El libro "Energía, sexo, suicidio: mitocondrias y el sentido de la vida"

Hola a todos! Tenemos un libro maravilloso de Nick Lane de la serie New Science :

durante siglos, las personas han vuelto sus ojos a las estrellas y se han preguntado por qué estamos aquí y si estamos solos en el Universo. Tendemos a pensar por qué existen las plantas y los animales, de dónde venimos, quiénes fueron nuestros antepasados ​​y qué nos espera. Aunque la respuesta a la pregunta principal de la vida, el Universo y en general no es 42, como Douglas Adams afirmó una vez, pero no es menos breve y misterioso: las mitocondrias.

Nos muestran cómo surgió la vida en nuestro planeta. Explican por qué las bacterias reinó durante tanto tiempo y por qué la evolución probablemente no se elevó por encima del nivel de moco bacteriano en ninguna parte del universo. Permiten comprender cómo surgieron las primeras células complejas y cómo la vida terrenal ascendió por las escaleras de la complejidad ascendente a las alturas de la gloria. Nos muestran por qué surgieron criaturas de sangre caliente, sacudiéndose los grilletes del medio ambiente; por qué existen hombres y mujeres, por qué nos enamoramos y tenemos hijos. Nos dicen por qué nuestros días en este mundo están contados, por qué estamos envejeciendo y muriendo. Nos pueden decir la mejor manera de pasar los años de vida al atardecer, evitando la vejez como una carga y una maldición. Tal vez las mitocondrias no explican el significado de la vida, pero al menos muestran lo que es. ¿Es posible entender el significado de la vida,sin saber cómo funciona?


— , . 300–400 , . . , , . - - , — — . , . - - — , -, .

Las mitocondrias son una de las muchas "estaciones de energía" de células que controlan nuestras vidas de las formas más inesperadas.

Las mitocondrias son un secreto a voces. De una forma u otra, muchos han oído hablar de ellos. En los artículos de periódicos y algunos libros de texto se les llama "estaciones de energía de la vida". Estos generadores en miniatura, escondidos en las células, producen casi toda la energía que necesitamos. Cientos o miles de mitocondrias que queman orgánicos con oxígeno pueden estar en una célula. Son tan pequeños que mil millones cabrían en un grano de arena. Con el advenimiento de las mitocondrias, la vida recibió un potente motor, que ya operaba a altas velocidades y estaba listo para usar. Todos los animales, incluidos los más inactivos, tienen al menos algunas mitocondrias. Incluso las plantas y las algas inamovibles las usan como fuente de energía adicional, una adición a la energía fotosintética que reciben de sus "paneles solares".

Algunos probablemente escucharon la expresión "Eva mitocondrial". Se supone que ella fue la antecesora de la humanidad, el último antepasado común de todas las personas vivas. La Eva mitocondrial supuestamente vivió en África (posiblemente hace 170,000 años), y también se llama la Eva africana. Podemos rastrear nuestro linaje genético hasta la Eva mitocondrial, posiblemente porque las mitocondrias tienen su propio genoma pequeño, que generalmente se transmite a la próxima generación solo a través del óvulo, y no a través del esperma. Esto significa que los genes mitocondriales desempeñan el papel de un apellido transmitido a lo largo de la línea femenina, que por lo tanto se puede rastrear; Por ejemplo, algunas familias construyen su clan en la línea masculina de Guillermo el Conquistador, Noé o el profeta Mahoma. Recientemente, algunas disposiciones de esta teoría han sido disputadas,pero en general ella se resistió. Por supuesto, este método permite no solo determinar a nuestros antepasados, sino también comprender quién no fue nuestro antepasado. Por ejemplo, un análisis de genes mitocondriales sugiere que los neandertales no se cruzaron con el Homo sapiens, sino que fueron desplazados a las afueras de Europa, donde se extinguieron.

Las mitocondrias también son "famosas" por su papel en la medicina forense. A menudo se usaban para identificar personas, vivas o muertas, y algunas de estas historias tenían una amplia resonancia. Como en el caso de la definición de nuestros antepasados, el método de identificación se basa en el hecho de que las mitocondrias tienen sus propios genes. La autenticidad de los restos de Nicolás II, el último emperador ruso, se confirmó comparando sus genes mitocondriales con los genes mitocondriales de sus parientes. Y al final de la Primera Guerra Mundial en Berlín, una niña de diecisiete años fue sacada del río, quien afirmó que era Anastasia, la hija perdida de Nicolás II. La niña fue enviada a un hospital para enfermos mentales. Un análisis de genes mitocondriales después de su muerte en 1984 puso fin a su debate de setenta años, demostrando que no era la hija de Nicolás II.

Si observamos el pasado reciente, el análisis mitocondrial ayudó a identificar los cuerpos de personas desfiguradas más allá del reconocimiento que murieron como resultado del ataque terrorista del 11 de septiembre de 2001 en el colapso de las torres del World Trade Center en Nueva York. El mismo método hizo posible distinguir al "verdadero" Saddam Hussein de sus muchos homólogos. Una de las razones por las que los genes mitocondriales son tan útiles es la gran cantidad de copias de ellos. El genoma de cada mitocondria está representado por 5–10 copias, y generalmente hay cientos de mitocondrias en una célula, por lo que el número total de sus genomas se estima en miles. A modo de comparación, el genoma de la célula en sí está representado por solo dos copias (que se encuentran en el "punto de control" de la célula: el núcleo). Por lo tanto, de casi cualquier muestra, puede obtener una cantidad, incluso mínima, de genes mitocondriales. Y el hechoque son comunes en el niño, su madre y todos los parientes del lado materno, permite confirmar o negar el supuesto parentesco.

Vamos más allá. Existe la llamada teoría mitocondrial del envejecimiento. Ella argumenta que los radicales libres, moléculas químicamente activas que "se escapan" de las mitocondrias en el proceso de la respiración celular ordinaria, causan el envejecimiento y muchas enfermedades asociadas con ella. El problema es que en las mitocondrias "chispas" no está completamente excluido. Cuando "queman" los alimentos bajo la influencia del oxígeno, las "chispas" resultantes de los radicales libres pueden dañar las estructuras vecinas, incluidos los genes mitocondriales, así como los genes más distantes en el núcleo celular. Los radicales libres atacan los genes en nuestras células de 10,000 a 100,000 veces al día; en otras palabras, debes esperar un truco de ellos literalmente cada segundo. La mayor parte del daño hecho se repara de inmediato, pero algunos ataques causan mutaciones irreversibles,es decir, cambios persistentes en la secuencia de nucleótidos de un gen. Con la edad, se acumulan en el cuerpo y mueren las células con las lesiones más graves. El desgaste constante subyace al envejecimiento y las enfermedades relacionadas. Las mutaciones resultantes del ataque de los radicales libres en los genes mitocondriales también están asociadas con muchas enfermedades hereditarias graves. Estas enfermedades a menudo se heredan de una manera extraña e impredecible, y su gravedad varía de generación en generación, pero la regla general es que todas progresan inexorablemente con la edad. Por lo general, las enfermedades mitocondriales afectan los tejidos metabólicamente activos, como los músculos y el cerebro, y pueden provocar convulsiones, trastornos motores, ceguera, sordera y distrofia muscular.Con la edad, se acumulan en el cuerpo y mueren las células con las lesiones más graves. El desgaste constante subyace al envejecimiento y las enfermedades relacionadas. Las mutaciones resultantes del ataque de los radicales libres en los genes mitocondriales también están asociadas con muchas enfermedades hereditarias graves. Estas enfermedades a menudo se heredan de una manera extraña e impredecible, y su gravedad varía de generación en generación, pero la regla general es que todas progresan inexorablemente con la edad. Por lo general, las enfermedades mitocondriales afectan los tejidos metabólicamente activos, como los músculos y el cerebro, y pueden provocar convulsiones, trastornos motores, ceguera, sordera y distrofia muscular.Con la edad, se acumulan en el cuerpo y mueren las células con las lesiones más graves. El desgaste constante subyace al envejecimiento y las enfermedades relacionadas. Las mutaciones resultantes del ataque de los radicales libres en los genes mitocondriales también están asociadas con muchas enfermedades hereditarias graves. Estas enfermedades a menudo se heredan de una manera extraña e impredecible, y su gravedad varía de generación en generación, pero la regla general es que todas progresan inexorablemente con la edad. Por lo general, las enfermedades mitocondriales afectan los tejidos metabólicamente activos, como los músculos y el cerebro, y pueden provocar convulsiones, trastornos motores, ceguera, sordera y distrofia muscular.Como resultado de un ataque de radicales libres en genes mitocondriales, muchas enfermedades hereditarias graves también están asociadas. Estas enfermedades a menudo se heredan de una manera extraña e impredecible, y su gravedad varía de generación en generación, pero la regla general es que todas progresan inexorablemente con la edad. Por lo general, las enfermedades mitocondriales afectan los tejidos metabólicamente activos, como los músculos y el cerebro, y pueden provocar convulsiones, trastornos motores, ceguera, sordera y distrofia muscular.Como resultado de un ataque de radicales libres en genes mitocondriales, muchas enfermedades hereditarias graves también están asociadas. Estas enfermedades a menudo se heredan de una manera extraña e impredecible, y su gravedad varía de generación en generación, pero la regla general es que todas progresan inexorablemente con la edad. Por lo general, las enfermedades mitocondriales afectan los tejidos metabólicamente activos, como los músculos y el cerebro, y pueden provocar convulsiones, trastornos motores, ceguera, sordera y distrofia muscular.que todos progresan inexorablemente con la edad. Por lo general, las enfermedades mitocondriales afectan los tejidos metabólicamente activos, como los músculos y el cerebro, y pueden provocar convulsiones, trastornos motores, ceguera, sordera y distrofia muscular.que todos progresan inexorablemente con la edad. Por lo general, las enfermedades mitocondriales afectan los tejidos metabólicamente activos, como los músculos y el cerebro, y pueden provocar convulsiones, trastornos motores, ceguera, sordera y distrofia muscular.

