Hoofdstuk 5 van De Vitale Vraag: Waarom zijn bacteriën relatief eenvoudig, terwijl eukaryoten al die prachtige complexiteit hebben voortgebracht die we om ons heen zien? Eukaryoten zijn doorgaans 1000x groter in volume en genoomgrootte. En natuurlijk hebben ze geleid tot interne compartimentalisatie, meercelligheid, seks en nog veel meer. Hier is een subtiel foutieve theorie: het draait allemaal om de verhouding tussen oppervlakte en volume. Eukaryoten genereren energie in mitochondriën (wiens hoeveelheid schaalt met het celvolume). Prokaryoten genereren energie langs het celmembraanoppervlak (aangezien ze geen interne organel zoals de mitochondriën hebben om de protongradiënten te genereren en op te slaan die leven aandrijven). Oppervlakte (ook wel de energieproductie van bacteriën genoemd) schaalt kwadratisch met de straal, terwijl volume (ook wel energieverbruik genoemd) kubisch schaalt. Ergo, bacteriën kunnen niet zo groot worden, en kunnen daarom niet veel complexiteit voortbrengen. Maar we weten dat het volkomen mogelijk is voor membranen om op allerlei vreemde manieren te worden gevouwen om de verhouding oppervlakte/volume te verhogen. En we weten dat bacteriën vacuolen binnenin kunnen creëren (waar ze vermoedelijk een protongradiënt kunnen opslaan). Waarom maakten bacteriën geen gebruik van deze trucs om de ladder van complexiteit op te schalen? Nick Lane legt uit dat het belangrijkste voordeel van eukaryoten is dat het mitochondriale genoom distinct is van het bacteriële genoom (door natuurlijk de endosymbiotische gebeurtenis die de bacteriële voorouder van de mitochondriën opslokte). Om de een of andere reden die ik niet volledig begrijp, moet er super-lokale controle zijn over de redoxreacties in de elektronentransportketen die de respiratie aandrijven. Je hebt de relevante genen ter plaatse nodig. Mitochondriën hebben al hun eigen interne genoom en ribosomen om hun werk te reguleren. Als een bacteriële cel veel groter zou worden, zou het kopieën van de relevante genen dicht bij het membraan moeten opslaan. Maar bacteriën hebben geen manier om specifieke stukjes uit het genoom te knippen. Dus zouden ze hun hele genoom over het hele membraan vele, vele keren moeten kopiëren. En ook veel kopieën van ribosomen en andere infrastructuur opslaan. Dit is simpelweg onpraktisch. Nick legt ook uit dat in de loop van de tijd de meeste van de oorspronkelijke mitochondriale genen naar de nucleus zijn gedrift omdat het efficiënter is om daar een enkele kopie te bewaren. En alleen de genen die absoluut noodzakelijk zijn ter plaatse blijven in de mitochondriën. Het exacte mechanisme van deze drift, en hoe het leidde tot de evolutie van het nucleaire membraan en individuele lineaire chromosomen, laat ik het beste aan het boek over. Vragen voor Nick Lane: - Waarom zijn mitochondriën de enige organel die zijn eigen genoom ter plaatse moet hebben? Is het zo dat andere organellen ook zouden profiteren van lokale controle, maar deze unieke endosymbiotische geschiedenis niet hebben die plausibel zou hebben geleid tot hun eigen genoom? Of is het gewoon dat de Krebs-cyclus zo complex en fragiel is dat je direct ter plaatse op verstoringen moet reageren? - Waarom zijn er niet meer endosymbiotische gebeurtenissen geweest?