Kapitel 7: Rotierender Motor

Auch einige Archaebakterien, die in kochendem Wasser leben, haben einen rotierenden Motor mit einem Propeller. Die Flagelle, von einem rotierenden Motor angetrieben, ist der kleinste rotierende Motor der Welt. - Warum ist er entstanden? Wie funktioniert er? Und was braucht man, um ihn zu erdenken und ihn zu machen? Was haben Wissenschaftler jetzt darüber herausgefunden?

Professor F. C. Neidhardt und Mitarbeiter schreiben in ihrem Lehrbuch Physiology of the Bacterial Cell, über den rotierenden Motor des Bakteriums und seinen Propeller: "Die Flagelle ist das Organ bakterieller Fortbewegung. Es ist ein spiralförmiger Faden, der von einem Motor an seiner Basis angetrieben wird. Und er dreht sich, im Vergleich zur bakteriellen Oberfläche, und treibt so die Zelle durch die Flüssigkeit. Die Flagellen bewegen das Bakterium nur vorwärts, indem sie sich drehen, nicht, indem sie sich biegen, wie die eukaryotischen Geißeln. Für die Bakterien ist der Begriff Geißel (Flagellum), was 'Peitsche' bedeutet, irreführend. Die Flagellen sind ein seltenes Beispiel für sich drehende Wellen in der Biologie. Daraus können wir schließen, dass es tatsächlich biologische Räder gibt.

"Nicht alle Bakterien sind beweglich. Und einige bewegliche Bakterien haben keine Flagellen. Sie bewegen sich anders, wie zum Beispiel die sogenannten gleitenden Bakterien. Bakterien, mit Flagellen, kann man nach der Zahl und der Position ihrer Flagellen unterscheiden. Einige Arten, wie Angehörige der Gattung Pseudomonas, haben nur eine Flagelle an einem Ende. Escherichia coli hat ungefähr 10 Flagellen; ihr Verwandter Proteus, mehrere Hundert. Bei diesen Arten sitzen die Flagellen überall auf der Oberfläche. Solche Zellen nennt man deshalb peritrichos (überall behaart).

"Die Flagelle besteht aus drei Teilen, die verschiedene molekulare Kompliziertheit haben. Am weitesten draußen befindet sich der lange spiralige Faden. Er erstreckt sich 5 bis 10 µm in die Flüssigkeit hinein, in der die Zelle lebt - mehrere Male so lang wie die Zelle. Der Faden ist durch einen Haken mit dem Basalkörper (Rotationsmotor in der Zellwand) verbunden. Das ist eine komplexe Struktur. Sie verankert die Flagelle in die Zellhülle und dient als Motor, der die Flagelle dreht." (1990:47).

Woraus besteht der Faden?

Prof. F.C. Neidhardt und Mitarbeiter: "Der Faden besteht aus einem Protein, dem Flagellin. Es gibt mehrere tausend Kopien dieses Proteins in jeder Flagelle. In einigen Arten (z.B. Caulobacter), bestehen die Flagellen aus zwei Arten von Flagellin. Aber in den meisten bestehen sie nur aus einer Sorte. ... Die Flagelle von E. coli hat einen Durchmesser von etwa 20 nm, und zwar in ihrer ganzen Länge. Die Wellenlänge der spiralen Windungen ist bei den verschiedenen Arten unterschiedlich. Gewöhnlich ist eine Windung 2 bis 2,5 µm lang.

"Die Flagellin-Moleküle kommen von selbst zusammen und bilden die charakteristische Struktur des Flagellen-Fadens. Isolierte Fäden kann man in eine Lösung von Flagellin in einem Primer zerlegen. Die Flagellin-Moleküle kommen dann von selbst zusammen und bilden einen Faden. Man kann ihn nicht vom natürlichen Produkt unterscheiden. Dies ist ein schönes Beispiel biologischer Morphogenese, bei der sich die Moleküle von selbst zusammen fügen. In vitro (außerhalb des lebenden Körpers) ist die Rate der Verlängerung konstant. Und der Faden 'wächst' von dem Ende her, der von der Zelle am weitesten entfernt ist.

"Der Haken ist kurz und gebogen. Er verbindet den Flagellenfaden mit der Zelle. Er dient als Universalgelenk zwischen dem Motor im Basalkörpers und dem Faden. Die Molekülstruktur des Hakens ist auch ganz einfach. Wie beim Faden besteht auch hier der Haken aus einer Anhäufung einer einzelnen Proteinart, dem Hakenprotein. Der Haken hat einen etwas größeren Durchmesser, als der Faden, und er hat in E. coli eine konstante Länge von ungefähr 80 nm.