Algunos han oído hablar de las mitocondrias en relación con uno de los métodos para tratar la infertilidad, sobre el cual se ha librado un feroz debate. Su esencia es que un fragmento de ooplasma que contiene las mitocondrias del óvulo de una donante femenina sana se transfiere al óvulo de una mujer estéril (la llamada transferencia o trasplante de ooplasma). Cuando la información sobre este método se filtró por primera vez a los medios, un periódico británico publicó un artículo bajo el titular pegadizo: "Bebés de dos madres y un padre". Esto no quiere decir que no hay verdad en este chiste periodístico. Aunque el niño recibe todos los genes "ordinarios" de la madre "real", recibe una cierta cantidad de genes mitocondriales de una donante femenina de ooplasma. Entonces, estrictamente hablando, los bebés realmente obtuvieron genes de dos mujeres diferentes.A pesar del hecho de que gracias a este método nacieron más de 30 bebés completamente sanos, posteriormente se prohibió en el Reino Unido y en los EE. UU. Por razones éticas y prácticas.

Las mitocondrias incluso llegaron a la serie Star Wars (para la indignación de algunos fanáticos) como una justificación bastante vaga de la famosa Fuerza, que "puede estar contigo". En los primeros episodios, se supuso que esta fuerza es, si no religiosa, al menos de naturaleza espiritual, pero en el cuarto episodio se asoció con los "midiclorianos". Los midiclorianos, como explicó un popular Jedi, son "formas de vida microscópicas que viven en todas las células vivas". Vivimos con ellos en una simbiosis mutuamente beneficiosa. No habría vida sin midiclorianos, y nunca sabríamos qué es la Fuerza ". Tanto en la explicación como en el nombre en sí hay una alusión transparente e intencional a las mitocondrias. Las mitocondrias, que son de origen bacteriano, también viven dentro de nuestras células como simbiontes (organismos que están en relaciones de beneficio mutuo con otros organismos).Al igual que los midiclorianos, las mitocondrias poseen una serie de propiedades misteriosas, uno podría decir místicas, e incluso pueden intercambiar información, uniéndose en redes ramificadas. La idea del origen bacteriano de las mitocondrias, propuesta por Lynn Margulis en la década de 1970. y luego fue percibido como una declaración muy controvertida, ahora la mayoría de los biólogos lo ven como un hecho establecido.

Las características de las mitocondrias enumeradas anteriormente son familiares para muchos por artículos populares y cultura de masas. Algunos otros aspectos de su existencia, aclarados en los últimos diez o veinte años, son menos obvios para el público en general. La principal es la apoptosis o muerte celular programada. Las células individuales se suicidan en beneficio de todos: la existencia de un organismo completo. A mediados de la década de 1990 Los investigadores encontraron que la apoptosis no está regulada por genes nucleares, como se pensaba anteriormente, sino por genes mitocondriales. Las conclusiones de este descubrimiento son de gran importancia médica, ya que la incapacidad de las células para la apoptosis oportuna es la principal causa de cáncer. Ahora, el foco de la investigación en el campo de la carcinogénesis no es el genoma nuclear, sino el mitocondrial. Pero se deducen conclusiones mucho más profundas de este descubrimiento.En el cáncer, las células individuales de repente comienzan a luchar por la libertad "personal", dejando caer las cadenas de sus obligaciones con el cuerpo en su conjunto. Tales grilletes deben haber sido difíciles de aplicar en las primeras etapas de la evolución de precisión múltiple: ¿por qué las células de vida libre potencialmente deben firmar su propia sentencia de muerte por el privilegio de vivir en una comunidad de células más grande, si tienen la alternativa de seguir viviendo solos? Es posible que sin la muerte celular programada, nunca hubieran surgido conexiones que unieran las células en un complejo organismo multicelular. Y dado que la muerte celular programada depende de las mitocondrias, es muy posible que los organismos multicelulares no puedan existir sin ellas. Si este razonamiento le parece descabellado, recuerde ese hecho indiscutible,que las mitocondrias están presentes en todas las plantas y animales multicelulares.

Otra área en la que a menudo aparecen las mitocondrias es el origen de las células eucariotas, es decir, aquellas células complejas que componen todas las plantas, animales, algas y hongos. La palabra "eucariota" proviene de palabras griegas que significan "núcleo real". Esto se refiere a un núcleo en el que se localizan los genes. Sin embargo, este nombre, francamente, no refleja toda la esencia. De hecho, la estructura de las células eucariotas, además del núcleo, incluye muchos elementos diferentes, incluidas, de manera importante, las mitocondrias. La evolución de tales células es objeto de acalorados debates. El punto generalmente aceptado es que evolucionaron gradualmente, paso a paso, hasta que un día una célula eucariota primitiva captura la bacteria, que después de muchas generaciones de esclavitud se ha convertido en una mitocondria completamente dependiente.Esta teoría predice que los antepasados ​​de todos los organismos eucariotas son algunos eucariotas unicelulares desconocidos sin mitocondrias, reliquias de aquellos tiempos en que las mitocondrias fueron "capturadas" y "puestas en acción". Pero ahora, después de diez años de análisis genético exhaustivo, parece que todas las células eucariotas conocidas tienen mitocondrias o una vez las tuvieron (y luego las perdieron). Se deduce que el origen de las células complejas es inseparable del origen de las mitocondrias: estos dos eventos, de hecho, fueron uno. Si es así, las mitocondrias eran necesarias para el origen evolutivo no solo de los organismos multicelulares, sino también de sus componentes de las células eucariotas. Por lo tanto, sin las mitocondrias, la evolución de la vida en la Tierra no habría avanzado más allá de la etapa de las bacterias.que los antepasados ​​de todos los organismos eucariotas son algunos eucariotas unicelulares desconocidos sin mitocondrias, reliquias de aquellos tiempos en que las mitocondrias fueron "capturadas" y "puestas en acción" por primera vez. Pero ahora, después de diez años de análisis genético exhaustivo, parece que todas las células eucariotas conocidas tienen mitocondrias o una vez las tuvieron (y luego las perdieron). Se deduce que el origen de las células complejas es inseparable del origen de las mitocondrias: estos dos eventos, de hecho, fueron uno. Si es así, las mitocondrias eran necesarias para el origen evolutivo no solo de los organismos multicelulares, sino también de sus componentes de las células eucariotas. Por lo tanto, sin las mitocondrias, la evolución de la vida en la Tierra no habría avanzado más allá de la etapa de las bacterias.que los antepasados ​​de todos los organismos eucariotas son algunos eucariotas unicelulares desconocidos sin mitocondrias, reliquias de aquellos tiempos en que las mitocondrias fueron "capturadas" y "puestas en acción" por primera vez. Pero ahora, después de diez años de análisis genético exhaustivo, parece que todas las células eucariotas conocidas tienen mitocondrias o una vez las tuvieron (y luego las perdieron). Se deduce que el origen de las células complejas es inseparable del origen de las mitocondrias: estos dos eventos, de hecho, fueron uno. Si es así, las mitocondrias eran necesarias para el origen evolutivo no solo de los organismos multicelulares, sino también de sus componentes de las células eucariotas. Por lo tanto, sin las mitocondrias, la evolución de la vida en la Tierra no habría avanzado más allá de la etapa de las bacterias.

