Se você observar suas células ao microscópio, verá que quase todas elas têm um núcleo, mitocôndrias e outros equipamentos dentro delas. Células eucarióticas, células com um núcleo, são a base de toda a vida complexa, fungos, plantas e nós. A mudança de célula procariótica para célula complexa é profundamente importante para a evolução da vida, mas como isso aconteceu?

A explicação preferida é que um archaeon engoliu uma bactéria. Os dois desenvolveram uma relação simbiótica e evoluíram para eucariotos. Essa explicação me incomoda um pouco porque precisa que o par faça muito trabalho rápido, mas suponho que se archaea está comendo bactérias milhões e milhões de vezes por dia, então eles estão fazendo muitas tentativas.

David Baum, professor de botânica e biólogo evolutivo da Universidade de Wisconsin-Madison, propôs um novo modelo para a evolução eucariota. Seu modelo está do avesso e, para um não biólogo como eu, parece plausível.

Baum e seu primo Buzz Baum, da UCL, argumentam que archaea desenvolveu protuberâncias chamadas bolhas, pequenos braços, se preferir. Isso permitiu que as células interagissem melhor com seu ambiente. Ao longo do caminho, eles encontraram bactérias e começaram a desenvolver maneiras de explorar a energia das bactérias, enquanto as bactérias ainda estavam fora da célula. As células que faziam isso melhor sobreviviam com mais frequência e se reproduziam até engolir a bactéria.

Modelo de dentro para fora para a evolução da organização celular eucariótica. Modelo mostrando a evolução gradual da organização de células eucarióticas de (A) um ancestral de eócito com uma única membrana delimitadora e uma parede celular rica em glicoproteínas (camada S) interagindo com α-proteobactérias epibióticas (proto-mitocôndrias). (B) Nós visualizamos as saliências de formação de célula de eócito, auxiliadas por interações proteína-membrana no pescoço de protrusão. Essas saliências facilitaram a troca de material com as proto-mitocôndrias. (C) A seleção para uma maior área de contato entre os simbiontes teria levado ao aumento da bolha e à eventual perda da camada S das saliências. (D) As bolhas teriam sido ainda mais estabilizadas pelo desenvolvimento de um complexo de anel externo de poro nuclear simétrico (Figura 2) e pelo estabelecimento de complexos LINC que, após a perda gradual da camada S, conectaram fisicamente o corpo celular original (o compartimento nuclear nascente) para as membranas internas da bolha. (E) Com a expansão das bolhas para envolver as proto-mitocôndrias, um processo que teria facilitado a aquisição da maquinaria de biossíntese lipídica bacteriana pelo hospedeiro, o local de crescimento celular teria se deslocado progressivamente para o citoplasma, facilitado pelo desenvolvimento de tráfego regulado através do poro nuclear. Ao mesmo tempo, os espaços entre as bolhas teriam permitido a maturação gradual de proteínas secretadas no ambiente via espaço perinuclear por glicosilação e clivagem proteolítica. (F) Finalmente, a fusão da bolha teria conectado os compartimentos citoplasmáticos e impulsionado a formação de uma membrana plasmática intacta, talvez por meio de um processo semelhante à fagocitose em que uma bolha envolvia o todo. Essa simples transição topológica teria isolado o retículo endoplasmático do mundo exterior, impulsionado o pleno desenvolvimento de um sistema de tráfego vesicular e estabelecido uma estrita transmissão vertical das mitocôndrias, levando a uma célula com a moderna organização celular eucariótica. Baum e Baum BMC Biology 2014 12:76 doi:10.1186/s12915-014-0076-2
Modelo de dentro para fora para a evolução da organização celular eucariótica. Modelo mostrando a evolução gradual da organização celular eucariótica a partir de (A) um ancestral eócito com uma única membrana delimitadora e uma parede celular rica em glicoproteínas (camada S) interagindo com α-proteobactérias epibióticas (proto-mitocôndrias). (B) Imaginamos a célula eócito formando protrusões, auxiliadas por interações proteína-membrana no colo da protrusão. Essas protrusões facilitavam a troca de material com as proto-mitocôndrias. (C) A seleção para uma maior área de contato entre os simbiontes teria levado ao aumento das blebs e à eventual perda da camada S das protrusões. (D) As blebs teriam sido então ainda mais estabilizadas pelo desenvolvimento de um complexo simétrico do anel externo do poro nuclear (Figura 2) e pelo estabelecimento de complexos LINC que, após a perda gradual da camada S, conectaram fisicamente o corpo celular original (o compartimento nuclear nascente) às membranas internas das blebs. (E) Com a expansão das blebs para envolver as protomitocôndrias, um processo que teria facilitado a aquisição da maquinaria bacteriana de biossíntese de lipídios pelo hospedeiro, o local de crescimento celular teria se deslocado progressivamente para o citoplasma, facilitado pelo desenvolvimento do tráfego regulado através do poro nuclear. Ao mesmo tempo, os espaços entre as blebs teriam permitido a maturação gradual de proteínas secretadas no ambiente através do espaço perinuclear por meio de glicosilação e clivagem proteolítica. (F) Finalmente, a fusão das blebs teria conectado os compartimentos citoplasmáticos e impulsionado a formação de uma membrana plasmática intacta, talvez por meio de um processo semelhante à fagocitose, no qual uma bleb envolveria o todo. Essa simples transição topológica teria isolado o retículo endoplasmático do mundo exterior, impulsionado o desenvolvimento completo de um sistema de tráfego vesicular e estabelecido uma transmissão vertical estrita das mitocôndrias, levando a uma célula com organização celular eucariótica moderna. Baum e Baum BMC Biology 2014 12:76 doi:10.1186/s12915-014-0076-2

O que eu gosto é que existem etapas para trazer a bactéria para dentro da célula, em vez de Pancada! está aí e tudo tem que evoluir agora. Essa é provavelmente uma simplificação injusta do modelo padrão, mas o modelo de dentro para fora faz sentido, pois cada passo ao longo do caminho parece usar o material que já possui ou conferir uma pequena vantagem para a sobrevivência por si só.

Embora o evento tenha ocorrido há bilhões de anos, Baum e Baum têm algumas ideias de como podem testar a ideia. Os dados genéticos podem ajudar a indicar que um modelo de dentro para fora é mais provável do que o modelo padrão. O modelo deles prevê que algumas partes da célula se desenvolveram na ordem oposta ao modelo padrão, embora eu admita que não entendo os detalhes de como “Coatômeros do tipo COPII são derivados de componentes estruturais do poro nuclear, e não o contrário”. No entanto, posso ver uma lista de previsões claras que Baum e Baum estão fazendo e que alguém pode testar, mesmo que claramente não seja eu.

Dados fósseis seriam bons, mas altamente improváveis, mas há outra previsão. Se os procariotos podem obter uma vantagem desenvolvendo bolhas para interagir com bactérias, então deve ser possível ver alguns procariotos na natureza que se parecem com o primeiro eucarioto antes de engolir seu parceiro.

O melhor de tudo é que é um artigo muito positivo. Baum e Baum não estão simplesmente dizendo que todo mundo está errado, eles estão propondo novos tópicos para pesquisa e novas coisas para estudar, novas maneiras de encarar os problemas. Mesmo que eles estejam errados, eles podem estar errados de uma maneira realmente interessante e útil.

Você pode obter o artigo por meio do Open Access da BMC Biology.

Baum DA & Baum B. (2014). Uma origem de dentro para fora para a célula eucariótica,

BMC Biologia, 12

(1) 76. DOI: http://dx.doi.org/10.1186/s12915-014-0076-2