Celle maskiner opprettholder planeten for liv
Evolution news; 16. juni 2017
Oversatt herfra.

Bilde1 Balteriell maskin; kredit: University of Liverpool.

Tell antall ganger ordet 'maskiner' forekommer i denne nyhetsartikkelen fra 'University of Liverpool':
1. "Nanoteknologi avslører skjulte dybder av bakterielle 'maskiner'..."
2. "Ny forskning fra 'University of Liverpool', publisert i journalen Nanoscale -her, har undersøkt strukturen og materialegenskapene til protein-maskiner i bakterier, som har kapasitet til å omdanne karbondioksid til sukker gjennom fotosyntese."
3. "Unike interne 'maskiner' i cyanobakterier, kalt karboksysomer, tillater at organismene konverterer karbondioksid til sukker og gir innvirkning på global biomasseproduksjon og miljø."
4. "Så langt er lite kjent om hvordan disse 'maskinene' er konstruert og opprettholder sin organisasjon for å utføre karbonfikserings-aktivitet."
5. "De brukte deretter elektron-mikroskopi og atomkraft-mikroskopi for å visualisere morfologien og den interne proteinorganisasjonen til disse bakterie-maskinene."
6. "Vi er nå bare begynt å forstå hvordan disse bakterie-maskiner er bygget og arbeider i naturen. Vår langsiktige visjon er å utnytte kunnskapen til å gjøre ytterligere skritt mot bedre design og prosjektering av bio-inspirerte maskiner , sier Dr. Liu. 'Kunnskapen og teknikkene kan utvides til andre biologiske maskiner .' "[Kursiv lagt til.]

Det er mye maskin-språk for en kort artikkel! Og det inkluderer ikke engang relaterte ord som mekanisk, nanoteknologi og struktur. De snakker om en utrolig liten organelle i cyanobakterier (en gang ansett blant de mest primitive av cellene) som kalles carboksysome - en av de små underverkene folk ikke vet om, men er avhengige av for livet.

"Cyanobakterier er et hovedklasse (phylum) av bakterier som produserer oksygen og energi under fotosyntese, som ligner på grønne planter. De er blant de mest rikelige organismer i hav og ferskvann."

Som artikkelen sier, gir maskinene i karboksysomer "innvirkning på global biomasseproduksjon og vårt miljø" ved å bruke sollys for å omdanne karbondioksid til sukker, og frigjøre oksygen til å puste i for oss.

Carboksysomer er polyedrale strukturer som ligner en viral proteinkappe (capsid), bortsett fra at disse levende maskinfabrikkene er "mye mykere og strukturelt fleksible, som er korrelert med deres formasjonsdynamikk og regulering i bakterier." Ved å zoome inn finner vi høyere organisasjonsnivå. Artikkelen i Nanoscale sier:
"Protein-skallet tjener som en fysisk barriere for å beskytte enzymer fra cytosol og en selektivt gjennomtrengelig membran for å formidle transport av enzymsubstrater og produkter."

Det er mer. Teamet fant tre strukturelle domener inne, "et enkeltlags tyve-flaters skall, et indre lag og para-krystallinske arrangement av interiør Rubisco." Rubisco? Er det en slags smellbonbon (cracker)? Nei - det er en annen av de viktigste tingene i naturen du kanskje aldri har hørt om, og her er det lagt ut i fine ordnede rader i en geometrisk nanofabrikk.

Bilde 2. Hierarkisk oppbygning av cyano-bakterien

Kort om "Ribulose 1,5-bisfosfat-karboksylase/oksygenase" (Rubisco): Rubisco er det mest tallrike proteinet på jorden. Ifølge PNAS -her løser denne maskinen et "uhyggelig forvirrende puslespill" for å skille mellom 'formløse' molekyler karbondioksid og oksygen, og det "kan være nesten perfekt optimalisert" for å gjøre det. En gang ble det antatt å være et sakte, tregt enzym som lekker, men forfatterne finner ellers:
"Vi hevder at alle Rubiscos kan være nesten perfekt tilpasset de forskjellige , og termiske forholdene i deres sub-cellulære miljøer, og optimaliserer dette kompromisset mellom /- spesifisitet og den maksimale rate for katalytisk omsetning."
I Nature-kommentaren om 2006-artikkelen, tilføyde Howard Griffiths noen forbløffende fakta om Rubisco:
"Rubisco har rykte for å være sakte og ineffektiv, men det er én av livets store suksesser: globalt er det estimert 5-10 kg Rubisco for hver person på jorden, og hvert år reagerer det med 15% av det totale poolen av atmosfærisk ".

