Дизайн в живых организмах (моторы: АТФ-синтазы)

Автор: Джонатан Сарфати (англ. Jonathan Sarfati)
Источник: creation.com
Перевод: Владимир Силенок
Редактура: Татьяна Юревич

Жгутик бактерии с вращающимся двигателем в соотвествии с ссылкой 1. (Источник: The Bacterial Flagellum, arn.org/docs/mm/flagellum_all.htm)

Пользуясь своим жизненным опытом, мы обычно можем сказать, было ли что-то спроектировано или нет. Основным доказательством этого является высокое информационное содержание. Информационное содержание любого устройства — самого короткого алгоритма, требуемого для создания этого устройства, измеряется в битах. Это означает, что такие повторяющиеся структуры, как кристаллы, содержат в себе мало информации, потому что все, что нужно, — это указать несколько позиций и последующие инструкции, более или менее похожие. Разница между кристаллом и энзимом или ДНК такая же,  как разница между книгой, в которой нет ничего, кроме повторяющихся АБВГ  и книгой Шекспира.

На практике информация определяет количество различных частей, требующихся для работы устройства. Обычно удаление одной части может привести к дисфункции целого устройства. Биохимик Майкл Бихи в своей книге «Черный ящик  Дарвина» называет это неснижаемой сложностью.^[1] Он использует пример с очень простым устройством: мышеловкой. Она бы не работала без подставки, удерживающей планки, пружины, молоточка и ловушки, находящихся в нужном месте. Акцент книги Майкла Бихи  в том, что существует много структур в живых организмах, указывающих на неснижаемую сложность, намного превышающую мышеловку или даже созданные человеком устройства.

Моторы: пристальное изучение

Двигатель АТФ-синтазы (Источник:  ATP Mechanisms Revealed, arn.org/docs/mm/atpmechanism.htm)

Моторы  являются невероятно сложными, потому что для их функционирования требуется  множество различных частей. Например, для функционирования электродвигателя требуется источник энергии, неподвижный статор, подвижный ротор и коммутатор или кольца скольжения.

Чем больше частей требуется для двигателя, тем труднее сделать его меньшим. Миниатюризация является очень важной в компьютерной индустрии, и самые лучшие человеческие умы непрестанно работают над ней. И несмотря на то, что миниатюрные двигатели были бы очень полезными,  например, для разблокировки забившихся артерий и очистки крови, количество составляющих их частей затрудняет их создание меньше определенного размера. Но гениальные ученые создают их за каждый разом все меньшими.^[2]

Несмотря на это, дизайн в живых организмах намного превысил наши самые усердные попытки. Бактерии двигаются за счет жгутиков, волосков, приводимых в движение настоящими вращающимися двигателями. Этот двигатель размером с вирус, таким образом он намного меньше чего-бы то ни было, созданного человеком. В то же время, он может  вращаться более 1000 раз в секунду.^[3]

Но даже этот поразительно маленький двигатель не является самым маленьким в Божьем творении. В научном докладе, опубликованном в марте 1997 года, Хируоки Ноджи и др. (Hiroyuki Noji et al.) непосредственно наблюдали вращение энзима F₁-ATФ-аза, являющийся компонентом большего энзима – АТФ-синтазы.^[4,5] Подобный механизм работы энзима, был предложен Полом Бауэром.^[6]  Структурный анализ, проведенный посредством дифракции рентгеновского излучения, выполненного  группой под руководством Джона Волкера, подтвердило эту теорию.^[7] По прошествии нескольких месяцев после того, как Ноджи и др. опубликовали свою работу, было объявлено, что Бауэр и Волкер за своё открытие разделят  Нобелевскую премию по химии пополам.^[8]

Двигатель F₁-ATФ-аза, состоит из девяти субъединиц – пяти различных белков со стехиометрией 3a:3b:1g:1d:1e. В митохондрии бычьих они состоят из 510, 482, 272, 146 и 50 аминокислот соответственно, так что M_r  = 371,000. F₁-ATФ-аза представляет собой сплющенную сферу с радиусом в 10 нм и высотой в 8 нм, она насколько мала, что 10¹⁷ таких поместятся в объеме булавочной головки. Было продемонстрировано, что она вращается „как двигатель”, для того чтобы производить АТФ – химический элемент, являющийся „энергетической валютой” жизни.^[9] Этот двигатель создает огромнейший для своего размера вращающий момент– в эксперименте он прокрутил нить другого белка – актина, которая в 100 раз длиннее его. Так же, во время работы под тяжелой нагрузкой, он, скорее всего, переключается на нижнюю передачу, как и любой хорошо спроектированный двигатель.

АТФ – синтаза  состоит из мембраны  —  компонента F_O, функционирующего как  канал протонов (ионов водорода). Протоны, протекая через F_O создают движущую силу для двигателя F₁-ATФ-азы. Они вращают колесообразную структуру так же, как вода вращает колесо турбины, однако исследователи все еще пытаются до конца понять, как именно это происходит. Это вращение меняет форму  трех активных частей энзима. Затем каждая часть, в свою очередь, может присоединить АДФ и неорганические фосфаты для формирования АТФ. В отличие от большинства энзимов, которым нужна энергия для соединения строительных блоков, АТФ-синтаза использует энергию для присоединения их к энзиму и выбрасывания сформировавшихся заново молекул АТФ. Разъединение АТФ и энзима требует больших затрат энергии.

