Capitolo 5 di The Vital Question: Perché i batteri sono relativamente semplici, mentre gli eucarioti hanno dato origine a tutta la meravigliosa complessità che vediamo intorno a noi? Gli eucarioti sono tipicamente 1000 volte più grandi in volume e dimensione del genoma. E naturalmente hanno dato origine a compartimentazione interna, multicellularità, sesso e molto altro. Ecco una teoria leggermente errata: si tratta tutto del rapporto superficie/volume. Gli eucarioti generano energia nei mitocondri (la cui quantità scala con il volume cellulare). I procarioti generano energia lungo la superficie della membrana cellulare (poiché non hanno un organello interno come i mitocondri per generare e immagazzinare i gradienti di protoni che alimentano la vita). La superficie (cioè la produzione di energia dei batteri) scala quadraticamente con il raggio, mentre il volume (cioè il consumo di energia) scala cubicamente. Ergo, i batteri non possono diventare così grandi e quindi non possono generare molta complessità. Ma sappiamo che è totalmente possibile per le membrane essere piegate in tutti i tipi di modi strani per aumentare il rapporto superficie/volume. E sappiamo che i batteri possono creare vacuoli all'interno (dove presumibilmente potrebbero immagazzinare un gradiente di protoni). Perché i batteri non hanno sfruttato questi trucchi per scalare la scala della complessità? Nick Lane spiega che il vantaggio chiave degli eucarioti è che il genoma mitocondriale è distinto dal genoma batterico (a causa ovviamente dell'evento endosimbiontico che ha inglobato l'antenato batterico dei mitocondri). Per qualche motivo che non comprendo completamente, è necessario un controllo super-locale delle reazioni redox nella catena di trasporto degli elettroni che guidano la respirazione. Hai bisogno dei geni rilevanti sul posto. I mitocondri hanno già i loro genomi interni e ribosomi per regolare il loro lavoro. Se una cellula batterica dovesse diventare molto più grande, dovrebbe immagazzinare copie dei geni rilevanti vicino alla membrana. Ma i batteri non hanno un modo per fare tagli specifici e parziali al genoma. Quindi dovrebbero copiare l'intero genoma su tutta la membrana molte, molte volte. E anche immagazzinare molte copie di ribosomi e altre infrastrutture. Questo è semplicemente impraticabile. Nick spiega anche che nel tempo, la maggior parte dei geni mitocondriali originali sono migrati nel nucleo perché è più efficiente mantenere una singola copia lì. E solo quelli che erano assolutamente necessari localmente sono mantenuti nei mitocondri. Il meccanismo esatto di questa deriva, e come ha portato all'evoluzione della membrana nucleare e dei cromosomi lineari individuali, è meglio lasciarlo al libro. Domande per Nick Lane: - Perché i mitocondri sono l'unico organello che deve avere il proprio genoma proprio sul posto? È possibile che altri organelli trarrebbero anche beneficio da un controllo locale ma non hanno questa storia endosimbiontica unica che plausibilmente avrebbe portato ai propri genomi? O è solo che il ciclo di Krebs è così complesso e fragile che è necessario rispondere a perturbazioni proprio sul posto? - Perché non ci sono stati più eventi endosimbiontici?