Otro aspecto de la existencia de mitocondrias, que se discute menos ampliamente, está relacionado con la diferencia entre los dos sexos, o incluso, podría decirse, la necesidad misma de la existencia de dos sexos. La pregunta de por qué se necesitan dos sexos es un acertijo famoso con una respuesta bien conocida. El hecho es que durante la reproducción sexual, se necesitan dos padres para el nacimiento de un hijo, mientras que durante la reproducción vegetativa o partenogenética, solo una madre es suficiente, y el padre no es necesario en absoluto. Su existencia no solo es redundante, sino que también conduce a un despilfarro imperdonable de recursos. Además, la presencia de dos sexos significa que deberíamos elegir para nosotros una pareja sexual de solo la mitad de la población, al menos si lo estamos buscando por el bien de la descendencia. En términos de reproducción y cualquier otro, sería mucho mejor,si todas las personas pertenecieran al mismo género o si hubiera un número ilimitado de sexos. Dos sexos son la peor opción posible. La respuesta a este acertijo, propuesta a fines de la década de 1970, es aceptada actualmente por la mayoría de los científicos, pero casi desconocida para los no especialistas. Como habrás adivinado, está asociado con las mitocondrias. Son necesarios dos sexos porque uno de ellos debe especializarse en transmitir mitocondrias a la descendencia (en el óvulo) y el otro, por el contrario, no debe transmitirlos (en el esperma). Por qué esto debería ser así, lo veremos en el capítulo 6.Está asociado con las mitocondrias. Son necesarios dos sexos porque uno de ellos debe especializarse en transmitir mitocondrias a la descendencia (en el óvulo) y el otro, por el contrario, no debe transmitirlos (en el esperma). Por qué esto debería ser así, lo veremos en el capítulo 6.Está asociado con las mitocondrias. Son necesarios dos sexos porque uno de ellos debe especializarse en transmitir mitocondrias a la descendencia (en el óvulo) y el otro, por el contrario, no debe transmitirlos (en el esperma). Por qué esto debería ser así, lo veremos en el capítulo 6.

Los estudios en todas estas áreas han devuelto a las mitocondrias la atención que se les ha privado desde su apogeo en la década de 1950, cuando los científicos descubrieron por primera vez que las mitocondrias son las estaciones de energía de la célula y producen casi toda la energía que necesitamos. La revista científica líder Science reconoció esto en 1999 cuando dedicó la mayor parte del próximo número a las mitocondrias. Su portada decía: "Las mitocondrias están regresando". Las mitocondrias han sido olvidadas por dos razones. Una de ellas fue que la bioenergía, el estudio de la producción de energía en las mitocondrias, se consideraba un área difícil y confusa. Este enfoque está bien ilustrado por la frase alentadora, que en un momento a menudo se susurraba en las aulas durante las conferencias y los informes: "No se preocupen, nadie entiende estos maníacos mitocondriales".La segunda razón está asociada con el aumento de la genética molecular en la segunda mitad del siglo XX. Como dijo Immo Schaeffler, uno de los prominentes "maníacos mitocondriales", "quizás los biólogos moleculares no prestaron atención a las mitocondrias porque no entendieron de inmediato las prometedoras conclusiones y posibilidades derivadas del descubrimiento de genes mitocondriales". Nos llevó tiempo acumular una base de datos lo suficientemente extensa y diversa, lo que nos permitió comenzar a resolver los problemas más difíciles de antropología, biogénesis, medicina, evolución y muchas otras áreas ".Tomó tiempo para que se acumulara una base de datos lo suficientemente amplia y diversa, lo que nos permitió comenzar a resolver los problemas más difíciles de antropología, biogénesis, medicina, evolución y muchas otras áreas ".Nos llevó tiempo acumular una base de datos lo suficientemente extensa y diversa, lo que nos permitió comenzar a resolver los problemas más difíciles de antropología, biogénesis, medicina, evolución y muchas otras áreas ".

Ya he dicho que las mitocondrias son un secreto a voces. Sin embargo, a pesar de la nueva fama, siguen siendo un misterio. Raramente se plantean muchos problemas evolutivos graves relacionados con las mitocondrias, y aún menos se discuten en detalle, incluso en revistas científicas, y las diferentes áreas de investigación relacionadas con las mitocondrias generalmente se cierran en su propio mundo estrecho. Daré un ejemplo. El transporte de protones a través de la membrana es el mecanismo por el cual las mitocondrias generan energía. Este mecanismo se encuentra en todas las formas de vida, incluidas las bacterias más primitivas, y es extremadamente extraño. Como dijo un especialista, "por primera vez después de Darwin, una hipótesis tan paradójica y contraria al sentido común como las hipótesis de Einstein, Heisenberg o Schrödinger aparecieron en biología". Sin embargo, esta hipótesis resultó ser cierta,y su autor Peter Mitchell en 1978 recibió el Premio Nobel. Sin embargo, pocas personas hacen la pregunta: ¿por qué, de hecho, una forma tan inusual de producción de energía se ha vuelto tan importante para una variedad de formas de vida? Como veremos más adelante, la respuesta a esta pregunta arroja luz sobre el origen mismo de la vida.

Otro problema fascinante al que no se le presta la debida atención es la preservación de los genes mitocondriales. Los autores de artículos científicos con la ayuda de estos genes rastrean nuestro pedigrí hasta la "Eva mitocondrial" e incluso revelan lazos familiares entre las diferentes especies, pero rara vez preguntan por qué estos genes fueron preservados. Se consideran un remanente del pasado bacteriano de las mitocondrias. Quizás, quizás. El problema es que los genes mitocondriales se transfieren fácilmente en bloque al núcleo. Diferentes especies tenían diferentes genes mitocondriales en el núcleo, pero todas las especies con mitocondrias aún conservaban el mismo conjunto básico de genes mitocondriales. ¿Qué tienen de especial? Como veremos, la respuesta a esta pregunta ayudará a comprender por qué las bacterias no han alcanzado el nivel de complejidad de los eucariotas. También ayudará a explicarpor qué, en todas las otras áreas del Universo, la vida nunca puede salir de la rutina bacteriana, en otras palabras, por qué si no estamos solos, entonces ciertamente solo.

Hay muchas preguntas similares. Los estudiosos perspicaces de vez en cuando los plantean en artículos científicos, pero estos argumentos rara vez llegan al público en general. A primera vista, estas preguntas pueden parecer ridículamente abstrusas y poco interesantes. Sin embargo, las respuestas a ellas, en conjunto, crean una imagen completa de la trayectoria evolutiva, que comienza con el origen de la vida, pasa por las etapas de la aparición de células complejas y organismos multicelulares y conduce a un aumento en el tamaño corporal, el sexo, la aparición de sangre caliente, el envejecimiento y la muerte. Esta imagen es una mirada absolutamente nueva de por qué incluso existimos en la Tierra, por qué estamos solos en el Universo, por qué tenemos un sentido de individualidad, por qué hacemos el amor, quiénes fueron nuestros antepasados, por qué estamos destinados a envejecer y morir. En resumen, le permite comprender el significado de la vida.Como escribió el elocuente historiador Felipe Fernández-Armesto, “las historias se explican por sí mismas; si sabemos cómo se desarrollaron los eventos, comenzamos a entender por qué ocurrieron ". Y al reconstruir la historia de la vida en la Tierra, las preguntas "¿cómo?" y "¿por qué?" También estrechamente entrelazados.

