تتبع باحثون من جامعة أوكلاند (نيوزيلندا) تطور إحدى أقدم آليات الطبيعة – المحرك المجهري الذي يسمح للبكتيريا بالتحرك. وفقًا لقائدة المشروع، عالمة الأحياء كارولينا بوينتي ليليفر، تمكن العلماء من إنشاء نموذج المنشأ الأكثر اكتمالًا حتى الآن بروتينات الجزء الثابت – هياكل تعمل مثل المكابس، وتحول تدفق الأيونات إلى حركة دورانية. ونشرت النتائج في المجلة mBio.

يتم بناء بروتينات الجزء الثابت في جدار خلية البكتيريا وتوفر دوران السوط، وهو “ذيل” رفيع يدفع الخلية للأمام مثل المروحة المجهرية. تقوم هذه البروتينات بتحويل طاقة تدفق الأيونات إلى عزم دوران، مما يتسبب في دوران السوط بسرعات تصل إلى مئات الدورات في الثانية.

استخدم العلماء خوارزمية الذكاء الاصطناعي AlphaFold (التي حصلوا عليها على جائزة نوبل في عام 2024). استعادة البنية ثلاثية الأبعاد للبروتينات القديمة والتحليل أكثر 200 جينوم بكتيري. أتاحت مقارنة البيانات بناء “شجرة” تطورية وتتبع مسار ظهور أول “محركات” بروتينية على الكوكب.

كيف اخترع التطور المحرك

اتضح أن بروتينات الجزء الثابت نشأت من البسيط ناقلات الأيونات – الجزيئات التي تضخ الجزيئات المشحونة عبر الغشاء. مع مرور الوقت، أصبح هذا النظام أكثر تعقيدا، وتحول إلى محرك كامل.

وكما أن الريش في الديناصورات القديمة كان أول من استخدم في التنظيم الحراري ثم في الطيران فيما بعد، فإن تدفق الأيونات في البكتيريا المبكرة أصبح الأساس لآلية الحركة.

تتكون المجمعات الثابتة الحديثة من البروتينات موتا و موتبوتشكيل قناة لمرور الأيونات وتوليد عزم الدوران. ولتأكيد وظيفة هذه البروتينات، قام الباحثون بحذف منطقة رئيسية من الجين في البكتيريا الإشريكية القولونية – وفقدت الخلايا قدرتها على السباحة تماماً.

يوضح بوينتي ليليفر: “أوقفنا المحرك حرفيًا وتوقفت البكتيريا عن الحركة”.

المحركات الأولى على وجه الأرض

تعد البكتيريا من أقدم الكائنات الحية على الكوكب، حيث يعود تاريخها إلى أكثر من 3.5 مليار سنة مضت عندما كانت المحيطات خضراء بالمعادن والسماء برتقالية بالغازات البركانية. في ذلك الوقت “اخترعت” الطبيعة أول محرك بيولوجي، والذي لا يزال فعالاً حتى يومنا هذا.

يقول ماثيو بيكر من جامعة نيو ساوث ويلز: “على الرغم من مليارات السنين من التطور، إلا أن مبادئ تشغيل هذه المحركات المجهرية ظلت دون تغيير تقريبًا”.