細菌鞭毛－智能設計運動的標誌
張逸萍譯自﹕“Bacterial Flagella—Icon of the
Intelligent Design Movement” by Dr.
Alan L. Gillen on June 19, 2015
（https://answersingenesis.org/intelligent-design/bacterial-flagella-icon-of-the-intelligent-design-movement/）
Republished with permission and featured in The Genesis of Germs
神奇而壯麗的微生物
微生物世界中存在許多非凡的設計實例。本文將列舉其中兩個例子：細菌鞭毛和黏質沙雷氏菌（Serratia
marcescens）中血紅色色素的產生。細菌鞭毛的分子機轉非常精妙。黏質沙雷氏菌（一種桿狀細菌）能夠產生類似血液的色素，而這種驚人的能力堪稱“奇蹟”。
細菌鞭毛－智能設計運動的標誌
我們先來看邁克爾·比希（Michael
Behe）在《達爾文的黑盒子》（Darwin’s
Black Box）中以細菌鞭毛為例，為智能設計提供了一個流行的論據，用以說明不可簡化的複雜性概念。鞭毛是附著在細胞表面的螺旋狀毛髮狀附屬物，像螺旋槳一樣，使細菌能夠游泳。
細菌鞭毛是一個極為複雜的系統。所謂極為複雜的系統，是指需要多個交織的組成部分同時存在，任缺失何一個部分，都會導致整個系統功能失調。摧毀其中一部分，整個系統就會崩潰。另一方面，所謂的演化機制是，新的特徵將賦予生物體選擇性生存優勢，從而使擁有特徵狀的生物體，比沒有該特徵的生物體，更具競爭力。在新達爾文主義（neo-Darwinian）進化論中，新的特徵必須完全發育──任何折衷狀態都是行不通的。鑑於這項要求，新特徵非常複雜，以至於新達爾文主義的漸進論非常不可能，因為未完全發育的特徵不會提供選擇優勢。
捕鼠器範例
生物化學教授、1996
年暢銷書《達爾文的黑盒子》的作者比希博士對經典新達爾文主義解釋——即複雜的細胞結構是偶然產生的——提出了質疑。在書中，他用鞭毛來引入“不可簡化的複雜性”（irreducible
complexity）的概念。如果一個結構非常複雜，以至於它的所有部分必須一開始就以適當地存在，才能正常工作，那麼就稱它為不可簡化的複雜結構。細菌鞭毛的所有組成部分必須從一開始就存在，才能發揮功能。根據達爾文的進化論，任何對生物體沒有優勢（即沒有功能）的組成部分都會被淘汰或失去。這樣的結構怎麼能像經典的達爾文進化論所要求的那樣，透過漸進、一步一步的過程演化而來，這對進化論者來說是一個無法克服的障礙。然而，鞭毛的用途又使情況變得更加複雜。
有些細菌具有一根鞭毛，位於桿狀細胞的末端。細菌要朝相反方向移動，只要改變鞭毛的旋轉方向即可。其他細菌在細胞的兩端都有鞭毛，一根鞭毛用於朝一個方向運動，另一根鞭毛則用於朝相反方向運動。第三類細菌的細胞周圍有許多鞭毛。它們在細胞的一端纏繞成螺旋狀的一束，並同步旋轉，使細胞朝一個方向移動。為了改變方向，鞭毛會展開，移動到細胞的另一端，重新形成束狀，然後再次協調地旋轉。鞭毛的結構複雜性和精細的協調性，證明了一位師級大工程師的傑作，祂設計並創造了鞭毛，使其能夠以極其複雜的方式發揮作用。
你可以稱它為“創造者的分子外部馬達”。它最有趣的地方在於，它附著在一個由不同種類蛋白質構成的小型電動“馬達”上，並由該馬達驅動旋轉。與電動馬達類似，鞭狀器包含桿（驅動軸）、鉤（萬向接頭）、L
環和
P 環（襯套/軸承）、S
環和
M 環（轉子）以及
C
環和螺柱（定子）。鞭毛絲（螺旋槳）透過鉤子連接到鞭毛馬達上。鞭毛要發揮完整功能，需要超過
40
種不同的蛋白質。驅動馬達的電能來自細胞膜兩側產生的電壓差。這種馬達是自然界最優秀的分子機器之一！
一些科學家稱細菌鞭毛為“宇宙中效率最高的機器”，因為它具有自我組裝和修復、水冷旋轉發動機、質子動力驅動系統、前進和後退齒輪、每分鐘
6,000 至
17,000
旋轉的運行速度、方向反轉能力，以及具有短期記憶的硬連線信號系統。
細菌鞭毛：耶爾森氏菌(Yersinia)的設計範例
在邁克爾·比希的《達爾文的黑盒子》一書中，細菌鞭毛成為支持智能設計的有力論據之後，史考特‧明尼奇 (
Scott Minnich) 也加入了智能設計運動的行列。愛達荷大學遺傳學家兼微生物學副教授，明尼奇博士進一步闡述了這個論點，他描述了這個設計範式如何為他的研究帶來新的見解。明尼奇博士研究細菌鞭毛已有15年之久，並在以下領域發表論文：耶爾森氏菌和沙門氏菌(Salmonella )鞭毛的結構和功能；組裝藍圖和基因指令；轉錄和翻譯調控基因的詳細描述；並將運動性與訊號傳導（趨化性〔chemotaxis〕）結合。
鞭毛和基部。
Image credit: LadyofHats, via Wikimedia Commons.斯科特·明尼奇透過大規模的研究發現，細菌鞭毛提供了一個設計的範例。十多年來，明尼奇一直致力於研究小腸結腸炎耶爾森菌（Yersinia
enterocolitica ，鼠疫耶爾森菌的近親，鼠疫的病原體）的遺傳學和鞭毛結構。小腸結腸炎耶爾森菌（Y.