Заметка: названия двух компонентов являются историческими. Название компонента F₁ берет свое начало от слова «Fraction 1» (часть 1). Название F_O (в индексе записана буква O, а не ноль) связано с тем, что это участок, связывающий олигомицин. Олигомицин —  это антибиотик, который убивает бактерию, блокируя  протонный канал компонента F_O.

АТФ является главным  энзимом, участвующим в конверсии энергии в митохондриях (когда они встроены в кристы – складки внутренней мембраны митохондрии), хлоропластах и бактериях. Это, наверное, делает АТФ-синтазу самым распространенным белком на земле. Поскольку энергия нужна для жизни и вся жизнь использует АТФ, как энергетическую валюту (каждый из нас синтезирует и поглощает половину веса нашего тела АТФ-синтаз в день!), то жизнь не смогла бы эволюционировать до тех пор, пока этот двигатель не был полностью рабочим. Естественный отбор по определению является дифференциалом размножения, потому требует для начала существования самовоспроизводящихся систем. Потому, если бы даже можно было представить серию последовательных шагов на  вершину этой  „Горы Невероятности”,  то не было бы естественного отбора, чтобы обеспечить это восхождение.

Одна из статей журнала Nature по правде названа „Настоящие Двигатели Сотворения” (Real Engines of Creation). К сожалению, несмотря на свидетельства изысканного дизайна, многие ученые (в том числе и редактор Nature), подвержены слепой вере, что мутации и естественный отбор могли построить такие устройства.

Убедят ли эволюционистов хоть какие-то доказательства?

Известный британский эволюционист (и коммунист) Д.Б.С. Холдейн в 1949 году утверждал, что эволюция никогда бы не смогла произвести „различные механизмы, такие как колесо или магнит, которые были бы бесполезны до тех пор, пока не были бы в полной исправности.”^[10] Потому  наличие таких механизмов в природе  доказало бы  ложность эволюции. Этим молекулярные двигатели в самом деле соответствуют критериям Холдейна. Так же черепахи^[11] и бабочки монархи,^[12] которые используют магнитные сенсоры для навигации. (В дополнение к этому : были обнаружены самые разные бактерии, обладающие способностью магнитной навигации; см. статью „Самые маленькие в мире компасы” – прим. пер.). Интересно, изменил бы свое мнение Холдейн, если бы он был жив, чтобы узнать об этих открытиях? Многие эволюционисты априори исключают дизайн, потому доказательства, несмотря на их  подавляющее  количество, наверное, не имели бы эффекта.

Ссылки и примечания

1. Behe, M.J., 1996. Darwin’s Black Box: The Biochemical Challenge to Evolution,The Free Press, New York. Reviewed by Ury, T.H., 1997. Journal of Creation 11(3):283–291.
2. Hogan, H., 1996. Invasion of the micromachines. New Scientist150(2036):28–33.
3. For a good description, see Behe, Ref. 1.
4. Hiroyuki Noji et al., 1997. Direct observation of the rotation of F₁-ATPase. Nature386(6622):299–302. Comment by Block, S. Real engines of creation. Same issue, pp. 217–219.
5. Wu, C., 1997. Molecular motor spins out energy for cells. Science News151(12):173.
6. Boyer, P., 1993.  Biophys. Acta1140:215–250.
7. Abrahams, J.P. et al., 1994. Structure at 2.8 Å resolution of F₁-ATPase from bovine heart mitochondria. Nature370(6491):621–628. Comment by Cross, R.L. Our primary source of ATP. Same issue, pp. 594–595. .
8. Service, R.F., 1997. Awards for High-Energy Molecules and Cool Atoms. Science278(5338):578–579. Третьим победителем был Дженс Скоу (Jens Skou)  из Орхусского Университета в Дании. Сорок лет тому назад, он был первым, кто идентифицировал энзим, который переносит субстанции через клеточные мембраны (в  этом случае ионы натрия и калия). Это является ключевой функцией всех клеток.
9. АТФ – это сокращение слова аденозинтрифосфат. Является высокоэнергетическим компонентом, который высвобождает свою энергию посредством отделения группы фосфатов, чтобы произвести АДФ — аденозиндифосфат.
10. Dewar, D., Davies, L.M. and Haldane, J.B.S., 1949. Is Evolution a Myth? A Debate between D. Dewar and L.M. Davies vs. J.B.S. Haldane, Watts & Co. Ltd / Paternoster Press, London, p. 90.
11. Sarfati, J.D., 1997. Turtles can read magnetic maps.
12. Poirier, J.H., 1997. The Magnificent Migrating Monarch. Creation 20(1):28–31. Однако монархи используют магнитное поле земли для того, чтобы определить общее направление. В большинстве своем они полагаются на местонахождение солнца в своей навигации.