"Der Flagellenhaken ist mit dem Basalkörper verbunden. Das ist eine kleine, aber komplexe Struktur. Sie ist in der Zelloberfläche eingebettet. Der Basalkörper besteht aus 15 oder mehr Proteinen. Sie kommen zusammen und bilden einen Stab. An diesem Stab sitzen vier Ringe (wenigstens in gramnegativen Zellen). Die Ringe scheinen als Buchsen zu fungieren oder als 'Leiträder'. Einerseits verankern sie die Struktur in den verschiedenen Schichten der Zellhülle. Andererseits ermöglichen sie es dem Stab (dem 'Rotor') sich zu drehen. Man weiß noch nicht, wie dieser Teil des Stabes des Basalkörpers physisch auf der Zelloberfläche festgehalten wird.

"Die Zellhülle der grampositiven und gramnegativen Bakterien unterscheiden sich von einander. Deshalb kann man erwarten, dass auch die Basalkörper ihrer Flagellen verschieden sind. Grampositive Zellen haben nur zwei Ringe. Der eine ist in der Zellmembran eingebettet, und der anderen sitzt im teichonischen Säurebestandteil der Zellwand." - Neidhardt, F. C. (1990:47-49).

Warum drehen sie sich?

Warum dreht sich die Flagelle? Was steckt wirklich dahinter?

Prof. F. C. Neidhardt und Mitarbeiter: "Niemand kennt wirklich die Einzelheiten. Aber man kennt die Energiequelle, die den Basalkörper und seinen festen Haken und Faden dreht. Das ist die protonmotive Kraft oder das Membran-Potential. Diese Energie wird durch die Elektronen-Transportkette während der Atmung erzeugt oder, anaerob, durch die Hydrolyse von ATP. Der Flagellenmotor ist ein sehr tüchtiges Gerät. Und er braucht dabei nur den Durchgang von etwa 1.000 Protonen je Drehung.

"Der Flagellenmotor ist ein Teil eines komplexen Verhaltenssystems. Er ermöglicht es beweglichen Bakterien, sich in Umgebungen zu bewegen, die für das Wachstum günstig sind, und weg von feindlichen Umgebungen (Macnab, 1987b). Wie geschieht das? Die Flagellen können sich in beide Richtungen drehen, im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn. Das Ergebnis ist verschieden: Die Drehung gegen den Uhrzeigersinn treibt das Bakterium ruhig vorwärts. Das bezeichnet man als Schwimmen. Der Grund für diesen Unterschied ist, dass die Flagellenfäden normalerweise linkshändige Spiralen sind. Die Drehung gegen den Uhrzeigersinn schiebt das Bakterium vorwärts. ... Wenn sich die Flagellen gegen den Uhrzeigersinn drehen, legen sich die Flagellenfäden um die Zelle und bilden ein gemeinsames Bündel, das koordiniert wirken kann. Die Drehung im Uhrzeigersinn bewirkt, dass das Bündel auseinander fliegt.

Das Schwimmen wird gewöhnlich von Taumeln unterbrochen. Und wie lange die Zelle schwimmt und taumelt, hängt davon ab, welche chemischen Verbindungen es in der Umgebung gibt. Der Flagellenmotor antwortet auf chemische Reize, auf die Anzieher (attractants) oder Abweiser (repellants). Oder, genauer, auf die Gradienten in der Konzentration solcher Verbindungen. Die Konzentration eines Anziehers oder Abweisers bestimmt, wie lange sich die Flagellen gegen den Uhrzeigersinn oder im Uhrzeigersinn drehen. Das Nettoergebnis dieses Verhaltens ist die Chemotaxis, die Fähigkeit beweglicher Bakterien, auf Anzieher (attractants) zu und von Abweisern (repellants) weg zu schwimmen." (1990:49-51).

Eine Flagelle herstellen

Wie macht das bewegliche Bakterium seine Flagelle? Was muss es alles wissen und können? Und wie baut es die verschiedenen Teile dann zusammen? Warum kann das Bakterium seinen eigenen rotierenden Motor und Propeller machen?