Quería escribir un libro para un público amplio, no versado en ciencia en general y en biología en particular. Sin embargo, tuve que suponer que el lector está familiarizado con los conceptos básicos de la biología celular y, a veces, recurrir a una terminología especial. Sin embargo, algunas partes del libro pueden parecer difíciles de entender incluso para aquellos que están completamente familiarizados con la terminología. Pero igual deberías leerlos. El encanto de la ciencia y el deleite especial que experimenta cuando comienza a comprender algo se comprenden en la lucha contra las preguntas que no tienen respuestas claras. Es casi imposible dar respuestas exactas a muchas preguntas que afectan los eventos del pasado lejano (hace miles de millones de años). Sin embargo, podemos usar el conocimiento que tenemos, o pensar que tenemos, para reducir la lista de posibles respuestas. Las claves de las pistas están dispersas por todas partesy a veces los encuentras en los lugares más inusuales. Para encontrarlos, necesita algunos conocimientos en biología molecular moderna, de ahí la inevitable complejidad de algunas secciones. Teniendo estas claves a nuestra disposición, podemos, después de Sherlock Holmes, excluir algunas opciones de respuesta y centrarnos en otras. En palabras del gran detective: "Deja todo lo imposible, lo que quede será la respuesta, por increíble que parezca" 1. Aunque agitar la palabra "imposible" frente a la nariz de la evolución es bastante peligroso, experimentas el placer incomparable de un detective que ha dado en el camino correcto al intentar restaurar los caminos evolutivos más probables. Espero que mi entusiasmo se transmita parcialmente a usted.De ahí la inevitable complejidad de algunas secciones. Teniendo estas claves a nuestra disposición, podemos, después de Sherlock Holmes, excluir algunas opciones de respuesta y centrarnos en otras. En palabras del gran detective: "Deja todo lo imposible, lo que quede será la respuesta, por increíble que parezca" 1. Aunque agitar la palabra "imposible" frente a la nariz de la evolución es bastante peligroso, experimentas el placer incomparable de un detective que ha dado en el camino correcto al intentar restaurar los caminos evolutivos más probables. Espero que mi entusiasmo se transmita parcialmente a usted.De ahí la inevitable complejidad de algunas secciones. Teniendo estas claves a nuestra disposición, podemos, después de Sherlock Holmes, excluir algunas opciones de respuesta y centrarnos en otras. En palabras del gran detective: "Deja todo lo imposible, lo que quede será la respuesta, por increíble que parezca" 1. Aunque agitar la palabra "imposible" frente a la nariz de la evolución es bastante peligroso, experimentas el placer incomparable de un detective que ha dado en el camino correcto al intentar restaurar los caminos evolutivos más probables. Espero que mi entusiasmo se transmita parcialmente a usted.por increíble que pueda parecer ". 1 Aunque agitar la palabra "imposible" frente a la nariz de la evolución es bastante peligroso, experimentas el placer incomparable de un detective que ha dado en el camino correcto al intentar restaurar los caminos evolutivos más probables. Espero que mi entusiasmo se transmita parcialmente a usted.por increíble que pueda parecer ". 1 Aunque agitar la palabra "imposible" frente a la nariz de la evolución es bastante peligroso, experimentas el placer incomparable de un detective que ha dado en el camino correcto al intentar restaurar los caminos evolutivos más probables. Espero que mi entusiasmo se transmita parcialmente a usted.

Pongo una breve definición de algunos términos especiales en el glosario. Sin embargo, antes de continuar, puede valer la pena hablar un poco sobre los conceptos básicos de la biología celular para aquellos lectores que no están familiarizados con la biología. Una célula viva es un universo en miniatura, la forma de vida más simple, capaz de existencia independiente. Por lo tanto, es ella quien es la unidad básica de la biología. Una célula puede ser un organismo independiente (recuerde la ameba o, para el caso, las bacterias). Tales organismos se llaman unicelulares. Un organismo multicelular consta de muchas células (en el caso de nosotros, hay millones de millones de ellas). La ciencia que estudia las células se llama citología, de la palabra griega cyto - una célula (el significado original es un recipiente, receptáculo). La raíz "cito" es parte de muchos términos. Por ejemplo, los citocromos son proteínas "coloreadas" en una célula,citoplasma: el ambiente interno de la célula (todo excepto el núcleo), eritrocitos, el glóbulo rojo.

No todas las celdas son iguales, y algunas son mucho más iguales que otras. Las células bacterianas se organizan más fácilmente. Incluso mirándolos con un microscopio electrónico, es difícil entender qué son. Las bacterias rara vez superan unos pocos micrómetros de diámetro y generalmente toman la forma de una bola o palo. Están separados del medio ambiente por una pared celular fuerte, pero permeable, a la cual se adhiere desde el interior la membrana celular más delgada, pero relativamente impermeable, de varios nanómetros de espesor. Las bacterias producen energía con la ayuda de esta membrana extremadamente delgada, por lo que una parte importante de nuestro libro está dedicada a ella.

Una célula bacteriana, como cualquier otra, está llena de citoplasma. Tiene una consistencia de gel y contiene (en forma de solución o suspensión) una amplia variedad de moléculas biológicas. Algunos de ellos apenas se pueden ver bajo un microscopio con un aumento máximo (millones de veces). Con tal aumento, el citoplasma se ve áspero, como un campo salpicado de lunares desde una vista de pájaro. En primer lugar, entre estas moléculas, es necesario nombrar moléculas de ADN largas y retorcidas (el portador de la información genética), de forma similar a los movimientos de un lunar loco. La estructura molecular del ADN, la famosa doble hélice, fue descubierta por Watson y Crick hace más de medio siglo. Otras "asperezas" son proteínas grandes. Son apenas perceptibles incluso con tal aumento y, sin embargo, consisten en millones de átomos organizados con una precisión tan impecable,que la estructura molecular de las proteínas puede descifrarse mediante análisis de rayos X. Eso es todo No veremos nada más, aunque el análisis bioquímico muestra que las bacterias, la más simple de las células, en realidad son extremadamente complejas, y apenas estamos comenzando a entender cómo están organizadas.

Estamos hechos de células completamente diferentes. En el "corral" celular son "iguales" a muchos otros. Para empezar, son mucho más grandes. Su volumen es a veces cientos de miles de veces mayor que el volumen de las células bacterianas. En el interior, puedes ver mucho. Hay enormes pilas de membranas plegadas con una superficie rugosa, varias vesículas, cuyo contenido está separado del resto del citoplasma, como en bolsas de congelación, así como una densa red ramificada de fibras que proporcionan soporte estructural y elasticidad de la célula: el citoesqueleto. Y hay orgánulos allí: órganos celulares que realizan funciones especializadas, del mismo modo que, por ejemplo, nuestros riñones realizan la función de excreción. Pero lo más importante, en nuestras células hay un núcleo: un planeta melancólico que reina en el microcosmos celular. Su superficie, como la cara de la luna,moteado de "cráteres" (de hecho, los poros más pequeños). Las células que tienen dicho núcleo se denominan eucariotas. Estas son las células más importantes de la Tierra. Sin ellos, el mundo sería inconcebiblemente diferente, porque todas las plantas y animales, todas las algas y hongos, casi todos los seres vivos que se pueden ver a simple vista, consisten en células eucariotas, y cada una de ellas tiene su propio núcleo.

El núcleo contiene ácido desoxirribonucleico (ADN). En eucariotas y bacterias, esta macromolécula es idéntica en estructura molecular, pero difiere en organización a nivel macro. El ADN bacteriano es un circuito cerrado largo, enrevesado. El lunar loco, tarde o temprano, llega al punto de partida, y se obtiene un cromosoma en anillo. En las células eucariotas, generalmente hay varios cromosomas, y no son circulares, sino lineales. No quiero decir que estén alargados en línea recta, solo cada cromosoma tiene dos extremos. Durante el funcionamiento normal de la célula, esto no es visible, pero durante la división celular, los cromosomas cambian su estructura: se condensan y adquieren una forma tubular bien reconocida. La mayoría de las células eucariotas están en estado diploide,es decir, tienen dos copias de cada cromosoma (el número de cromosomas en humanos es 23 × 2 = 46), y los mismos cromosomas forman pares durante la división, permaneciendo conectados aproximadamente en el centro. Esto le da a los cromosomas una forma característica de "estrella", que se puede distinguir bajo un microscopio. Los cromosomas eucariotas no son solo ADN. También están cubiertos con proteínas especiales, las más importantes de las cuales se llaman histonas. Esta es una diferencia significativa entre bacterias y eucariotas: ni una sola bacteria cubre su ADN con histonas, siempre está desnuda. Las histonas no solo protegen el ADN eucariota de los ataques químicos, sino que también restringen el acceso a los genes.Los cromosomas eucariotas no son solo ADN. También están cubiertos con proteínas especiales, las más importantes de las cuales se llaman histonas. Esta es una diferencia significativa entre bacterias y eucariotas: ni una sola bacteria cubre su ADN con histonas, siempre está desnuda. Las histonas no solo protegen el ADN eucariota de los ataques químicos, sino que también restringen el acceso a los genes.Los cromosomas eucariotas no son solo ADN. También están cubiertos con proteínas especiales, las más importantes de las cuales se llaman histonas. Esta es una diferencia significativa entre bacterias y eucariotas: ni una sola bacteria cubre su ADN con histonas, siempre está desnuda. Las histonas no solo protegen el ADN eucariota de los ataques químicos, sino que también restringen el acceso a los genes.