enterocolitica）是食源性感染的病原體（如大腸桿菌〔E.
coli 〕或彎曲桿菌〔Campylobacter〕），常見於牲畜的腸道。它透過受污染的肉類和乳製品引起食源性感染。它會導致腸熱症，並可能引發嚴重的、危及生命的感染。
在描述了構成其旋轉馬達機制的
30 多種蛋白質（整個鞭毛中接近
50
種）之後，明尼希注意到，當細菌處於壓力之下時，鞭毛的基體會產生有毒的分泌物。如果耶爾森氏菌在
20 ºC (68 ºF)
和良好的環境條件（即低滲透鹽）下，很適合它，則基體會產生鉤和絲——鞭毛的剩餘部分。明尼奇根據他的基因研究預測，好的設計將用於多種用途，就像工程師設計的具有雙重功能的結構一樣。這是良好的遺傳效率或最優遺傳設計（最低成本/效益比）。甚至在人類身上觀察到這種現象之前，他就預言了會發生什麼事。
耶爾森氏菌在其環境中具有很強的運動能力，其旋轉馬達的轉速可達每分鐘 100
轉。另一方面，如果耶爾森氏菌在
37 ºC (98.6 ºF)（或其他高鹽等壓力環境）下培養，其基體就會像「大砲」一樣，產生劇烈的毒素。（其技術名稱為
III 型分泌系統。The
Genesis of Germs書中的「傳染病的起源」一章，對此有更詳細的描述）。在觀察胃腸道細胞時，發現它們能夠避免被巨噬細胞（macrophage）吞噬。為了自衛，耶爾森氏菌產生了一種“導彈”，以避免被人體防禦系統吞噬。設計模型（而非達爾文模型）的實用性不僅產生了優秀的科學成果，而且對醫學微生物學和臨床醫學也具有實際意義。這裡我們看到了設計模型能夠準確預測生物學結果的證據。按照上帝的意願思考，並接受造物主創造生物結構是有目的的觀點，是生物學研究成功的關鍵。證據而非演化論；創造而非偶然。設計理論是成立的。細菌鞭毛真是上帝賜給原核生物的神蹟之一！
小腸結腸炎耶爾森菌（Yersinia
enterocolitica）：生物旋轉馬達
大腸桿菌的感覺和運動機制由許多受體（receptor）組成，這些受體最初檢測各種化學物質的濃度。次要組件從這些感測器提取訊息，這些訊息又輸入至一個梯度感測機制。該機制的產品驅動了一組恆定扭矩、質子推動的、可逆旋轉的馬達，這些馬達透過微型傳動裝置傳遞能量，並以每分鐘
30,000 至
100,000
轉的速度推動螺旋鞭毛旋轉。這種高度整合的系統使細菌能夠以每秒約十倍自己身體長度的速度移動。
細菌利用鞭毛運動的速度有多快？有些細菌的鞭毛運動速度已被“測速”為每秒 100
微米，相當於每秒
50
個自己身體的長度。相較之下，細菌的移動速度是已知速度最快的生物——獵豹的兩倍。獵豹奔跑速度可達每小時70英里，但每秒移動距離僅為體長的25倍。一般來說，具有極生鞭毛的細菌比具有周生（多）鞭毛的細菌運動速度更快。
細菌鞭毛的複雜性直接反駁了新達爾文進化論。人體所有交織的部分都指向一位智慧的創造者。20
世紀
90
年代初，比希博士提出了人體智能設計的觀點。他的論點稱為“不可簡化複雜性”原則。為了說明這原理的複雜性，我們需要看看汽車的設計。
以設計為導向－大腸桿菌游泳課程
微生物學很有趣，因為大腸桿菌的行為越來越被證明是複雜的。最近的觀察將微生物的設計理論推向了一個新的水平，新的研究如何揭示了大腸桿菌如何比某些人更有秩序地「驅動」自身。哈佛大學的研究人員最近發現，大腸桿菌是向右側游動的。大腸桿菌的運動並非隨機的；它是有方向的、有序的，讓人聯想到汽車交通模式（甚至是螞蟻的交通模式）。當細胞被限制在由水凝膠（hydrogel）製成的、底部舖有柔軟瓊脂（agar）的微通道中時，它們會先向右側游動，並且更靠近凝膠的底部。已知細菌在光滑的表面時，隨順時針圓形軌道而運動；但在暢通的溶液中，它們則隨機游動動。所有這些特點似乎都高呼“設計”！
從人類的角度來看，正確地駕駛，以避免事故，需要駕駛學校訓練、智力和實踐。這絕非偶然，也非巧合。最近的一篇文章顯示，大腸桿菌向右側移動，這意味著當它們被放置在狹窄的叉狀管中時，由於鞭毛逆時針旋轉，它們更有可能游向右側的管道。這不僅僅是“極有趣的資訊”；它可能對泌尿道感染，具有臨床意義。 大腸桿菌也可以協同地在表面上移動，這種移動方式稱為游動；這不僅僅是聚集。在長時間的遷移過程中，細菌細胞在凝膠表面的運動能力比在固體表面上更強。這項觀察結果，結合定向交通的能力，或許能夠對導致一個新研究探索方向，就是對細菌致病性的因素進行行為學研究。