Continuam evaluarea a ceea ce eu am numit “mitul stramosului comun”, a supozitiei ca viata in toata varietatea formelor pe care le observam provine dintr-o prima celula, o prokariota. In opinia mea nu se poate desparti abiogeneza de teoria evolutiei (cum poti sa explici evolutia vietii cand nu stii ce este viata?), dar pentru ca adeseori am auzit replica “evolutia nu are treaba cu abiogeneza”, ma limitez doar la a reaminti ca toate procesele legate de aparitia, maturizarea si inmultirea celulei sunt dirijate de pachetul de informatii din ADN (de asemenea din mitochondria, in cazul eukariotelor). Formarea primei prokariote din elemente inorganice este implauzibila si nedemonstrabila, pentru ca insasi formarea ADN-ului, a lichidului citoplasmic, a ribozomilor si a membranei sunt conditionate de informatie a carei existenta este necesara aprioric. Problema existentei apriorice a informatiei in celula, chiar si la acest nivel prokariotic, depaseste capacitatea actuala de intelegere a celor mai buni informaticieni cu privire la posibilitatea ca informatia sa fie codata si transmisa prin intermediul unor compusi chimici.
Nucleotidele care formeaza ADN-ul nu se gasesc liber in natura, ele nu exista de sine ca niste fulgi de nea care cad din cer. Ce este mai interesant este ca nu exista nici un proces deterministic in formarea acelor perechi ale bazelor (adenina cu timina) si (guanina cu citosina), nu exista niste caracteristici chimice care sa justifice aceasta afinitate intre bazele amintite. Tocmai lipsa unui proces deterministic in formarea ADN-ului a fost motivul pentru care sinteza moderna a sugerat ca “motorul evolutiei” sunt mutatiile aleatorii + selectia naturala, dar experimentele de laborator nu au demonstrat asa ceva (Spetner, 1997, 2014).
In general se considera ca prokariotele au fost primele forme de viata care au aparut in urma cu aproximativ 3.8 miliarde de ani si ca cyanobacteriile au evoluat capacitatea de fotosinteza, prin care se elibereaza oxigen, si astfel s-a format atmosfera habitabila a Pamantului, bogata in oxigen, care a permis aparitia eukariotelor in urma cu aproximativ 2.8 miliarde de ani. Totusi, un studiu publicat in revista Nature in 2011 sugereaza ca nivelul de oxidare a magmei (si implicit nivelul de oxigen) in perioada numita Hadean (4 miliarde de ani in urma) era similar cu cel de astazi, asadar prezenta oxigenului in atmosfera nu datoreaza nimic activitatii prokariotelor, cel putin nu in mod primordial.
Aparitia eukariotelor reprezinta pentru neo-darwinism o enigma inca nerezolvata, cum este si aparitiei vietii si a primului genom. Cum a fost posibil ca prin mutatii aleatorii si selectie naturala celulele prokariote sa adauge la genomul lor o imensa cantitate de informatie noua care sa permita sintetizarea a mii de proteine noi caracteristice eukariotelor? Motoo Kimura, in procesul de elaborare a teoriei neutre a evolutiei moleculare, a demonstrat ca majoritatea mutatiilor aleatorii sunt negative si duc fie la moartea organismului, fie sunt eliminate de selectia naturala. Dintre mutatiile care nu sunt negative, majoritatea sunt neutre, adica nu afecteaza fenotipul. Iar mutatiile aleatorii cu adevarat pozitive sunt in numar extrem de redus si cad intr-o zona “invizibila”, ca atare nu sunt selectabile de selectia naturala, ceea ce invalideaza conceptul neo-darwinian.
Incapacitatea neo-darwinismului de a evidentia o evolutie graduala pe verticala de la o specie la alta a determinat-o pe Lynn Margulis, profesoara emerita de biologie la Universitatea din Amherst, MA, USA (sotia renumitului Carl Sagan), sa caracterizeze neo-darwinismul ca “o aberatie invechita cu potential periculos” care trebuie sa fie eliminata pentru ca stiinta sa poata raspunde la intrebari de baza, cum ar fi: care este explicatia faptului ca raportul fosil arata o tentinta puternica de stasis a speciilor, sau cum e posibil ca o specie sa derive din alta specie. Margulis propune in cartea publicata in 1970, Origin of Eukaryotic Cells, o teorie a endosimbiozei, conform careia celule complexe ca eukariotele s-au produs prin cooperare si simbioza prokariotelor. Desi Margulis a fost la inceput ridiculizata pentru teoria ei, astazi este un concept larg acceptat pe baza comparatiilor morfologice si genomice care arata asemanari intre bacterie si mitochondria. Asadar, a evoluat mitochondria prin endosimbioza? Ce evidente se aduc?
Ca in majoritatea cazurilor, nu exista evidente in sens empiric, experimental, ci doar “prezumtii educate” (educated guesses) facute pe baza comparatiilor morfo-genomice, ceea ce nu-l impiedica pe Michael W. Grey sa dicteze “the mitochondrion is of unquestioned bacterial ancestry” (mitochondria are in mod incontestabil o origine bacteriala). Incontestabil?