Prof. F. C. Neidhardt und Mitarbeiter: "Flagellen sind komplexe Strukturen. Sie bestehen aus einem Basalkörper, einem Haken und einem langen Faden. Sie werden in einer Folge komplizierter Schritte zusammengesetzt. Mindestens 40 Gene braucht man, um die Flagelle so zusammen zu bauen, dass sie funktioniert. Die Membran spielt dabei eine Rolle. Denn man hat herausgefunden: dass bestimmte Mutanten in den äußeren Membran-Proteinen keine Flagellen haben. In E. coli scheint sich die Flagelle ununterbrochen während des ganzen Zellzykluses aufzubauen. In spezialisierten Bakterien, wie Caulobacter, hat der Vorgang eine zeitliche Beziehung mit dem Wuchs und dem Zellzyklus. Hier unterscheiden sie sich, denn bei E. coli sitzen die Flagellen überall auf seiner Oberfläche. Die Flagellen von Caulobacter sitzen nur an einem Ende der Zelle.

"Man hat eine große Anzahl von Mutanten, die partielle Flagellenstrukturen besitzen, unter dem Elektronenmikroskop untersucht. Dabei hat man eine kunstvolle Choreographie entdeckt (Abb. 17 in ihrem Buch):

·         Der Prozess beginnt nahe am Zellkörper und läuft dann nacheinander zu dem Teil, der vom Körper am weitesten entfernt ist. Der Basalkörper (Rotationsmotor) wird zuerst zusammengesetzt, dann der Haken, und schließlich, der Faden.

·         Die erste erkennbare Struktur besteht aus den innersten Ringen des Basalkörpers, der in der Zellmembran eingebaut ist.

·         Dann wird der übrige Teil des Basalkörpers zusammengebaut. Und der Haken kommt dazu, wahrscheinlich, indem er durch den zentralen Kanal hinaus fließt. Das Hauptprotein des Fadens - Flagellin - spielt beim Aufbau des Basalkörpers oder des Hakens noch keine Rolle. Man weiß nicht, wie die Länge des Hakens genau gemessen wird, außer der Tatsache, dass Mutanten in bestimmten Genen bewirken, dass 'Superhaken' entstehen. Bestimmte Proteine dienen wahrscheinlich als 'Maßstock', um die richtige Länge des Hakens zu bestimmen.

·         Jetzt wird der Faden hergestellt, indem Flagellin-Moleküle durch ein Loch in der Mitte des Rotationsmotors nach außen fließen (Abb. 18 in ihrem Buch). Wenn das Molekül die Spitze erreicht hat, verbindet es sich von selbst mit seinen Vorgängern und verlängert so den (hohlen) Faden. Das Phänomen hängt vielleicht von den Eigenschaften des Flagellins ab. Denn isolierte Flagellin-Moleküle können, wenn ein Primer vorhanden ist, sich von selbst zusammenbauen. Die Flagellenfäden, die dabei entstehen, kann man nicht von den auf der Zelloberfläche entstandenen Flagellen unterscheiden. In lebenden Zelle kann dieser Prozess lange weitergehen, obwohl sich der Fadenaufbau verlangsamt, wenn der Faden immer länger wird. Dieses Verlangsamen und mechanisches Zerbrechen erklärt vielleicht, warum die Flagellen nicht ungewöhnlich lang werden.

·         Wenn die Flagelle zusammengesetzt ist, werden mehrere Membran-Proteine in der Nähe des Basalkörpers (Rotationsmotors) eingebaut, damit die Struktur funktionieren kann. Deshalb können sich die Flagellen nicht selbst 'einschalten', bis sie vollständig zusammengesetzt worden sind.

Soweit wir das bis jetzt wissen, werden die Flagellen in allen Bakterien so ähnlich aufgebaut. Offensichtlich müssen die Details darüber, wie der fundamentale Körper in grampositiven und gramnegativen Zellen entsteht, etwas verschieden sein. In den Spirochäten werden die Flagellen ganz innerhalb des Periplasmas zusammengebaut. (Periplasma: mittlerer Teil der Zellwand des gramnegativen Bakteriums.) Wie genau die Flagellen zusammengebaut werden, darüber müssen wir noch viel lernen. Doch dies ist ein besonders aufschlussreiches Beispiel makromolekularer Selbstmontage." - Neidhardt, F. C. (1990:125-127).

