מנוע של חיידק: איך יצור בלי מוח יודע לאן לנוע?

למה יש מנוע למכונית, מטוס, רכבת, חללית, אבל לא ליצורים בטבע?

טעות. גם בטבע יש מנוע. הוא אמנם קטן, אי אפשר לראות אותו בלי מיקרוסקופ חשמלי עצום, אבל הוא מנוע. יש לו מדחף שמסתובב על ציר, ומופעל על ידי חשמל. זה הוא ה"שוטון", המאפשר לחיידק לשוט בתוך גוף האדם, למשל.

שאלתם את עצמכם פעם איך החיידק מגיע ממקום למקום בתוך הגוף? הוא הולך? תופס טרמפים? מתברר שיש לו מנוע, המכונה "שוטון". לסוגים רבים ושונים של חיידקים יש מנוע שוטון. יש חיידקים שמצוידים בסדרה של מנועים כאלו, למשל חיידק האי קולי, שידוע דווקא כחיידק מזהם ולא נעים.

המנוע של השוטון הוא בקוטר של 20 ננומטר (20 מיליארדיות המטר), ואורכו עד 15 מיקרון (15 מיליוניות המטר), והוא מסתובב בקצב של מאה סיבובים לשנייה. במקרים מסוימים, כגון בחיידק הסלמונלה, הקצב מהיר בהרבה. הסיב הזה פועל כמדחף המקדם את החיידק בתוך זרם הדם, לדוגמא, אל יעדו.

הסיב מחובר לקרס גמיש, המונח על מוט שמחושק בטבעות. המנוע בנוי משני חלקים עיקריים: סטטור ומוטור, כפי שמכונים חלקים אלו במנועים מכאניים.

האנרגיה להפעלת המנוע מגיעה מזרם חשמלי שנוצר על ידי מפל של יוני מימן על פני דופן התא של החיידק. פרוטונים שנמצאים מחוץ לתא החיידקי זורמים פנימה דרך פתח זעיר, וזרימה זו מייצרת חשמל, יוני מימן. זה תיאור כללי מאד, ואנשי מדע מודים שאינם מבינים לחלוטין כיצד המנוע הזה פועל, אבל הם כן יכולים לצפות בו, ולתאר באופן כללי כיצד נראית פעולתו.

מעקב אחרי הגנטיקה של החיידק מלמד כיצד המנוע נוצר: 26 רכיבים חלבוניים, המכונים "פליפ", נדבקים זה לזה ויוצרים טבעת. כמו בכל מנוע, נדרשת טבעת כדי לוודא שהמדחף לא יחליק מעל המוט תוך כדי תנועה. טבעת תחתונה, שמונעת חיכוך בגוף החיידק, נוצרת מחלבונים בשם "פליג" שנצמדים בצורה ייחודית, וחלבונים מסוג "פלין" יוצרים את הטבעת השלישית, שנדרשת לסיבוב הרוטור. 

מה שמפליא הוא שהמנוע הזה נמצא מחוץ ל"גוף" החיידק. רכיבים מיוחדים לבניית המנוע "נוסעים" החוצה מתוך החיידק ו"מורכבים" בחוץ, כזנב חיצוני.

הסיב המילימטרי הזה מכיל כ-25 אלף תת יחידות, פרטים הנדרשים לקיומו ולפעילותו. הרבה יותר מסובך ממנוע של רכב, שמכיל פחות מאלף פריטים. 

ומה היא מטרת המסעות של החיידק בתוך גופנו, או בתוך מים עומדים? הוא נע אל מקורות מזון, ומתרחק מסכנות. כיצד יודע החיידק מה טוב לו ומה רע לו? אף על פי שהוא נטול מוח, מתרחש בתוכו תהליך שנקרא "כימוטקסיס", שבו הוא מזהה מקורות מזון ומפעיל את המנוע שלו, שידחף אותו לכיוונם. התהליך גם מזהה סכנה ומפעיל את המנוע לשם בריחה.

 המנוע שבזנב השוטון משמש כאחת ההוכחות לכך שאפילו יצור "פשוט" כמו חיידק לא יכול להיווצר במקרה, כך שהנושא מטריד היטב את מכחישי הבריאה, ומדי פעם הם יוצאים בכותרת שטוענת להסבר שהפעם אכן באמת מסביר.

הביולוג האבולוציוני פרופ' ג'ונתן מקלאצ'י מנתח, לדוגמא, כותרת כזו, ומראה את אפסותה. וכך הוא כותב:

"מאמר חדש מאת אימפריאל קולג' לונדון משך את תשומת לבי, עם הכותרת הפרובוקטיבית, 'מחקר חדש מראה כיצד חיידקים פיתחו מדחפים בעלי הפעלה חשמלית'. בכותרת המשנה נאמר כי 'מעבדתו של ד"ר מורגן ביבי גילתה כיצד כמה שוטונים - מדחפים זעירים 'זנביים' המשמשים חיידקים לשחייה – התפתחו להיות חזקים יותר'. אך כשקראתי את גוף הידיעה ואת המאמר המקורי שעליו היא מבוססת, גיליתי שלא מיניה ולא מקצתיה, אין כאן לא הסבר ולא הוכחה, אלא אוסף של דברים בלתי מבוססים.

"כותב המאמר מנסה לגבב הוכחות לכך שלפעילות של החלבונים המייצרים את המנוע, יש דמיון לפעילויות אחרות של חלבונים במקרים שונים, וכך באופן אקראי ואבולוציוני התחברו כל מיני חלקים קיימים להתרחשות אחת ש'ייצרה' את המנוע הזה.  

"אך כשבודקים, רואים שזה כמו להסביר היווצרות מנוע של רכב, בכך שקודם לו היו גלילים או צינורות מתכת. אין בכלל עיסוק בכל המורכבות של היווצרות המנוע, ומדובר בזריית חול בעיני הקורא. אין אפילו ניסיון להדגים את הסבירות המתמטית של מעברים כאלה המתרחשים על ידי תהליכים לא מכוונים. זוהי תזכורת טובה מדוע חשוב תמיד להיות זהירים כשנתקלים בכותרת סנסציונית - תמיד תבדקו את המחקר המקורי בעצמכם כדי לראות אם הוא מספק את הסחורה המובטחת".