins of Flagellar Gene Operons and Secondary Flagellar Systems. Den måde de gener der har med flagellen at gøre er organiseret på i forskellige bakterier, er meget forskellig.

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America vol. 104 side 7116-7121. Stepwise formation of the bacterial flagellar system. Denne artikel har undersøgt genetikken bag opbygningen af flageller fra 41 bakteriearter. De mener at kunne konkludere at alle de involverede gener stammer fra nogle ganske få, måske blot et enkelt oprindeligt gen.

Journal of Molecular Microbiology & Biotechnology vol. 7 side 41-51: Recent advances in the structure and assembly of the archaeal flagellum. Her gennemgås bl.a. forskelle og ligheder mellem flageller i achaea og bacteria.

Microbiology vol. 149 side 3051-3072: Type II protein secretion and its relationship to bacterial type IV pili and archaeal flagella. Her vises det, at ligheden mellem Bacteria pili og achaea flageller kan strækkes til en særlig type af sekretprotein-strukturer.
Det er en yderligere understregning af at flageller kan være udviklet fra strukturer med sekret-funktion.

Et noget andet argument imod hele idéen om IK som biologisk begreb kan tage udgangspunkt i flagellen:
   Flagellen beskrives ofte som bestående af et vist antal proteiner, der tilsammen danner den irreducibelt komplekse struktur. Men det er ikke korrekt. To af delene omtales som 'stator' og 'rotor'. Det er disse to der drejer i forhold til hinadnen og driver svingtråden rundt. Men statoren er kun stator fordi den sidder fast i bakteriens membran. Hvis statoren ikke er fæstnet i membranen, kan flagellen ikke fungere. Derfor er mebranen per definition en del af den irreducible kompleksitet (se
definitionen).
   Men det slutter ikke her. Der skal være en energikilde. Uden stadig tilstrømning af energi kan flagellen ikke dreje rundt, og hvis den ikke drejer rundt fungerer den ikke. Derfor er energikilden (i dette tilfælde et molekyle, der kaldes ATP) en del af IK. Men ATP skal jo produceres og energien til produktionen skal komme et sted fra. Det er en række enzymer der står for produktionen af ATP og de henter typisk den energi, der bindes i ATP fra sukker og fedt (men kun indirekte - egentlig er det opbygning af en koncentrationsgradient (forskel - løst sagt) i brintioner henover membranen, der driver produktionen af ATP - denne koncentrationsforskel er så opbygget ved nedbrydning af sukker og fedt - løst sagt).   
   Men det slutter heller ikke her. Hele molevitten: De proteiner der opbygger selve flagellen; de enzymer der producerer ATP; de enzymer der nedbryder sukker og derved opbygger brintgradienten; de enzymer der står for syntesen af de såkaldte fosfolipider som membranen er opbygget af ... Alt sammen er kodet af gener, der er opbygget af DNA, så alle generne er en integreret det af den IK flagellen udgør. Ligesom hele det komplicerede apparat der producerer protein ud fra koden i DNA. Uden at alle generne er på plads bryder systemet sammen og flagellen holder op med at fungere, eller bliver aldrig dannet.

Pointen med alt dette er, at det ikke giver nogen mening at snakke om at en bestemt del af alt dette er en IK. Det hele skal med for at flagellen fungerer; derfor er det hele (og meget mere) pr. definition en den af IK. Det er meget vanskeligt at trække en grænse andre steder en ved hele organgismen (som på sin side også hurtigt holder op med at fungere hvis ikke den får tilført føde og befinder sig i vand). Og derfor er hele konceptet IK meningsløst fra et biologisk synspunkt.

Og så en alvorlig konsekvens:
Hvis man godtager ID som forklaring vil der ikke være nogen grund til at lede efter andre forklaringer og sammenhænge, og så bliver man aldrig klogere. Ved at undersøge sagen nøjere, kommer man frem til at flagellen, som så mange andre strukturer, understøtter evolutionsteorien.

På internettet findes flagellen omtalt adskillige steder. Her er nogle stykker.

The Collapse of Ireducible Complexity (Kenneth Miller)
En skitse til en teori for hvordan flagellen kan være blevet til ved evolution kan findes her (Engelsk og noget teknisk)

 

210211

 

 

 

 

 

Opdateret 21/01/2012