 

Wie der Propeller (das Flagellum) in Salmonella typhimurium automatisch zusammen gebaut wird (1, 2). Der M-Ring und der S-Ring des Basiskörpers verbinden sich mit der Zell-Membran. (3) Der Stab kommt hinzu und das entfernte Ende des Stabes wird abgedeckt. (4) Der P-Ring kommt hinzu. Der Basiskörper wird vollständig, indem der L-Ring dazu kommt. (6). Der Haken wird gemacht und vollendet (7), indem noch andere Protein hinzu gefügt werden. (8) Der flagellare Faden wird gemacht. (9) Proteine, die den Motor befähigen, sich zu bewegen, werden in die Zellmembran eingefügt, um die flagellare Struktur (den Propeller) der Zelle zu vollenden. Das geschieht alles automatisch, mit vorgefertigten Teilen. Aus: F.C. Neidhardt et al., Physiology of the Bacterial Cell (1990:126) Bild 17.

 

 

Der Flagellen-Faden wächst, indem Flagellin-Untereinheiten durch den Flagellenkern fließen und gepresst werden. Nach F. C. Neidhardt et al. (1990:127) Abb. 18. Jede dieser Flagellin-Untereinheiten weiß, wie die ganze Flagelle entsteht. Die Information für den Aufbau des ganzen bakteriellen Propellers ist in jeder Flagellin-Untereinheit codiert und gespeichert. Ein Beispiel für vollautomatisierte Montage, die von der modernen Industrie auch am Anfang dieses 21. Jahrhunderts nicht erreicht wird. Das Bakterium hat diese Technologie schon vor 3,5-3,8 Milliarden Jahre benutzt. Diese biochemische und technische Sachkenntnis hat die bakterielle Zelle nicht erfunden oder entdeckt. Sie stammt vom Schöpfer.

 

 

 

 

Die zytoplasmatische Membran eines Einzellers, während sie Protonen transportiert. Die F1 FATPase erzeugt gerade ATP, die Energie der Zelle. Nach: Neidhardt et al. (1990:158) Bild 9. Das ist der kleinste Rotationsmotor der Welt.

 

Mit der Flagelle schwimmen

Wie schwimmt das Bakterium mit seiner Flagelle? Wie funktioniert das?

Prof. F. C. Neidhardt und Mitarbeiter: "Die bakterielle Flagelle ähnelt einem Propeller, der an einem Motor sitzt. Sein spiralförmiger Faden ist der Propeller, sein Basalkörper mit seinem Wellenlager. Der Haken funktioniert wahrscheinlich als ein Universalgelenk. Der Motor, der in der cytoplasmatischen Membran eingebettet ist, wird von fließenden Protonen gedreht. Die Kraft fließender Protonen treibt ihn an, wie man das sehr direkt nachgewiesen hat: Die Flagellen, die (beim Experiment) in leeren Zellhüllen sitzen, drehen sich mit voller Geschwindigkeit, wenn der Puffer außerhalb der Zelle so eingestellt worden ist, dass er etwa vier pH-Wert-Einheiten kleiner ist, als der im Innern.

"Ungefähr 1.000 Protonen fließen durch die Zellhülle, wenn sich der Motor einmal dreht. Diese Menge ist nur ein winziger Teil der Energie. Die Zelle gibt weniger als 1% vom Energiebudget für Motilität aus. Fließende Protonen treiben die Flagellenmotoren enterischer Bakterien und der meisten anderen Bakterien an. Doch manchmal werden auch andere Ionen benutzt. Die Flagellen der alkalophilen Bakterien werden von fließenden Natrium-Ionen gedreht.

"Enterische (= Darm) Bakterien, die peritrochos (überall behaart) sind, haben eine Anzahl von Flagellen, die etwas willkürlich über ihrer Oberfläche verteilt sind. So eine Anordnung scheint mit zielgerichteter Bewegung der Zelle unvereinbar zu sein. Man könnte meinen, dass so eine Anordnung die Zelle gleichmäßig in alle Richtungen schieben würde, und dass sie sich überhaupt nicht vorwärts bewegen kann. Aber das geschieht nicht. Wenn sich die Flagellen gegen den Uhrzeigersinn drehen (wenn man von der Zelle nach außen schaut), dann vereinen sich alle Flagellen in ein Bündel. Das funktioniert dann als ein Propeller.