Exista desigur asemanari intre bacterie si mitochondria:
- mitochondria se naste din mitochondrie, (dupa cum si bacteria se naste din bacterie) pe baza unui ADN circular asemanator cu al bacteriei
- mitochondria are propriul aparat de decodare si translatie a ADN-ului si ARNm-ului (diferit de cel din nucleul citoplasmic), producand proteine proprii
- ribozomii mitochondriali si moleculele de RNAt (de transfer) sunt similari cu cei ai bacteriilor
- exista asemanari in componenta membranei duble ale mitochondriei si bacteriei (Gram negativ)
Aceste asemanari par sa fie relevante, dar sunt suficiente pentru a trage o concluzie? Exista destule obstacole si nelamuriri. De exemplu, desi mitochondria produce cateva proteine de care are nevoie, marea majoritate a proteinelor (99%) necesare proceselor in mitochondrie sunt produse in afara ei, pe baza ADN-ului din nucleul celulei, dupa care proteinele sunt importate in mitochondrie (Endo and Yamano 2010). Acest proces de sintetizare a proteinelor este in mod clar diferit de cel al prokariotelor.
O alta deosebire importanta este de ordin fiziologic. De regula, prokariotele nu exporta moleculele de ATP pe care le produc, ci le pastreaza pentru energia proprie necesara proceselor metabolice, fiind organisme de sine statatoare, adaptate timp de un miliard de ani (inainte sa apara eukariotele, se zice) pentru a-si perpetua specia. Mitochondria, pe de alta parte, produce si ea ATP, dar exporta aceste molecule in afara ei pentru ca celula eukariota “gazda” sa aiba energia necesara functiilor sale. Cum se face acest export de molecule ATP (si in acelas timp import de molecule ADP, care sunt materia prima din care este produs ATP) prin membrana mitochondriei, caci in mod normal membrana este impermeabila si aceste molecule nu pot circula liber din afara inlauntru, si invers? Berg et al., 2002 si Komarov, 2005 descriu acest proces. Sunt doua bariere care trebuie sa fie trecute, cate una in cei doi pereti, interior si exterior, ai membranei mitochondriei. Mai intai molecula de ATP este trasportata prin intermediul unei proteine specifice de transport (ATP-ADP translocase) din interiorul mitochondriei in spatiul inter-membranal, si aceasta miscare este sincronizata perfect cu introducerea in spatiul inter-membranal a celulei de ADP din afara mitochondriei. Pasul urmator sau obstacolul urmator, trecerea moleculei ATP prin membrana exterioara inspre citosolul eukariotei, se face printr-un pasaj securizat electric (porina mitochondriala).
In procesul de endosimbioza, se sugereaza ca o prokariota a “inghitit” complet o alta prokariota, fara insa a o digera, dupa care se formeaza in timp (cum anume se formeaza, nu se spune) o relatie de cooperare intre cele doua organisme. Apoi se speculeaza ca acest mutant se inmulteste si se diversifica, ducand in timp la evolutia mitochondriei. Dar, face sens din punct de vedere darwinian ca o prokariota care a “inghitit” o alta prokariota sa o pastreze fara sa aiba un avantaj de pe urma ei? Daca o prokariota este “inghitita” de vie de o alta prokariota, ea va incerca sa supravietuiasca si va abuza de resursele “gazdei”, relatia fiind una de parazitism, care ar duce la moartea organismului. Selectia naturala ar elimina urgent un asa mutant!
Totusi, cercetari ulterioare au dezvaluit faptul ca un asemenea mecanism de transport (ATP-ADP translocase) exista si la bacterii, insa numai la bacteriile parazitice Ricktessia si Chlamydia (Stephan Schmitz-Esser, 2004). Asadar intrebarea de o importanta critica este: de unde provine acest mecanism de transport in genomul acestor doi paraziti, de vreme ce nici o alta bacterie nu poseda asa ceva, si mai mult, acesti doi paraziti au pierdut majoritatea informatiei din propriul genom? Ei bine, s-a dovedit ca aceste gene care codeaza proteina de transport in discutie au fost obtinute de Ricktessia si Chlamydia prin transfer de gene pe orizontala (Kurland and Andersson, 2000) de la plante (care sunt eukariote). Se cunosc si alte cazuri de transport de gene orizontal intre eukariote si prokariote, asa cum arata (Koonin et al. 2001) si de asemenea in acest Link. Asadar, nu exista o baza solida pentru conceptul ca mitochondria s-a format printr-un proces de simbioza intre doua prokariote si ca Ricktessia de exemplu este stramosul comun. In primul rand prokariota are o carcasa rigida care face improbabila “inghitirea” unei intregi prokariote. Si de ce ar inghiti-o sau ar impresura-o? Prokariotele stiu foarte bine ce anume constituie “hrana” lor. Apoi, Ricktessia si Chlamydia au dobandit acea proteina de transport prin transfer orizontal de gene preluate de la alte eukariote (plante) care aveau deja genele respective in genom.