Cuando Francis Crick descubrió la estructura del ADN, se dio cuenta de inmediato de cómo funciona el mecanismo de herencia genética, y por la noche anunció en el pub que había resuelto el enigma de la vida. El ADN es la matriz para ensamblar tanto a sí mismo como a las proteínas. Cada una de las dos cadenas polinucleotídicas de doble hélice sirve como plantilla para la otra. Cuando divergen, y esto sucede durante la división celular, cada circuito proporciona la información necesaria para ensamblar una doble hélice completa. El resultado son dos copias idénticas. La información codificada en el ADN dicta la estructura molecular de las proteínas "hechizo". Esto, dijo Crick, es el "dogma central" de toda la biología: los genes codifican proteínas. Una larga cinta de telégrafo de ADN es una secuencia de solo cuatro "letras" moleculares (nucleótidos);así que todas nuestras palabras y todos nuestros libros consisten en combinaciones de solo 33 letras. Una biblioteca completa de genes corporales se llama genoma, cuyo tamaño puede alcanzar mil millones de "letras". Un gen, esencialmente el código para "hacer" una proteína, generalmente consiste en miles de nucleótidos. Una proteína es una cadena de subunidades llamadas aminoácidos. El orden de los aminoácidos determina las propiedades funcionales de la proteína, y la secuencia de letras en el gen determina la secuencia de aminoácidos en la proteína. Una mutación genética (que cambia la secuencia de "letras") puede conducir a un cambio en la estructura de la proteína (o no, ya que el código genético tiene un cierto grado de redundancia o, en un lenguaje especial, la degeneración, y el mismo aminoácido puede ser codificado por varias combinaciones diferentes) letras).Una biblioteca completa de genes corporales se llama genoma, cuyo tamaño puede alcanzar mil millones de "letras". Un gen, esencialmente el código para "hacer" una proteína, generalmente consiste en miles de nucleótidos. Una proteína es una cadena de subunidades llamadas aminoácidos. El orden de los aminoácidos determina las propiedades funcionales de la proteína, y la secuencia de letras en el gen determina la secuencia de aminoácidos en la proteína. Una mutación genética (que cambia la secuencia de "letras") puede conducir a un cambio en la estructura de la proteína (o no, ya que el código genético tiene un cierto grado de redundancia o, en un lenguaje especial, la degeneración, y el mismo aminoácido puede ser codificado por varias combinaciones diferentes) letras).Una biblioteca completa de genes corporales se llama genoma, cuyo tamaño puede alcanzar mil millones de "letras". Un gen, esencialmente el código para "hacer" una proteína, generalmente consiste en miles de nucleótidos. Una proteína es una cadena de subunidades llamadas aminoácidos. El orden de los aminoácidos determina las propiedades funcionales de la proteína, y la secuencia de letras en el gen determina la secuencia de aminoácidos en la proteína. Una mutación genética (que cambia la secuencia de "letras") puede conducir a un cambio en la estructura de la proteína (o no, ya que el código genético tiene un cierto grado de redundancia o, en un lenguaje especial, la degeneración, y el mismo aminoácido puede ser codificado por varias combinaciones diferentes) letras).El código para la "fabricación" de una proteína, generalmente consiste en miles de nucleótidos. Una proteína es una cadena de subunidades llamadas aminoácidos. El orden de los aminoácidos determina las propiedades funcionales de la proteína, y la secuencia de letras en el gen determina la secuencia de aminoácidos en la proteína. Una mutación genética (que cambia la secuencia de "letras") puede conducir a un cambio en la estructura de la proteína (o no, ya que el código genético tiene un cierto grado de redundancia o, en un lenguaje especial, la degeneración, y el mismo aminoácido puede ser codificado por varias combinaciones diferentes) letras).El código para la "fabricación" de una proteína, generalmente consiste en miles de nucleótidos. Una proteína es una cadena de subunidades llamadas aminoácidos. El orden de los aminoácidos determina las propiedades funcionales de la proteína, y la secuencia de letras en el gen determina la secuencia de aminoácidos en la proteína. Una mutación genética (que cambia la secuencia de "letras") puede conducir a un cambio en la estructura de la proteína (o no, ya que el código genético tiene un cierto grado de redundancia o, en un lenguaje especial, la degeneración, y el mismo aminoácido puede ser codificado por varias combinaciones diferentes) letras).Una mutación genética (que cambia la secuencia de "letras") puede conducir a un cambio en la estructura de la proteína (o no, ya que el código genético tiene un cierto grado de redundancia o, en un lenguaje especial, la degeneración, y el mismo aminoácido puede ser codificado por varias combinaciones diferentes) letras).Una mutación genética (que cambia la secuencia de "letras") puede conducir a un cambio en la estructura de la proteína (o no, ya que el código genético tiene un cierto grado de redundancia o, en un lenguaje especial, la degeneración, y el mismo aminoácido puede ser codificado por varias combinaciones diferentes) letras).

Las ardillas son un tema de especial orgullo y gloria de la vida en la Tierra. La variedad de sus formas y funciones es casi infinita. Y casi toda la diversidad de la vida debe su existencia a una variedad de proteínas. Gracias a las proteínas, todos los logros físicos de la vida son posibles: desde el metabolismo hasta el movimiento, desde el vuelo hasta la visión, desde la inmunidad hasta los sistemas de señalización. Según sus funciones, las proteínas se dividen en varios grupos grandes. Una de las más importantes son las enzimas. Son catalizadores biológicos y pueden aumentar la velocidad de las reacciones bioquímicas en varios órdenes de magnitud con una tremenda especificidad de sustrato. Algunas enzimas pueden incluso distinguir isótopos (diferentes formas del mismo átomo). Otros grupos importantes de proteínas son las hormonas y sus receptores, proteínas que son responsables del sistema inmune, como los anticuerpos, las proteínas, las proteínas de unión al ADN,como las histonas y las proteínas estructurales que forman el citoesqueleto.

El código genético es inerte. Esta gran cantidad de información se coloca en un repositorio confiable: un núcleo aislado de los procesos que ocurren en el citoplasma; Así, las enciclopedias valiosas se almacenan en bibliotecas y no se estudian sin cesar, por ejemplo, en una fábrica. Para el trabajo diario en la celda, se utilizan fotocopias de bajo valor. Están hechos de ARN. Los elementos estructurales de esta macromolécula son similares a los elementos estructurales del ADN, pero está retorcido en forma de una cadena simple, no doble. Existen varios tipos de ARN, y cada uno realiza su función. En primer lugar, debe llamarse ARN informativo o mensajero (ARNm o ARNm), cuya longitud corresponde más o menos a la longitud de un gen. Al igual que el ADN, el ARNm consiste en una secuencia de nucleótidos y es una réplica exacta de la secuencia genética del ADN.La secuencia genética del ADN se transcribe en una caligrafía de ARNm ligeramente diferente: la fuente cambia, pero el significado de la oración no cambia. Este ARN es un mensajero alado. Físicamente pasa del núcleo al citoplasma a través de los poros de la membrana nuclear. Allí "amarra" a algún ribosoma, una de las miles de fábricas de ensamblaje de proteínas. Por estándares moleculares son enormes, por estándares microscópicos son extremadamente pequeños. Difícilmente pueden distinguirse por un microscopio electrónico en algunas membranas internas de la célula, a las que dan una apariencia rugosa, así como en el citoplasma en forma de pequeños puntos. Los ribosomas están compuestos por una mezcla de ARN ribosómico y proteínas. Su función es la traducción, la traducción de información que el ARNm introdujo en el lenguaje de las proteínas, es decir, la secuencia de aminoácidos.La transcripción y la traducción están controladas y reguladas por numerosas proteínas especializadas, las más importantes de las cuales se denominan factores de transcripción. Regulan la expresión génica, es decir, su conversión de un código pasivo a una proteína activa que tiene cosas que hacer en la célula o más allá.