"Er bewegt die Zelle gleichmäßig und recht schnell durch die Flüssigkeit: Bakterien, mit Flagellen, schwimmen mit einer Geschwindigkeit von 10-20 µm/sec. Das sind etwa 10 Körperlängen in der Sekunde. Ein Mensch müsste dann etwa 40 Meilen (64,4 km) in der Stunde gehen. Dieses gleichmäßige Schwimmen bezeichnen die Spezialisten, welche die bakterielle Chemotaxis erforschen, als einen Lauf. Den setzt das Bakterium aber nicht unbegrenzt fort. Nach einer kurzen Zeit, je nachdem, ob die Zelle taktisch angezogen wird oder nicht, dreht sich ihr Propeller in die entgegengesetzte Richtung.

"Wenn sich die Flagellen im Uhrzeigersinn drehen, fliegt das Flagellenbündel auseinander. Und die Zell taumelt, ohne sich in irgendeine Richtung zu bewegen. Auf irgendeine seltsame Weise ist die Drehung aller Flagellen auf einer Zelle aufeinander abgestimmt (koordiniert): wenn eine ihre Drehrichtung umschaltet, schalten sie alle um. Die Zeit, in der sie taumelt, ist immer sehr kurz, weniger als eine Sekunde. Aber dadurch verändert sich die Richtung, in der die Zelle schwimmt; dann mag sie in irgendeine Richtung weiterschwimmen. Damit eine Taxis entsteht (bestimmte Chemikalien finden oder meiden), ist das Taumeln ebenso wichtig wie der Lauf." (1990:184, 185).

Wie die Zelle riecht

Wie findet die bakterielle Zelle ihr Futter? Und wie meidet sie Substanzen, die ihr schaden könnten? Wie riecht die Zelle, da sie doch keine Nase hat?

Prof. F. C. Neidhardt und Mitarbeiter: "Die Zelle misst, erinnert sich, misst wieder und vergleicht. Die Zelle reagiert auf eine Änderung in der Futterkonzentration, nicht auf ihren absoluten Wert. Deshalb muss sie sich ständig höheren Konzentrationen anpassen, damit sie noch höhere entdecken kann. Anpassung ist ein fundamentaler Teil der Sinneswahrnehmung. Unser eigenes Sehvermögen beruht auf ähnlichen Prinzipien. Dabei geht es darum, dass man die Unterschiede in der Lichtstärke bei verschiedenen absoluten Niveaus der Intensität erkennt.

"Einen Satz transmembrane Proteine bezeichnet man als Methyl-annehmende-Chemotaxis Proteine (MCPs). Sie entdecken und messen die Konzentration von chemisch gesteuerten Verbindungen im Nährstoff. Wie ihr Name andeutet, werden diese Proteine methyliert, als Reaktion darauf, wenn sich die Konzentration von Anziehern (attractants) oder Abweisern (repellants) in ihrer Umgebung ändert. Und während sie sich anpassen, kommen sie allmählich zu ihrem ursprünglichen Zustand der Methylierung zurück. Ein hohes Niveau von Methylierungs-Signalen verlängerte die Läufe (schwimmen). Ein niedriges Niveau vergrößert die Menge des Taumelns.

"Die MCPs müssen daher in einem Informationspfad liegen, der von der Umweltänderung dahin führt, dass er die Drehung der Flagellen steuert. Die Veränderung in der Konzentration der Anzieher (attractants) im Nährstoff bestimmt den Zustand der Methylierung der MCPs. Der Zustand ihrer Methylierung bestimmt, wie lange sich der Motor nach links dreht (gegen den Uhrzeigersinn). Es gibt drei bedeutende MCPs. -Tst, Tar, und Trg - die auf verschiedene Anzieher reagieren. Ein bestimmter Chemo-Anzieher, entweder in einem freien Zustand oder an ein periplasmatisches Protein gebunden, setzt sich an bestimmten Stellen auf der Periplasma freiliegenden Oberfläche seines besonderen MCP fest.

"So verwandelt sich ein Chemo-Anzieher in der Flüssigkeit in ein intrazellulares Signal. Und das wird dann als ein methyliertes MCP registriert. Dieses Signal läuft dann durch etwa fünf intrazellulare Proteine zu einem Schalter am Flagellenmotor. Es bestimmt, wie lange sich der Propeller nach links, entgegen dem Uhrzeigersinn, dreht. Wie das Signal durch die intrazellulare Informationskette läuft, und wie es die Drehung des Flagellenmotors lenkt, ist noch nicht klar. Aber die Proteine in der Kette haben strukturelle Ähnlichkeiten mit Proteinen in zwei Bestandteilen von Steuerungssystemen. Es könnte sein, dass diese Proteine Information über eine Kette senden, indem ein Protein das nächste phosphorylesiert." (1990:187, 190).

