La cuestión de la evolución de las células eucariotas a partir de procariotas ha sido durante largo tiempo un tema de acaloradas discusiones en la literatura científica. En general se cree que los eucariontes surgieron de algunas células procariotas que fueron englobadas y asimiladas por otras células procariotas. Conocida como la teoría endosimbiótica, existe una cierta base empírica para la misma. Por ejemplo, las mitocondrias contienen un sólo genoma circular, realizan transcripción y traducción dentro de su compartimiento, usan enzimas y componentes como los de las bacterias, y se replican de forma independiente de la división de la célula huésped y de manera parecida a la fisión binaria bacteriana.
Modelos quiméricos del origen de Eukarya. Arriba: 1-Fusión, 2-Simbiosis, 3-Ingestión y endosimbiosis. Abajo: Teoría de la endosimbiosis serie: 4-Fusión de una arquea y una espiroqueta, 5-Adquisición de mitocondrias. 6-Adquisición de cloroplastos. Ilustración cortesía de Franciscosp2
A pesar de estos datos, sin embargo, cuando se valora la suficiencia causal de unos procesos no guiados, los tales, como era de esperar, resultan insuficientes. Después de todo, es demasiado fácil retroceder a una mentalidad lamarckiana ya de mucho tiempo desacreditada de «la herencia de las características adquiridas». Es importante tener presente que, incluso si por algún golpe de suerte surgió un conjunto cooperativo de procariotas, un conjunto así no tiene ninguna trascendencia evolutiva excepto si existe una base genética para asegurar su propagación.
Un segundo problema con este escenario es que las mitocondrias usan una ligera variación en el código genético convencional (por ejemplo, el codón UGA es un codón de paro en el código convencional, pero codifica el triptófano en las mitocondrias). Esto implica que los genes de los procariotas englobados hubieran tenido que ser recodificados en su ruta hacia el núcleo. Esta situación se vuelve aun peor cuando se considera que, en las células eucariotas, una proteína mitocondrial se codifica con un tramo extra de polipéptido que actúa como «etiqueta» para asegurar que la proteína de que se trata sea reconocida como mitocondrial y ser dirigida de forma correspondiente. Por tanto, se puede mantener que la significativa cantidad de modificaciones específicas y coordinadas que serían necesarias para facilitar una transición así presentan un ejemplo de complejidad irreducible.
Hace pocas semanas, apareció publicado en la prestigiosa revista Nature un artículo-reseña escrito por los renombrados científicos y autores Nick Lane y Bill Martin.
El resumen comunica lo siguiente:
Toda la vida compleja está compuesta de células eucariotas (con núcleo). La célula eucariota surgió de las procariotas sólo una vez en cuatro mil millones de años, y por otra parte las procariotas no exhiben ninguna tendencia de evolucionar a una mayor complejidad. ¿Y por qué no? El tamaño del genoma de los procariontes está constreñido por bioenergética. La endosimbiosis que dio origen a las mitocondrias reestructuró la distribución del ADN en relación con membranas bioenergéticas, permitiendo una extraordinaria expansión por un factor de 200.000 en la cantidad de genes expresados. Este inmenso salto en capacidad genómica dependía de manera estricta de la energía mitocondrial, y era un prerrequisito a la complejidad de los eucariontes: la innovación clave en la ruta a la vida multicelular.
El interés del artículo se centra en los costes energéticos de lo que los autores describen como «la fase más intensa de invención genética desde el origen de la vida». El problema es que las células bacterianas presentan muy pocos recursos de la tecnología necesaria para facilitar tal transición.
¿Cómo puede resolverse esta paradoja? Los autores lo explican así:
La respuesta, proponemos nosotros, reside en último término en los genes mitocondriales. Al posibilitar la fosforilación oxidativa por toda una amplia área de membranas internas, los genes mitocondriales posibilitaron un aumento del tamaño del genoma por un factor de aproximadamente 200.000 en comparación con las bacterias. En tanto que el coste energético de poseer genes es trivial, el coste de expresarlos como proteínas no lo es, y consume la mayor parte del presupuesto energético de la célula. Las mitocondrias aumentaron la cantidad de proteínas que puede evolucionar, heredar y expresar una célula en 6 órdenes de magnitud, pero esto exige ADN mitocondrial. ¿Y cómo es así? Es preciso realizar unos cuantos cálculos.
Los autores del artículo presentan a continuación unas consideraciones acerca de los costes energéticos asociados con el procesado del ADN eucariótico, y llegan al resultado de que este valor es muy superior al que puede producir una célula bacteriana. Llegan así a la conclusión de que el ATP preciso para el procesado del ADN eucariótico precisa de la presencia de mitocondrias, la central de energía de las células eucariontes.
Además, esta mitocondria tenía que contener precisamente el conjunto preciso de genes y poseer precisamente la densidad de genes correcta. La mitocondria necesitaba también miles de copias de dichos genes, estando cada copia situada en una proximidad estrecha con la maquinaria respectiva, de modo que la energía necesaria se pudiera producir a un ritmo suficientemente rápido.
Los autores concluyen diciendo:
La transición a la vida compleja en la Tierra fue un suceso singular que dependió de un salto bioenergético proporcionado por unas relaciones espacialmente combinatorias entre dos células y dos genomas (endosimbiosis), y no de una selección natural actuando sobre mutaciones que se fueron acumulando gradualmente entre individuos procariontes físicamente aislados. Dada la naturaleza energética de estos argumentos, lo mismo es probablemente cierto de cualquier vida compleja en cualquier lugar.
Pero esto, claro, va a peor. Incluso si uno supone que hay un suministro suficiente de ATP procedente de procesos mitocondriales (como fosforilación oxidativa y la cadena de transporte de electrones), no se da tracción a la suficiencia causal de los mecanismos sin dirección para explicar el origen de los nuevos genes y proteínas que se necesitan para la vida de los eucariontes. ¡Se podría decir igual de fácilmente que la compra de una fuente de alimentación de mayor capacidad para tu ordenador llevará al ordenador de manera mágica a ser programado para realizar cálculos y aplicaciones de mayor complejidad! Evidentemente, una energía de este calibre no tendría ninguna utilidad sin la entrada de una programación —información— novedosa para aprovechar de forma apropiada esta energía disponible.
El artículo reseñado describe la invención de nuevos pliegues proteínicos en los eucariontes como «la fase más intensa de invención génica desde el origen de la vida». Los problemas asociados un origen de genes novedosos basado en el azar quedan aun más acentuados por el dilema bioenergético que se describe aquí. Si concedemos una satisfacción a las demandas energéticas que necesitan estos nuevos genes y pliegues proteínicos, ¿gana el neodarwinismo ninguna tracción? Parece clarísimo que no.
Fuente: Evolution News – The Darwinian Basis of the Prokaryote-to-Eukaryote Transition Collapses
Redacción: Jonathan M © Evolution News and Views - www.evolutionnews.org
Traducción y adaptación: Santiago Escuain — © SEDIN 2012 - www.sedin.org
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