Armados con este conocimiento básico de la biología celular, volvamos a las mitocondrias. Estos orgánulos celulares ("órganos" de la célula) se especializan en la producción de energía. Ya mencioné que las mitocondrias se originaron a partir de bacterias y todavía son un poco como ellas (Fig. 1). Por lo general, se representan en forma de salchichas o gusanos, pero pueden tomar formas aún más extrañas, rizándose casi en picada. Típicamente, las mitocondrias son del tamaño de una bacteria: unas pocas milésimas de milímetro (1–4 micrómetros) de longitud y aproximadamente medio micrómetro de diámetro. Las células de nuestro cuerpo generalmente contienen muchas mitocondrias, y el número exacto depende de las necesidades metabólicas de una célula en particular. Las células metabólicamente activas (en el hígado, los riñones, los músculos y el cerebro) contienen cientos o incluso miles de mitocondrias, que ocupan hasta el 40% del citoplasma.La palma pertenece al huevo (ovocito). Contiene y transfiere a la próxima generación alrededor de cien mil mitocondrias. Pero los espermatozoides generalmente contienen menos de 100 mitocondrias. Las células sanguíneas y las células de la piel contienen poca o ninguna mitocondrias. Según estimaciones aproximadas, un adulto contiene 1 millón de billones de mitocondrias, que en conjunto representan aproximadamente el 10% de su peso corporal.



Fig. 1. La estructura de las mitocondrias. Las membranas internas y externas son visibles; la membrana interna está doblada, y estos numerosos pliegues se llaman crestas. Es en ellos donde se desarrolla el proceso de respiración celular.

Las mitocondrias son delimitadas del citoplasma por dos membranas. La membrana externa es lisa y continua, mientras que la membrana interna forma extraños pliegues o tubos (crestas). Las mitocondrias no permanecen en el mismo lugar. Pueden moverse dentro de la célula a donde lo necesitan, y a veces de manera bastante activa. Como las bacterias, se dividen en dos, y esto sucede, hasta donde se puede juzgar, independientemente de otras mitocondrias. Y pueden fusionarse entre sí, formando vastas redes.

Por primera vez, las mitocondrias, estructuras similares a gránulos, barras o fibras, se notaron incluso bajo un microscopio óptico. Su origen se convirtió inmediatamente en objeto de controversia. Uno de los primeros en reconocer la importancia de las mitocondrias fue el científico alemán Richard Altman. Sugirió que estos pequeños gránulos son las partículas fundamentales de la vida. En 1886, los llamó bioblastos. Le parecía que los bioblastos eran los únicos componentes vivos de la célula, y la célula misma era su vivienda fortificada, similar a las fortalezas de la gente de la Edad del Hierro. Todo lo demás en la célula, incluida la membrana plasmática y el núcleo, fue construido por los bioblastos para sus propias necesidades, y el citosol (la parte acuosa del citoplasma) sirve como depósito de nutrientes.

Las ideas de Altman no echaron raíces, pero él mismo fue abiertamente ridiculizado. Hubo quienes afirmaron que los bioblastos no eran más que un producto de su imaginación, artefactos del complejo proceso de preparación de preparaciones microscópicas. El asunto se complicó por el hecho de que los citólogos de esa época estaban fascinados por la magnífica danza de los cromosomas durante la división celular. Para visualizar este baile, los componentes transparentes de la célula se tiñeron con tintes especiales. Los cromosomas se tiñeron mejor con colorantes ácidos y, desafortunadamente, generalmente disolvieron las mitocondrias. La "fijación" en el núcleo llevó a los citólogos a destruir toda evidencia de mitocondrias con sus propias manos. Algunos otros colorantes tiñen las mitocondrias solo por un corto tiempo y luego se blanquean. Este comportamiento agregó escepticismo: ¿cuáles son estas estructuras que, a modo de coerción,luego aparece, luego desaparece. Finalmente, en 1897, Karl Benda demostró que las mitocondrias no son una ilusión, sino estructuras celulares reales. Los definió como "gránulos, barras o filamentos en el citoplasma de casi todas las células <...> que son destruidas por la acción de ácidos o solventes de grasa". El término "mitocondria" propuesto por él proviene de las palabras griegas mitos - hilo y condrión - grano. Este nombre ha resistido la prueba del tiempo, pero luego fue solo uno de muchos. En diferentes momentos, las mitocondrias se llamaron más de treinta apodos deliciosamente vagos, como condriosomas, cromidios, condriocontos, eclectosomas, histómeros, microsomas, plastosomas, polioplasmas y vibriodenes.barras o filamentos en el citoplasma de casi todas las células <...> que son destruidas por la acción de ácidos o solventes de grasa ". El término "mitocondria" propuesto por él proviene de las palabras griegas mitos - hilo y condrión - grano. Este nombre ha resistido la prueba del tiempo, pero luego fue solo uno de muchos. En diferentes momentos, las mitocondrias se llamaron más de treinta apodos deliciosamente vagos, como condriosomas, cromidios, condriocontos, eclectosomas, histómeros, microsomas, plastosomas, polioplasmas y vibriodenes.barras o filamentos en el citoplasma de casi todas las células <...> que son destruidas por la acción de ácidos o solventes de grasa ". El término "mitocondria" propuesto por él proviene de las palabras griegas mitos - hilo y condrión - grano. Este nombre ha resistido la prueba del tiempo, pero luego fue solo uno de muchos. En diferentes momentos, las mitocondrias se llamaron más de treinta apodos deliciosamente vagos, como condriosomas, cromidios, condriocontos, eclectosomas, histómeros, microsomas, plastosomas, polioplasmas y vibriodenes.En diferentes momentos, las mitocondrias se llamaron más de treinta apodos deliciosamente vagos, como condriosomas, cromidios, condriocontos, eclectosomas, histómeros, microsomas, plastosomas, polioplasmas y vibriodenes.En diferentes momentos, las mitocondrias se llamaron más de treinta apodos deliciosamente vagos, como condriosomas, cromidios, condriocontos, eclectosomas, histómeros, microsomas, plastosomas, polioplasmas y vibriodenes.

Entonces, la existencia de mitocondrias ya no se cuestionó, pero su función siguió siendo un misterio. Siguiendo a Altman, pocos los consideraron los elementos fundamentales de la vida. Como regla, se les asignó un papel mucho más modesto. Algunos consideraron a las mitocondrias como centros de síntesis de proteínas o grasas, mientras que otros consideraron los sitios de almacenamiento de genes. De hecho, las mitocondrias produjeron decoloración mística de las manchas histológicas. Los colores desaparecieron de las mitocondrias como resultado de la oxidación, un proceso similar a la oxidación de los alimentos durante la respiración celular. En 1912, Benjamin Freeman Kingsbury sugirió que las mitocondrias podrían ser los centros respiratorios de una célula. Su justicia fue confirmada solo en 1949, cuando Eugene Kennedy y Albert Leninger mostraron que las enzimas respiratorias están localizadas en las mitocondrias.