 

Signal umformende Proteine und Informations-Kette, die von einem chemotaktischen Signal zur Steuerung des Flagellen-Motors führt. Nach: Neidhardt et al. (1990:189) Bild 8. Das Bakterium findet seinen Weg chemisch. Seine chemischen Sensoren helfen ihm, seine Nahrung zu finden und gefährlichen Chemikalien auszuweichen. Diese sensorische Information steuert dann die Rotation des Flagellenmotors (Propellermotors).

 

Der kleinste Motor der Welt

Was haben andere Forscher über den kleinsten drehenden Motor der Welt herausgefunden? Wie funktioniert er?

David H. Freedman ist freischaffender Wissenschafts-Schriftsteller in Brookline, Massachusetts, USA. Er berichtet in Science Bd. 254, 29. November 1991 S. 1309 unter der Überschrift "Die Nanotechnologie des Lebens erforschen":

"David Blair, ein Biologe an der Universität von Utah, hat den 25-nanometer-breiten molekularen Motor untersucht. Er treibt die propellerähnliche Flagelle vieler Bakterien an. Der Motor dreht sich mit bis zu 18.000 Umdrehungen je Minute. Er bewegt eine durchschnittlich große Zelle 30.000 Nanometer weit, oder etwa 15 Körperlängen in der Sekunde. Und er ist auch umkehrbar. 'Er ist ein Triumph der Technik' meint Blair ganz begeistert. Um heraus zu bekommen, wo sich die verschiedenen 'Teile' des Motors befinden, hat Blair Gene geändert, welche die Proteine im Motor kodieren. Und er hat festgestellt, wie sich jede dieser Änderungen auswirkt. Der einzige Teil, den er bis jetzt eindeutig identifiziert hat, ist der 'Brennstoff-Injektor'. Dies ist ein Protonen-Kanal, der den Motor mit Energie versorgt. Aber er erwartet, dass er auch noch die Teile findet, die einem Rotor, Stator, Motorgehäuse und dem Getriebe entsprechen. ... Er weist auch darauf hin, dass der Motor aus molekularen Ringen gebaut zu sein scheint."

Die Professoren T. D. Brock und M. T. Madigan berichten (1991:66): "Die Energie, die man braucht, um die Flagelle zu drehen, kommt von der Kraft des Protonenflusses. Die Dissipation des Protonen-Gradienten erzeugt eine Kraft, die die Flagelle gegen den Uhrzeigersinn dreht und es durch die Flüssigkeit treibt. Die Flagellen drehen sich etwa 200mal je Sekunde (12.000 rpm). Und Kalkulationen vom Energieverbrauch des Motors zeigen, dass jede Flagelle etwa 10-15 Amperen Strom verbraucht."

Philip Poole forscht in der Mikrobiologie Abteilung an der Universität von Oxford, England. Er sagt in New Scientist vom 3. März 1990 S. 39 unter den Titel "Mikroben unterwegs": "Die Flagelle liegt außerhalb der Zelle. Aber sie wird von einem Motor angetrieben, der in der Zellmembran sitzt. Das Wort 'Motor' benutze ich hier absichtlich: Dies ist der kleinste Motor der Welt, mit seinem Durchmesser von etwa 20 Nanometer. Die Motoren, die der Mensch gebaut hat, verwenden Elektronen. Der bakterielle Motor wird statt dessen von Protonen angetrieben. Der Flagellenmotor ist noch in anderer Hinsicht bemerkenswert. Er rotiert die Flagelle mit etwa 100 Hertz. Viele andere Organismen haben Geißeln oder Cilien (Wimperhärchen). Aber diese peitschen sie nur hin und her, statt sich zu drehen, wie bei E. coli."

Kommentar: "Geißel" ist auf lateinisch "Flagellum". Deshalb ist dieser Unterschied, den man manchmal im deutschsprachigen Raum macht, nicht logisch. Im nächsten Zitat steht "Geißel" für "Flagelle".

