La necesidad universal de energía

A nivel celular, los humanos tenemos mucho más en común con los hongos, las magnolias y las caléndulas que con las bacterias. El motivo es que las células complejas de plantas, animales y hongos han especializado algunas de sus partes: por ejemplo, el núcleo para el procesamiento de la información, o las mitocondrias como fuentes de energía. Estas células con funciones "compartimentadas" son llamadas eucariotas, y todas ellas tienen un ancestro común que apareció hace cuatro mil millones de años.

Los científicos saben ahora que este ancestro común , "la primera eucariota", fue mucho más sofisticado que cualquier bacteria conocida. Aunque compartía ciertos rasgos, como el uso de código genético, tenía miles de genes y proteínas más. ¿Qué hizo que las células eucariotas acumularan todos estos genes y proteínas extra? ¿Y por qué no lo hicieron las bacterias?

Estudiando la energía disponible por gen, Lane y Martin mostraron que la célula eucariota media puede mantener 200.000 genes más que cualquier bacteria (una cifra sorprendente).

"Esto da a las células eucariotas el material base para acumular genes y sistemas regulatorios a una escala totalmente inalcanzable para las bacterias", dice el doctor Lane. "Es la base para la aparición de la complejidad, aunque no siempre se utilice".

"Las bacterias se encuentran en el fondo del abismo del paisaje energético, y nunca han sabido cómo salir", explica el doctor Martin. "Las mitocondrias dan a las células eucariotas cuatro o cinco órdenes más de magnitud energértica por gen, y esto les permitió escapar de este abismo".

 

Los autores se hicieron una segunda pregunta: ¿por qué las bacterias no pueden compartimentalizarse a sí mismas y ganar todas las ventajas que dan las mitocondrias? De hecho, a menudo han hecho intentos que no han ido muy lejos.

La respuesta reside en el pequeño genoma mitocondrial. Estos genes son necesarios para la respiración celular, y sin ellos la célula eucariota muere. Si la célula crece, necesita más genes mitocondriales para sobrevivir.

Las bacterias se encuentran con el mismo problema, y lo superan haciendo copias de su genoma al completo -en el caso de bacterias gigantes como el Epulopiscium, un caso extremo que solo se encuentra en las agallas del pez cirujano, se realizan hasta 600.000 copias. Todo este ADN tiene un gran coste energético, y las impide transformarse en eucariotas complejas. "La única salida", dice el doctor Lane, "es si una célula se introduce, de alguna manera, en otra: una endosimbiosis".

 

Las células compiten entre ellas. Cuando viven en el interior de otras tienden a tomar atajos, delegando funciones en la célula huésped. Con el tiempo de evolución suficiente, pierden genes innecesarios y se especializan, quedándose solo con una pequeña fracción de los genes con los que empezaron: sólo los que necesitan.

La clave para la complejidad es que estos genes que quedan consumen muy poco. La energía necesaria para mantener miles de copias del genoma normal de una bacteria genera un coste total prohibitivo. En cambio, para el pequeño genoma mitocondrial es francamente accesible, como se muestra en el artículo de Nature. La diferencia es la cantidad de ADN que puede mantener el núcleo, no como copias repetitivas, sino como material base para nuevas evoluciones.

"Si la evolución trabaja como un chapista, la evolución con mitocondrias trabaja como un grupo de ingenieros", dice el doctor Martin.

El problema es que, mientras las células dentro de células son algo común entre los eucariotas, que a menudo se engullen entre sí, es extremadamente raro entre las rígidas bacterias. Y esto, concluyen Lane y Martin, puede explicar por qué la vida compleja (eucariota) evolucionó una sola vez en la historia terrestre.

 

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