Aunque las ideas de Altman sobre los bioblastos fueron rechazadas, algunos otros investigadores también sugirieron que las mitocondrias son estructuras independientes, simbiontes, que viven en una célula por el bien común. La simbiosis es una relación cuyos participantes de alguna manera se benefician de la presencia del otro, y los socios simbióticos se llaman simbiontes. Un ejemplo clásico es el corredor egipcio, o vigilante de cocodrilos (Pluvianus aegyptius). Este pájaro recoge los restos de comida de los dientes de los cocodrilos del Nilo, y recibe un almuerzo gratis a cambio de la limpieza de los dientes. Pueden existir relaciones similares a nivel celular, por ejemplo, las bacterias pueden vivir en células más grandes como endosimbiontes. A principios del siglo XX. diferentes investigadores asignaron el papel de los endosimbiontes a casi todas las estructuras celulares, como el núcleo, las mitocondrias,cloroplastos y centriolos (estructuras celulares que organizan el citoesqueleto). Estas teorías se basaban en la apariencia y el comportamiento de las estructuras correspondientes (por ejemplo, su movimiento o independientemente del tipo de división) y, por lo tanto, en principio, no podían ir más allá del marco especulativo. Además, los partidarios de estas ideas a menudo luchaban por la prioridad científica o se encontraban en lados opuestos de las barricadas políticas y lingüísticas, lo que les impedía llegar a un acuerdo. Como el historiador de la ciencia Jan Sapp escribió en el notable libro "Evolution by Association": "Así es como se desarrolla la historia de la ironía del individualismo violento de quienes postulan el papel creativo de las asociaciones en los cambios evolutivos".su movimiento o división independiente en apariencia) y por lo tanto, en principio, no podía ir más allá del marco especulativo. Además, los partidarios de estas ideas a menudo luchaban por la prioridad científica o se encontraban en lados opuestos de las barricadas políticas y lingüísticas, lo que les impedía llegar a un acuerdo. Como el historiador de la ciencia Jan Sapp escribió en el notable libro "Evolution by Association": "Así es como se desarrolla la historia de la ironía del individualismo violento de quienes postulan el papel creativo de las asociaciones en los cambios evolutivos".su movimiento o división independiente en apariencia) y por lo tanto, en principio, no podía ir más allá del marco especulativo. Además, los partidarios de estas ideas a menudo luchaban por la prioridad científica o se encontraban en lados opuestos de las barricadas políticas y lingüísticas, lo que les impedía llegar a un acuerdo. Como el historiador de la ciencia Jan Sapp escribió en el notable libro "Evolution by Association": "Así es como se desarrolla la historia de la ironía del individualismo violento de quienes postulan el papel creativo de las asociaciones en los cambios evolutivos"."Así se desarrolla la historia de la ironía del individualismo violento de quienes postulan el papel creativo de las asociaciones en los cambios evolutivos"."Así se desarrolla la historia de la ironía del individualismo violento de quienes postulan el papel creativo de las asociaciones en los cambios evolutivos".

La situación llegó a un punto crítico después de 1918, cuando el científico francés Paul Portier publicó el magnífico libro The Symbionts. Afirmó (y es difícil sobreestimar su coraje) que “todos los seres vivos, todos los animales, desde la ameba hasta el hombre, todas las plantas, desde las esporas hasta los dicotiledóneas, están formados por asociación, embolamiento1, de dos criaturas diferentes. Cada célula viva contiene en sus formaciones de protoplasma que los histólogos llaman mitocondrias. Para mí, estos orgánulos no son más que bacterias simbióticas, a las que llamo simbiontes ".

En Francia, el trabajo de Porter obtuvo elogios entusiastas y duras críticas, pero en el mundo de habla inglesa pasó casi desapercibido. Sin embargo, es importante que esta fuera la primera vez que la idea del origen simbiótico de las mitocondrias no se basara en similitudes morfológicas entre ellas y las bacterias, sino en intentos de cultivar las mitocondrias de la misma manera que se cultivan las células. El recepcionista afirmó que tuvo éxito, al menos con "protomitocondria", que, explicó, aún no se había adaptado completamente a la existencia dentro de las células. Sus descubrimientos fueron cuestionados públicamente por un grupo de bacteriólogos del Instituto Pasteur que no pudieron reproducirlos. Además, tan pronto como consiguió una silla en la Sorbona, la recepcionista abandonó el trabajo en esta dirección, y su trabajo fue silenciosamente ajeno.

Unos años más tarde, en 1925, el estadounidense Ivan Wallin presentó independientemente sus propias ideas sobre la naturaleza bacteriana de las mitocondrias. Argumentó que los estrechos lazos simbióticos eran la fuerza impulsora detrás del origen de nuevas especies. Wallin también trató de cultivar mitocondrias y también creyó que había tenido éxito. Sin embargo, esta vez también, el interés en sus ideas se desvaneció después de que otros no pudieron reproducir sus experimentos. Esta vez, la teoría simbiótica fue rechazada sin el veneno, pero el biólogo celular estadounidense Edward B. Wilson resumió la opinión general en la famosa frase: “Para muchos, por supuesto, estas especulaciones parecen demasiado fantásticas para mencionarlas en una sociedad biológica decente. ; sin embargo, no se puede descartar por completo que algún día se puedan discutir en serio ".

"Algún día" llegó medio siglo después, y esto sucedió, como corresponde a la historia de una estrecha unión simbiótica, en el "verano del amor". En junio de 1967, Lynn Margulis envió un famoso artículo al Journal of Theoretical Biology, en el que dio nueva vida a las "fantasías divertidas" de generaciones pasadas de investigadores, poniéndoles ropa científica de moda. A su disposición había material impresionante. En ese momento, ya se había demostrado que había ADN y ARN en las mitocondrias, y también se compiló una lista de ejemplos de "herencia citoplasmática" (es decir, casos en los que los rasgos hereditarios eran independientes de los genes en el núcleo). Margulis se casó con el astrónomo Karl Sagan y, tal vez, por lo tanto, abordó las cuestiones de la evolución de la vida en la Tierra con una escala verdaderamente cósmica,extrayendo no solo biología, sino también datos geológicos sobre la evolución de la atmósfera, así como evidencia fósil de bacterias y eucariotas tempranos. Ella confió en su conocimiento sin igual de la morfología y la química de los microorganismos y utilizó los criterios de taxonomía para demostrar la plausibilidad de la hipótesis de simbiosis. Sin embargo, al principio Margulis no entendió. Quince revistas diferentes rechazaron su artículo fundador hasta que finalmente fue aceptado por James Danielle, el editor visionario de The Journal of Theoretical Biology. Después de la publicación del artículo, la oficina editorial se vio inundada de solicitudes de impresiones: 800 solicitudes llegaron en un año. Academic Press se negó a publicar el libro de Margulis, El origen de las células eucariotas, aunque fue escrito para él; en 1970, el libro fue publicado por Yale University Press.Posteriormente, se convirtió en uno de los textos biológicos más autorizados del siglo. Margulis logró construir una cadena lógica de argumentos tan convincente que los biólogos ahora toman sus puntos de vista poco ortodoxos como un hecho, en cualquier caso, con respecto a las mitocondrias y los cloroplastos.

El debate feroz (sin extenderse, más allá de la estrecha comunidad científica) no se calmó durante diez años después de la publicación del libro. Eran absolutamente necesarios. Sin ellos, no podríamos estar seguros de la validez de la decisión final. Todos estuvieron de acuerdo en que realmente existen paralelismos entre las mitocondrias y las bacterias, pero no todos estuvieron de acuerdo en lo que significan. La naturaleza bacteriana de los genes mitocondriales era obvia: en primer lugar, están en el mismo cromosoma en anillo (los eucariotas tienen cromosomas lineales) y, en segundo lugar, están "desnudos", es decir, carecen de un "envoltorio" de histonas. Además, en bacterias y mitocondrias, la transcripción y la traducción ocurren de manera similar. El proceso de ensamblaje de proteínas en ellos también es similar y en muchos detalles difiere de este proceso en eucariotas. Las mitocondrias incluso tienen sus propios ribosomas ("fábricas" para el ensamblaje de proteínas),y se ven muy "bacterianas". El efecto de muchos antibióticos sobre las bacterias se basa en el bloqueo del ensamblaje de proteínas, y también bloquean la síntesis de proteínas en las mitocondrias, pero no afectan la síntesis de proteínas codificadas por los genes nucleares de una célula eucariota.

Puede parecer que estos paralelos entre las mitocondrias y las bacterias, tomados en conjunto, dan testimonio irrefutable de su parentesco, pero de hecho se pueden ofrecer una serie de explicaciones alternativas, y de ellas surgieron las disputas mencionadas anteriormente. En general, los signos "bacterianos" de las mitocondrias pueden explicarse si suponemos que la tasa de evolución de las mitocondrias es menor que la tasa de evolución del núcleo. Si es así, entonces todo es simple: las mitocondrias tienen más en común con las bacterias simplemente porque evolucionaron más lentamente que el núcleo y no lograron llegar tan lejos como lo hicieron. Entonces deberían tener síntomas atávicos. Dado que los genes mitocondriales no se recombinan durante el proceso sexual, esta suposición parecía válida, aunque no muy convincente. Para refutarlo, tenías que conocer el verdadero ritmo de la evolución,y para esto, se requirió la secuenciación de genes mitocondriales y se comparó con genes nucleares. Solo después de que un grupo de científicos de Cambridge, dirigido por Frederick Senger1, secuenciara el genoma mitocondrial humano en 1981, quedó claro que los genes mitocondriales, por el contrario, evolucionan más rápido que los nucleares. Sus propiedades atávicas solo pueden explicarse por una relación directa con las bacterias; Además, se demostró que esta relación era con un grupo muy específico: las proteobacterias alfa.Sus propiedades atávicas solo pueden explicarse por una relación directa con las bacterias; Además, se demostró que esta relación era con un grupo muy específico: las proteobacterias alfa.Sus propiedades atávicas solo pueden explicarse por una relación directa con las bacterias; Además, se demostró que esta relación era con un grupo muy específico: las proteobacterias alfa.