Siegfried Scherer ist Professor für Mikrobielle Ökologie an der Technischen Universität von München. Er berichtet über den rotierenden Motor des Bakteriums Escherichia coli (1998:129,130): "In der Bakterienwelt wurden Bakterienmotoren unterschiedlichster Konstruktionsart gefunden. Der E. coli-Motor ist jedoch auf genetischer Ebene am besten untersucht. ... Abmessungen und biophysikalische Kenndaten des Rotationsmotors von E. coli (Nach MacNab 1996):

 

Abmessungen des Bakterienmotors

Länge die Zelle ca. 2µm

Länge die Geißel ca.10 µm

Durchmesser der Geißel ca. 15 nm

Länge die Motorachse ca. 30 nm

Bestückung bis zu 15 Motoren/Zelle, typisch: 8 Motoren

 

Technische Daten des Bakterienmotors

Arbeitsspannung 25-200 mV; linear zwischen 25-125 mV

Energieverbrauch ca. 1.200 Protonen/Umdrehung

0,1% des Zell-Energieverbrauchs

Höchstdrehzahl 100 rpm

Drehmoment pro Motor ca. 3·10-18 Newton

Leistung pro Motor ca. 10-16 Watt bei 20 rpm

Höchstgeschwindigkeit ca. 25 µm/sec. Entspricht 180 km/h beim Auto

Produktionskosten 2% des zellulären Biosyntheseaufwandes.

Der Motor [wird] von der Energie getrieben, die im Protonengradienten über der Cytoplasmamembran gespeichert ist. Dieser Protonengradient erzeugt außen eine gegenüber dem Cytoplasma positiv geladene Umgebung. Das Spannungsgefälle (= Membranpotential) beträgt rund 0,2 V. Bildlich gesprochen ist die Bakterienzelle eine '0,2V-Batterie', die den 'Super-Nano-Elektromotor' antreiben kann." - Scherer, S. et al. (1998:130).

 

Minimale Anforderungen an einen primitiven Bakterienrotationsmotor

"1. Ein erster Motor benötigt jedes der vorstehend genannten fünf Grundelemente, also Bakteriengeißel, Winkelstock, Rotationsachse, Lager und Motorprotein. Wenn eines dieser Grundelemente fehlt, wird, wie man leicht sehen kann, die entstandene Struktur keine Motorfunktion ausüben können, sondern nur unnötige Stoffwechselenergie kosten. Ein solches Bakterium wird im Selektionsprozess nicht bestehen können, sondern aussterben und so für weitere Evolutionsexperimente nicht mehr zur Verfügung stehen. Eine molekularbiologische Grundlage für die Spekulation, dass diese fünf Elemente tatsächlich - wenn auch unvollkommen - die Funktion von heute mehr als 40 Proteinen übernehmen können, besteht allerdings nicht.

2. Ein laufender Motor ist ein Selektionsnachteil, wenn er nicht gesteuert werden kann. Daher muss auch eine Steuerung vorhanden gewesen sein, die mindestens aus einem Sensorprotein und einem Signalübertragungsprotein bestanden haben muss. Wiederum besteht keine molekularbiologische Grundlage für die Annahme, dass diese zwei Proteine prinzipiell die Funktion von heute ca. 8 Proteinen übernehmen können.

3. Die für die neuartige Konstruktion notwendigen Umbauten sollen in Duplikaten der 'präadaptierten' Gene erfolgen. Wie von Osche treffend formuliert wurde, kann ein Lebewesen während der Veränderungen im angenommen Evolutionsprozess ja nicht 'wegen Umbau vorübergehend schließen.'" - Scherer, S. et al. (1998:130, 131).

Wechselwirkungen zwischen Signal-Umformern, Chemotaxis-Proteinen (Che) (chemisch gesteuerte Navigation) und dem Flagellen Motor (Propeller-Motor) in der bakteriellen Chemotaxis. Nach M. T. Madigan et al. (1997:244) Bild 7.22. Woher stammt diese biochemische und technische Fachkenntnis (know-how), mit der der Einzeller navigieren kann, damit er sein Futter findet und gefährliche Chemikalien rechtzeitig erkennt und ihnen ausweicht?

 

Ergebnis

Wir haben uns kurz Bakterien und Archaebakterien angeschaut, die von einem rotierenden Motor angetrieben werden, der durch chemischer Navigation gesteuert wird. Wir haben uns den rotierenden Motor und seinen Propeller im grampositiven und gramnegativen Bakterium angeschaut. Er ist etwa 20 nm lang. 1 nm (Nanometer) = 1·10-9 m (= 1/1.000.000.000 m). Er treibt stabförmige Bakterien, wie E. coli, an. Er ist etwa 2 µm lang ist, und 1 µm breit (1 µm = 1/1.000.000 m). Er bewegt auch kleinere Bakterien und Archaebakterien, mit einem Durchmesser von 0,5 µm und weniger. Der rotierende Motor, chemisch gesteuert, hilft der Zelle, ihr Futter zu finden, und gefährliche Chemikalien zu meiden.