Samvirkende med Rubisco i de pent arrangert lagene i karboksysomet er et annet fantastisk enzym, karbonisk-anhydrase (Bilde 3). I fjor lærte vi om hvordan dette "finjusterte" enzymet (et av de få som benytter sink i sitt aktive område) hjelper laksene til å øke energien for musklene når de hopper til fosser -her. Her er det igjen i cyanobakterier, som arbeider med Rubisco for å regulere nivåene av karbondioksid ved å konvertere det til bikarbonat eller tilbake igjen etter behov. Protein Data Bank sier, "Karbon-anhydrase er et enzym som hjelper rask omdannelse av karbondioksid og vann til karbonsyre, protoner og bikarbonat-ioner." Dette allesteds-nærværende enzymet finnes i pattedyr, planter, alger og bakterier.

Bilde 3. Alpha (topp), beta (midterst), and gamma (bunnen) av karbonisk-anhydrase.

Den nåværende studien i Nanoscale forklarer hvorfor kategorisering av disse maskinene er viktig:
"Innenfor cytosol som er et overfylt og skiftende miljø , er det viktig at karboksymer er tilstrekkelig robuste til å sikre riktig proteinoppbygging, innkapsling av Rubisco-enzymer og funksjonell arkitektur. På den annen side er de også fleksible og dynamiske for å tillate metabolitt-passasje, omsetning av byggemoduler og interaksjoner med andre cellulære komponenter."
Det er ikke et fengsel, med andre ord, men en livlig fabrikk med vinduer og dører, og det avskjermer maskinene trygt for å beskytte dem.

Carboxysomer er eksempler på Bakterielle MikroKompartmenter (BMK). Disse ser ut til å være designet: "Proteinhullet, strukturelt liknende viruskapsler, er laget av flere protein-paraloger som danner heksagoner og pentagoner , og fungerer lik en fysisk barriere som kontrollerer passasjen av substrater og produkter av enzymatiske reaksjoner." Man kan finne spontane sekskanter I naturen , men noen av dem er klart utformet: de som viser "funksjonell koherens" for å bruke Douglas Axe sin term (Undeniable, s. 160, s. 178-181) -lenke.

Bilde 4. Forsøk på naturalistisk beskrivelse av molekylære maskiner

Forfatterne ser ikke ut til å ha mye bruk for evolusjonsteori; i det minste nevner de det aldri i artikkelen. Men de hadde design i sinnet:
"Studien gir ny innsikt i den innebygde strukturen og fysisk elastisitet av naturlige beta-karboksymer. Det vil styrke vår verktøykasse for design og bygging av funksjonelle metabolske maskiner med anvendelser innen bioteknologi og nanoteknologi."

Rapporten fra Universitetet i Liverpool forsterker design-temaet:
"Vi begynner nå å forstå hvordan disse bakterie-maskinene er bygd og arbeider i naturen. Vår langsiktige visjon er å utnytte kunnskapen til å gjøre ytterligere skritt mot bedre design og konstruksjon av bio-inspirerte maskiner", sier Dr. Liu. "Kunnskapen og teknikkene kan utvides til andre biologiske maskiner."

Bilde 5. ATP-motoren

La oss avslutte med noen "wow" fakta om en liten cyanobacterie du kanskje ikke har hørt om. Den inneholder disse molekylære fabrikkene (carboksysomer) lastet med Rubisco og karbonanhydrase, som arbeider dag og natt for å rense atmosfæren og regulere global karbonmengde. Navnet er Prochlorococcus . Sallie W. Chisholm sier dette om den i sin Quick Guide in Current Biology -her:
*"Vi vet nå at det er rundt 100 millioner av disse små kraftverkene i hver liter sjøvann over store havområder," og likevel "er de 100 kropps lengder unna" hverandre.
*Prochlorococcus "er den minste og mest tallrike fotosyntetiske celle på jorden."
*"Det er anslått av dem i havene, samlet veier de dobbelt så mye som alle mennesker, og turnerer et overflate-areal 100 ganger jordens."
*"De utgjør halvparten av klorofyllet over store hav-økosystemer, som leverer betydelige mengder organisk karbon til resten av den mikrobielle mat-veven."
*"... de er ekstremt effektive fotosyntetiske maskiner."
*"... deres genom representerer en av de mest strømlinjeformede tegningene for livet."
*"Med en nedre grense på 1800 gener, syntetiserer de biomasse med bare solenergi, og uorganiske forbindelser. Det er minimums-liv. Det er imponerende! "

Carboksysomer regjerer verden. Hva om det ikke hadde vært nok magnesium (for klorofyll) og sink (for karbonsyreanhydrasen) nær overflaten for å levere lagene av enzymer i fabrikkene til alle billioner av trillioner celler? Jorden ser ut til å ha satt scenen for komplisert liv, et poeng Michael Denton uten tvil ville sette pris på.

Tager: Cyanobakterien; Intelligent Design (ID);Douglas Axe; Undeniable; nanoskala.