Глава 5 из "Жизненно важного вопроса": Почему бактерии относительно просты, в то время как эукариоты породили всю ту замечательную сложность, которую мы видим вокруг нас? Эукариоты обычно в 1000 раз больше по объему и размеру генома. И, конечно, они привели к внутренней компартментации, многоклеточности, сексу и многому другому. Вот немного ошибочная теория: все дело в соотношении площади поверхности к объему. Эукариоты вырабатывают энергию в митохондриях (количество которых увеличивается с объемом клетки). Прокариоты вырабатывают энергию вдоль поверхности клеточной мембраны (поскольку у них нет внутреннего органоида, такого как митохондрии, для генерации и хранения протонных градиентов, которые питают жизнь). Площадь поверхности (т.е. производство энергии бактериями) увеличивается квадратично с радиусом, в то время как объем (т.е. потребление энергии) увеличивается кубически. Следовательно, бактерии не могут стать такими большими и, следовательно, не могут порождать много сложностей. Но мы знаем, что мембраны могут быть сложены всевозможными странными способами, чтобы увеличить соотношение площадь поверхности/объем. И мы знаем, что бактерии могут создавать вакуоли внутри (где они, предположительно, могут хранить протонный градиент). Почему бактерии не использовали эти трюки, чтобы подняться по лестнице сложности? Ник Лейн объясняет, что ключевое преимущество эукариотов заключается в том, что митохондриальный геном отличается от бактериального генома (из-за, конечно, эндосимбиотического события, которое поглотило бактериального предка митохондрий). По какой-то причине, которую я не совсем понимаю, необходимо суперлокальное управление редокс-реакциями в цепи переноса электронов, которые приводят к дыханию. Вам нужны соответствующие гены на месте. Митохондрии уже имеют свои собственные внутренние геномы и рибосомы для регулирования своей работы. Если бы бактериальная клетка стала намного больше, ей нужно было бы хранить копии соответствующих генов близко к мембране. Но у бактерий нет способа делать специфические кусочные разрезы в геноме. Поэтому им нужно было бы копировать весь свой геном по всей мембране много, много раз. И также хранить много копий рибосом и другой инфраструктуры. Это просто непрактично. Ник также объясняет, что со временем большинство оригинальных митохондриальных генов переместились в ядро, потому что так эффективнее хранить одну копию там. И только те, которые были абсолютно необходимы локально, остаются в митохондриях. Точный механизм этого дрейфа и то, как он привел к эволюции ядерной мембраны и отдельных линейных хромосом, лучше оставить для книги. Вопросы к Нику Лейну: - Почему митохондрии — единственный органоид, который должен иметь свой собственный геном прямо на месте? Неужели другие органоиды также могли бы извлечь выгоду из локального контроля, но не имеют этой уникальной эндосимбиотической истории, которая могла бы привести к их собственным геномам? Или это просто потому, что цикл Кребса настолько сложен и хрупок, что вам нужно реагировать на нарушения прямо на месте? - Почему не было больше эндосимбиотических событий?