Der kleinste Motor der Welt, chemisch gesteuert, dient also einem Zweck. Er soll ein bestimmtes Ziel erreichen: die Zelle am Leben erhalten und dafür sorgen, dass aus ihr viele werden. Und viele dieser winzigen Zellen dienen als primäre Produzenten von Futter, am Anfang der Nahrungskette der Welt. Dies widerlegt eindeutig die Lehre der Evolution, dass es weder einen Plan noch ein Ziel in der Natur gibt. Weil das einen Schöpfer voraussetzt.

Wir könnten die bakterielle Zelle (mit einem kugelförmigen oder stabförmigen Körper) mit einem Unterseeboot vergleichen, das von einem rotierenden Motor angetrieben wird. Dieses Unterseeboot wird chemischer gesteuert. Es hilft diesem winzigen Geschöpf, seinen Brennstoff und seine Ersatzteile zu finden (die gebrauchten Chemikalien), und gefährliche Stellen zu vermeiden (giftige Chemikalien). Dieses lebende Unterseeboot kann sich selbst reparieren. Und es kann sich selbst verdoppeln, aus einem zwei gleiche machen, in 20 Minuten bis zu 1 Stunde. Im Vergleich zur bakteriellen und archaeellen Zelle ist selbst das modernste atomar angetriebene Unterseeboot nur ein plumpes Ding. Das einfallsreiche Design dieser einzelligen Geschöpfe liegt weit über dem, was der Mensch bis jetzt erschaffen hat.

Wir sollten hier auch bedenken: Das einfallsreiche Design, das man jetzt in der bakteriellen und archaeellen Zelle gefunden hat, hat es schon vor 3,5-3,8 Milliarden Jahren gegeben, als das Leben auf der Erde erschien. Der Mensch hat das Bakterium und die Archaebakterie nicht gemacht. Er hat nur sie gefunden und sie etwas verstanden. Kein menschlicher Wissenschaftler kann eine bakterielle oder archaeelle Zelle, mit ihrem rotierenden Motor machen. Das ist viel zu kompliziert. Deshalb muss sie jemand erdacht und erschaffen haben, der schon lange vor dem Menschen gelebt hat, und der viel mehr über Chemie und Physik, Informationsverarbeitung, Mathematik, und Maschinenbau weiß, als irgendein Mensch, der jetzt auf der Erde lebt: der Schöpfer, der Gott der Bibel, dessen Name Jehova ist.

Die Atheisten und Agnostiker in der Welt sollten diese Tatsache nicht länger ignorieren, wenn sie ernst genommen werden möchten. Die Hypothese der Evolution (der Neodarwinismus), wie jetzt allgemein gelehrt, hat nichts mit ernsthafter Wissenschaft zu tun. Das ist eine der ältesten Formen der falschen Religion.

 

 

Nach: T. Madigan et al. (1997:85) Abb. 3.49. Auch viele Bakterien und Archaebakterien, die siedendem Wasser angepasst sind, haben einen rotierenden Motor. Wie ist er entstanden? Es gibt keinen experimentellen und paläontologischen Beweis dafür, dass er sich entwickelt hat. Die anorganische Materie weiß nichts von einer lebenden Zelle und ihren verschiedenen Teilen. Schon von Anfang an musste der rotierende Motor der Zelle perfekt sein. Sonst hätte er nicht funktioniert.

Hochqualifizierte Wissenschaftler und Techniker haben den Motor und den Propeller in einem Boot ersonnen und gebaut. Sie können nicht von selbst entstehen, weil die anorganische Materie nichts von einem Motor und einem Propeller weiß. Sie sind im Verstand eines sehr intelligenten Menschen entstanden. Auch den drehenden Motor und den Propeller der bakteriellen und archaeellen Zelle hat jemand erdacht und gemacht, der viel mehr über Maschinenbau und Biochemie weiß, als irgendein Wissenschaftler, der jetzt auf dieser Erde lebt: der Schöpfer, dessen Name Jehova ist.