¿Por qué las mitocondrias tienen su propio ADN?

Las mitocondrias son bacterias primitivas que llevaron a vivir dentro de otras células hace miles de millones de años. Permiten que las células que viven adentro procesen la energía de manera más eficiente, y sin ellas los grandes organismos multicelulares probablemente serían imposibles. Abandonaron la vida independiente y la reproducción independiente hace mucho tiempo y ahora solo pueden existir dentro de otras células y reproducirse al ser clonados durante la producción de óvulos (o equivalente) y transmitirse a la descendencia del huésped, evolucionando solo a través de mutación gradual, pero todavía tienen sus propias estructuras internas diminutas y ADN.

Los cloroplastos, que permiten a las plantas la fotosíntesis, son otro tipo de bacteria simbiótica que vive dentro de las células más complejas. Tampoco se debe confundir con las bacterias simbióticas que viven en las entrañas de los animales y ayudarlos a digerir los alimentos: estos nadan libremente en el intestino y se reproducen mediante fisión binaria en su propio horario tal como lo harían en un estanque, en lugar de estar bloqueados en las celdas del host.

PD. Uno de mis comentaristas me dijo que algunos hongos tienen mitocondrias que no tienen ADN interno, lo que significa que los genes que codifican la producción y la forma de sus mitocondrias de alguna manera deben haber sido transferidos al ADN del hongo mismo.

Las mitocondrias (y los cloroplastos) descienden de bacterias de vida libre, una teoría propuesta por primera vez por Konstantin Merezhkovsky alrededor de 1905 (y luego ignorada) y luego revivida por Lynn Margulis en 1970 con mucha mejor evidencia.

La prueba de esta hipótesis se encuentra en los genomas de las mitocondrias y los cloroplastos: los primeros están relacionados con las alfa-proteobacterias (incluida la bacteria invasiva Salmonella typhi) , y la última con las cianobacterias.

En su nuevo papel como orgánulos, estas bacterias eliminan muchos genes necesarios para la vida independiente y transfieren otros al núcleo eucariótico. Pero aún conservan su propia maquinaria de síntesis de proteínas.

Este es un gran ejemplo del papel de la contingencia en biología. Si tuviera que diseñar desde cero un sistema para producir energía a través de la fosforilación oxidativa, nunca se le ocurriría el concepto de un orgánulo semiautónomo con su propio ADN (y, por lo tanto, su propia agenda genética). Este no es un diseño inteligente en absoluto, sino el producto de la historia solamente.

Para dar un trasfondo más evolutivo a la respuesta de Mike Keesey: hay una serie de teorías sobre los comienzos de la vida, desde la cuestión de la “primera vida”, cómo era y cómo surgió, hasta la primera protocélula, hasta la división de eubacteria (lo que parecen ser las mitocondrias), arqueas y eukarya (células que contienen orgánulos).

Una teoría actual que prevalece es la siguiente:

• una archaeon anaeróbica se comió una bacteria aeróbica pero no la digerió por completo.
• Esta bacteria aeróbica luego floreció dentro de la archaeon, consumiendo una gran cantidad de moléculas de alimentos parcialmente procesadas que flotan en el citoplasma usando oxígeno (de ahí el descriptor “aeróbico”).
• La bacteria produjo tanta energía que hubo un exceso de ATP (“moneda de energía” para las células) liberada también para la archaeon, creando una relación endosimbiótica … y así surgió el primer eucarionte.
• Eventualmente, la bacteria perdió muchas de sus otras funciones, volviéndose más parecida a las mitocondrias que conocemos hoy.
• (Los cloroplastos probablemente tengan una historia de origen similar).

Esta teoría es respaldada por varias observaciones, que incluyen:

• Los genes Eukarya se parecen más a arqueas que a eubacterias, especialmente en lo que respecta a los genes dedicados al mantenimiento nuclear y la transcripción / traducción (es decir, ¡los más importantes para mantener una célula!).
• No parece haber un eucariota que evolucionó sin mitocondrias *, lo que sugiere que el impulso de energía de tener mitocondrias era esencial para desarrollar otros orgánulos (es decir, no tenía eucariotas con núcleos / otros orgánulos antes de tratar de ganar mitocondrias).

* Hay eucariotas que carecen de una mitocondria, pero la presencia de proteínas derivadas de las mitocondrias sugiere que evolucionaron con las mitocondrias y luego las perdieron después, aunque no siempre carecieron de ellas.