Mitocôndria foi o primeiro passo para o surgimento da vida complexa

Por pelo menos sete décadas, cientistas argumentaram que a evolução dos núcleos celulares foi a chave para a vida complexa.

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21 Outubro 2010 | 17h06

Crédito: UCL.

Crédito: UCL.

A evolução da vida complexa é algo que depende estritamente de componentes celulares conhecidos como mitocôndrias. Atuando como centrais elétricas minúsculas, são encontradas em todas as células complexas. É o que mostra um novo estudo realizado pelas universidades College London e Dusseldorf. “Os princípios básicos são universais. A energia é fundamental, mesmo no campo das invenções evolucionárias”, diz Nick Lane, da UCL. “Mesmo os extraterrestres precisariam de mitocôndrias”.

Por sete décadas, cientistas argumentaram que a evolução dos núcleos foi a chave para a vida complexa. Agora, o trabalho publicado na Nature, revela que de fato foi a mitocôndria que permitiu o desenvolvimento de complexas inovações – como o próprio núcleo – em função de sua atuação como estação de energia de uma célula. “Isso subverte a visão tradicional de que o salto para células complexas eucarióticas simplesmente precisou de mutações certas”, ressalta Lane. “Na verdade, foi necessária uma espécie de revolução industrial em termos de produção de energia”.

Em nível celular, os seres humanos têm muito mais em comum com os cogumelos e magnólias do que com as bactérias. A razão é que células complexas como as de plantas, animais e fungos, têm compartimentos especializados, incluindo um centro de informação, o núcleo, e estações de energia, as mitocôndrias. Estas células compartimentadas são chamadas de eucarióticas, e todas partilham um ancestral comum que surgiu apenas uma vez em 4 bilhões de anos de evolução.

Os cientistas sabem agora que este ancestral comum, o primeiro eucarionte, era muito mais sofisticado do que qualquer bactéria conhecida. Possuía milhares de genes e proteínas, muito mais do que qualquer outra bactéria, embora tenha compartilhado outras características como o código genético. Mas, o que permitiu a eucariontes o acúmulo de genes e proteínas em detrimento das bactérias?

Ao analisar a energia disponível por gene, os pesquisadores mostraram que células eucariontes podem suportar em média 200 mil vezes mais genes do que uma bactéria. “Isso dá a eucariontes o material genético base que os permitem acumular novos genes, grandes famílias de genes e sistemas reguladores em uma escala que é totalmente inviável para as bactérias”, explica Lane. “É o suporte da complexidade, mesmo que nem sempre seja usado”. De acordo com a equipe, as bactérias nunca tiveram chances de evoluir. A mitocôndria dos eucariontes fornece uma quantidade quatro ou cinco vezes maior de energia por gene, o que permite que as células evoluam sem problemas.

Então por que as bactérias não formaram os mesmos compartimentos?

A resposta estaria no genoma mitocondrial, com genes necessários para a respiração celular. Sem eles, as células eucarióticas morreriam. Se as células ficassem mais desenvolvidas e consumissem mais energia, precisariam de mais cópias desses genes para permanecerem vivas.

As bactérias, por outro lado, enfrentam o mesmo problema, mas podem lidar com isso fazendo milhares de cópias de seu genoma inteiro. Mas todo DNA tem um custo grande de energia que prejudica até mesmo bactérias gigantes, impedindo de se transformarem em eucariotos mais complexos. A única forma de tornar isso possível seria a existência de uma célula dentro de outra célula: uma endossimbiose.

Contudo, ocorre que células competem entre si. Se uma vive dentro da outra, a primeira tende a cortar custos, usando a energia da anfitriã sempre que possível. Ao longo da evolução, elas perdem genes desnecessários e se tornam simplificadas ao deixar apenas uma pequena fração genética. A chave para a complexidade é que esses genes remanescentes pesam quase nada. E para bactérias, isso é bom. Mas em células eucariontes, o custo-benefício também é bom, porque possuem as mitocôndrias capazes de suportar um genoma complexo.