Afortunadamente para nosotros, incluso la vidente Margulis no siempre tenía razón. Al igual que los primeros defensores de la teoría de la simbiosis, ella argumentó que algún día podremos cultivar mitocondrias en la cultura, solo necesitamos encontrar el entorno adecuado. Ahora sabemos que esto es imposible. Por qué las mitocondrias no crecen en el cultivo, también quedó claro después de la secuenciación completa del genoma mitocondrial: los genes mitocondriales codifican solo unas pocas proteínas (para ser precisos, 13), así como todo el aparato genético necesario para su síntesis. La gran mayoría de las proteínas mitocondriales (alrededor de 800) están codificadas por genes nucleares, y su número total es de 30,000 a 40,000. Por lo tanto, la independencia de las mitocondrias es imaginaria. El hecho de que dependen de ambos genomas (mitocondrial y nuclear) ya es evidente por el hecho de que algunas de sus proteínas están compuestas por varias subunidades,algunos de los cuales están codificados por genes mitocondriales, y otros son nucleares. Es por eso que las mitocondrias solo se pueden cultivar dentro de las células. Por la misma razón, se llaman correctamente "orgánulos", y no simbiontes. Sin embargo, la palabra "orgánulo" no da ni idea de su pasado sorprendente ni del enorme impacto que han tenido en la evolución de la vida.

Muchos biólogos modernos no están de acuerdo con Lynn Margulis en otra, es decir, en sus opiniones sobre las posibilidades evolutivas de la simbiosis en general. Margulis consideraba que la célula eucariota era el producto de la fusión de varios compañeros en la simbiosis, que en cierta medida se integraba en el todo. Su "teoría de la endosimbiosis en serie" sugirió que las células eucariotas se producían mediante fusiones sucesivas de células independientes. Margulis afirmó que no solo los cloroplastos y las mitocondrias se originaron a partir de bacterias, sino también el esqueleto celular con sus centros organizadores, los centriolos, solo que provenía de otro tipo de bacterias: las espiroquetas. De hecho, Margulis consideraba que todo el mundo orgánico era un microcosmos, el fruto de la actividad conjunta de las bacterias. Las fuentes de esta idea se pueden encontrar en Darwin, quien lo expresó en la famosa frase:"Toda criatura viviente es un microcosmos: un pequeño universo que consiste en la reproducción independiente de organismos, inimaginablemente pequeños y tan numerosos como las estrellas en el cielo".

El microcosmos es una hipótesis hermosa e inspiradora, pero tiene varias dificultades. La colaboración no excluye la competencia en absoluto. La cooperación entre diferentes bacterias solo eleva el listón de la competencia, solo que ahora los organismos más complejos están compitiendo, y no sus subunidades cooperantes. Además, resulta que muchas de estas subunidades, incluidas las mitocondrias, no abandonaron sus propios intereses egoístas. Pero la mayor complejidad teórica son las mitocondrias mismas. Ellos, por así decirlo, amenazan con un dedo, advirtiéndonos de conclusiones de gran alcance sobre el poder de la cooperación microscópica. Aparentemente, todas las células eucariotas tienen mitocondrias, o una vez las tuvieron, y luego las perdieron. En otras palabras, las mitocondrias son la condición sine qua non de la existencia de organismos eucariotas.

¿Por qué demonios? Si la interacción entre bacterias es algo común, entonces tendría que aparecer una variedad de células "eucariotas", cada una con su propio conjunto de microorganismos cooperantes. Por supuesto, hay muchos ejemplos de la simbiosis de bacterias y eucariotas. Son especialmente comunes en comunidades microscópicas "inusuales", por ejemplo, entre habitantes de sedimentos del fondo marino. Golpea a otro. Todos los eucariotas, incluidos los más exóticos, tienen un origen común, y todos tienen (o alguna vez tuvieron) mitocondrias. En otras palabras, todos los demás casos de simbiosis a nivel celular están vinculados a la existencia de mitocondrias. Si no hubiera habido una fusión inicial con las mitocondrias, no habría habido otras. Es casi seguro que podemos decir esto, porque las bacterias han estado colaborando y compitiendo entre sí durante casi cuatro mil millones de años,y generaron la célula eucariota solo una vez. La adquisición de mitocondrias fue un punto de inflexión en la historia de la vida.

En el campo de visión de los científicos, constantemente se encuentran nuevos hábitats en los que se descubren nuevas relaciones entre organismos. Sirven como un campo de prueba conveniente para probar hipótesis científicas. Permítanme dar un ejemplo de este tipo: uno de los descubrimientos más sorprendentes en el cambio de milenio fue el descubrimiento en microplancton de hábitats extremos de la abundancia de los organismos eucariotas más pequeños: picoeukaryotes. Viven tanto en el fondo de los mares antárticos como en ríos fuertemente acidificados, ricos en hierro (uno de estos ríos es el río Tinto en el sur de España; debido al color rojo oscuro del agua, los fenicios lo llamaron el "río de fuego"). Anteriormente, dichos lugares se consideraban el dominio de las bacterias extremófilas, y nunca se le ocurrió a nadie buscar eucariotas sensibles allí. Pico-eucariotas son comparables en tamaño a las bacterias y viven en hábitats similares,por lo tanto, despertaron inmediatamente gran interés como posibles formas de transición entre bacterias y eucariotas. Sin embargo, a pesar de su pequeño tamaño y amor por los deportes extremos, encajan perfectamente en la clasificación existente de eucariotas. Sorprendentemente, el análisis genético ha demostrado que todas estas variaciones diversas sobre el tema eucariota pertenecen a grupos que conocemos desde hace muchos años.

Es en hábitats tan extremos que uno esperaría casos únicos de simbiosis, pero no están allí. En cambio, vemos todo igual que en otros lugares. Tomemos, por ejemplo, la célula eucariota más pequeña: Ostreococcus tauri. Su diámetro es inferior a una milésima de milímetro (1 micrómetro), que es menor que el de la mayoría de las bacterias, y, sin embargo, es un organismo eucariota de valor total. Ella tiene un núcleo con 14 cromosomas lineales, un cloroplasto y, lo más sorprendente, varias mitocondrias pequeñas. Y ella no es la única. Se han identificado unos veinte o treinta nuevos subgrupos eucariotas de los hábitats extremos de esta "cornucopia" inesperadamente abierta. Aparentemente, a pesar de su pequeño tamaño, estilo de vida inusual y duras condiciones ambientales, todos tienen, o alguna vez tuvieron, mitocondrias.

¿Qué significa esto? Esto significa que las mitocondrias no son solo uno de los posibles socios para la simbiosis. Son los guardianes de las claves de la evolución de la complejidad. Este libro trata sobre lo que las mitocondrias han hecho por nosotros. No me detendré en "detalles menores", como la síntesis de porfirinas o incluso el ciclo de Krebs, puede leer sobre ellos en los libros de texto. Procesos similares podrían ocurrir en cualquier parte de la célula, y el hecho de que se asentaron en las mitocondrias es una mera coincidencia. Veremos mejor por qué las mitocondrias son tan importantes para la vida, incluida la nuestra. En este libro veremos por qué las mitocondrias son los gobernantes secretos del mundo, los señores del poder, el sexo y el suicidio.

El libro se puede encontrar con más detalle en el sitio web de la editorial.
Contenido
Extracto

Editor científico
Julia Kraus, Investigadora líder, Departamento de Evolución Biológica, Facultad de Biología, Universidad Estatal de Moscú, Ph.D.

Cupón de 25% de descuento para lectores de este blog - Mitochondria

Source: https://habr.com/ru/post/es391803/