Capítulo 5 de A Questão Vital: Por que as bactérias são relativamente simples, enquanto os eucariotos deram origem a toda a maravilhosa complexidade que vemos ao nosso redor? Os eucariotos são tipicamente 1000x maiores em volume e tamanho do genoma. E, claro, deram origem à compartimentalização interna, multicelularidade, sexo e muito mais. Aqui está uma teoria sutilmente errada: tudo se resume à relação entre área de superfície e volume. Os eucariotos geram energia nas mitocôndrias (cuja quantidade escala com o volume celular). Os procariotos geram energia ao longo da superfície da membrana celular (já que não têm um organela interna como as mitocôndrias para gerar e armazenar os gradientes de prótons que alimentam a vida). A área de superfície (ou seja, a produção de energia das bactérias) escala quadraticamente com o raio, enquanto o volume (ou seja, o consumo de energia) escala cubicamente. Portanto, as bactérias não podem se tornar tão grandes e, portanto, não podem gerar muita complexidade. Mas sabemos que é totalmente possível que as membranas sejam dobradas de todas as maneiras estranhas para aumentar a relação área de superfície/volume. E sabemos que as bactérias podem criar vacúolos dentro (onde presumivelmente poderiam armazenar um gradiente de prótons). Por que as bactérias não usaram esses truques para escalar a escada da complexidade? Nick Lane explica que a principal vantagem dos eucariotos é que o genoma mitocondrial é distinto do genoma bacteriano (devido, claro, ao evento endossimbiótico que engolfou o ancestral bacteriano das mitocôndrias). Por algum motivo que não entendo completamente, é necessário haver um controle super-local das reações redox na cadeia de transporte de elétrons que impulsionam a respiração. Você precisa dos genes relevantes no local. As mitocôndrias já têm seus próprios genomas internos e ribossomos para regular seu trabalho. Se uma célula bacteriana se tornasse muito maior, precisaria armazenar cópias dos genes relevantes perto da membrana. Mas as bactérias não têm uma maneira de fazer cortes específicos no genoma. Portanto, precisariam copiar todo o seu genoma ao longo de toda a membrana muitas, muitas vezes. E também armazenar muitas cópias de ribossomos e outras infraestruturas. Isso é simplesmente impraticável. Nick também explica que, ao longo do tempo, a maioria dos genes mitocondriais originais se deslocou para o núcleo porque é mais eficiente manter uma única cópia lá. E apenas aqueles que eram absolutamente necessários localmente são mantidos nas mitocôndrias. O exato mecanismo desse deslocamento e como isso levou à evolução da membrana nuclear e dos cromossomos lineares individuais é melhor deixado para o livro. Perguntas para Nick Lane: - Por que as mitocôndrias são o único organela que precisa ter seu próprio genoma bem no local? É o caso de que outros organelas também se beneficiariam do controle local, mas não têm essa história endossimbiótica única que plausivelmente teria levado a seus próprios genomas? Ou é apenas que o ciclo de Krebs é tão complexo e frágil que você precisa responder a perturbações bem no local? - Por que não houve mais eventos endossimbióticos?