La revolución mitocondrial

Lo que permitió a los eucariotas ganar la batalla de la complejidad fue la aparición de las mitocondrias, que les facilitó producir energía a un ritmo y gasto sin precedentes hasta ese momento.

La evolución de los eucariotas, es decir, de la vida más o menos compleja que incluye a plantas, animales y hongos, dependió de que hace mucho tiempo aparecieran las mitocondrias como fábricas de energía.
Especulan que la aparición de la mitocondrias se dio sólo una vez en la historia evolutiva y que cualquier vida alienígena compleja debe de haber pasado por evento similar, lo que haría a la vida compleja algo raro dentro de un Universo principalmente bacteriano.
Durante mucho tiempo se ha creído que lo verdaderamente revolucionario fue la aparición del núcleo diferenciado en los eucariotas, pero según Nick Lane, de University College London, y William Martin, de la Universidad de Dusseldorf, lo verdaderamente importante fue la adopción de las mitocondrias como fábricas de energía, pues la energía es vital. Fue algo así como una “revolución industrial”, según Lane.
Como sabemos los organismos se dividen en bacterias, arqueas y eucariotas. Nosotros tenemos más cosas en común con un geranio o un champiñón que con una bacteria. Todos los eucariotas, además de tener un núcleo diferenciado tienen unos orgánulos especializados denominados mitocondrias que producen energía a partir de la oxidación de sustancias orgánicas, algo que llamamos respiración.
Los expertos saben ahora que el antepasado común a todos los eucariotas fue mucho más sofisticado que cualquier bacteria conocida. Tenía miles genes y proteínas más que cualquier bacteria, a pesar de compartir ciertas características. Pero la cuestión es cómo consiguió acumular todos estos genes.
Lane y Martin han mostrado que, enfocándose en la energía disponible por gen, una célula eucariota promedio puede soportar 200.000 genes más que las bacterias.
La energía extra que los eucariotas pueden disponer permite a la genética de estos seres acumular nuevos genes, grandes familias de genes y sistemas regulatorios de los mismos a una escala en la que la bacteria simplemente no se lo puede permitir. Según Lane, “esto es la base de la complejidad, incluso si no siempre se usa.”
Las mitocondrias dieron a los eucariotas cuatro o cinco órdenes de magnitud más energía por gen y esto les permitió dar un salto sobre el abismo hasta llegar a ser lo que son.
Otra cuestión es por qué las bacterias no pueden tener esas ventajas. La respuesta reside precisamente en el genoma mitocondrial. Estos genes se necesitan para los procesos respiratorios y sin ellos la célula eucariota muere. Si la célula se hace más grande y necesita más energía entonces las mitocondrias hacen copias de sí mismas y además ese pequeño genoma se multiplica las veces que haga falta en cada una de ellas, todo para satisfacer las nuevas demandas de energía.
Las bacterias tienen que hacer frente a ese mismo problema, pero tienen que hacer copias de su genoma completo que es mucho más grande que el de las mitocondrias. En el caso más extremo conocido de la bacteria gigante Epulopiscium, que vive en el aparato digestivo del pez cirujano, tiene que hacer 600.000 copias de su propio genoma. Pero todo ese ADN extra tiene un costo en términos energéticos y le impide alcanzar una complejidad alta como en el caso de los eucariotas.
La única manera es que una célula se inserte dentro de otra y se especialice en producir energía, prescindiendo de muchos de los otros genes. Este proceso es lo que se llama endosimbiosis y es lo que ocurrió hace cientos de millones de años cuando unas bacterias invasoras parasitaban a otras células. Se introducían en ellas, robaban sus recursos y luego abandonaban la bacteria (o arquea) ya muerta. Con el paso del tiempo, alguna de estas células aprendieron a tolerar al invasor y la invasora evolucionó o para no ser tan mortífera, al fin y al cabo, el interior estable de otra célula es un medio más hospitalario que el medio acuático habitual.
Al final las invasoras perdieron la mayoría de sus genes innecesarios, delegaron en los genes del anfitrión para muchas funciones y se transformaron en las mitocondrias. La célula eucariota obtuvo un método excelente de producir energía que le permitía crecer en complejidad y las mitocondrias una casa segura y estable para siempre. Una casa de la que ya nunca saldrían, de la que nunca podrán salir, pues ya no pueden tener una vida independiente debido a que sólo tienen unos pocos genes, sólo los suficientes para producir energía.
Esos pocos genes que todavía conservan las mitocondrias no tienen casi peso y pueden multiplicarse casi sin costo. Si traducimos el cálculo al caso de las bacterias, la energía necesaria para soportar el genoma normal multiplicado muchas veces para satisfacer esa misma demanda de energía de los eucariotas hace que el gasto total sea prohibitivo, pues multiplicamos todos los genes y no sólo los necesarios para la respiración. Todos esos genes extras no relacionados con la respiración fueron delegados o transferidos al genoma del núcleo del eucariota hace mucho tiempo.
Por tanto, y según esta nueva teoría, primero se inventaron las mitocondrias y luego se pudo aumentar la complejidad (incluyendo el núcleo diferenciado). A partir de entonces, la evolución, después de la adopción de las mitocondrias, fue mucho más rápida y permitió más tarde la aparición de seres pluricelulares, y luego seres complejos que veían y sentían, seres que depredaban a otros, la explosión del Cámbrico, los bosques del Carbonífero, los dinosaurios o los primates, entre ellos nosotros.
Ya sabe, esas mitocondrias están en cada una de las células de su cuerpo.

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