¿Por qué no hay grandes árboles y animales grandes hechos de células procariotas?

La respuesta radica en las mitocondrias del eucariota, la feroz competencia en los nichos bacterianos y la pérdida de genes como trayectoria evolutiva de los procariotas (exactamente lo contrario de los eucariotas).

1. Las mitocondrias. Una teoría plausible para explicar la presencia de ese organismo de alta generación de energía proviene de la endosimbiosis. Un día, una célula procariota capaz de engullir a otros procariotas, engulló una bacteria aeróbica. En lugar de digerirlo, la bacteria permanece como un simbionte, beneficiando a la célula huésped al eliminar el O2 dañino y ayudar en la producción de ATP. Esa nueva oleada de energía ahora disponible ayudó a los nuevos organismos en la creación de nuevos genes / ADN y, por lo tanto, una mayor complejidad (que se tradujo en cuerpos más grandes en algunos de ellos).
2. La feroz competencia en los nichos procariotas. Se dice que la competencia en el mundo microscópico es mucho más feroz que el mundo macroscópico. Producir nuevos genes (por lo tanto, más ADN), cuando no tiene mitocondrias, es costoso y requiere mucho tiempo. La división celular es más rápida que la replicación del ADN, la velocidad a la que las bacterias pueden dividirse está limitada por la velocidad a la que pueden replicar su ADN. Aunque las bacterias pueden acelerar su replicación de ADN al hacer más de una copia por división celular, existe un límite para la cantidad de copias que se pueden hacer a la vez. Por lo tanto, el genoma más grande no se ha seleccionado en la evolución.
3. Pérdida génica como trayectoria evolutiva de los procariotas. La pérdida de genes es común en las bacterias y se selecciona debido a la energía / tiempo requerido para la replicación como se mencionó anteriormente. La bacteria promedio solo tiene alrededor de 5,000 genes, pero incluso los eucariotas más pequeños tienen un promedio de 20,000. Digo seleccionado porque esto no es aleatorio: el daño genético por mutación es aleatorio y puede sucederle a cualquier gen en cualquier momento, pero la pérdida de genes No es al azar. Si un gen no es esencial, entonces su pérdida o daño, por definición, no puede ser catastrófico y las bacterias están jugando con eso para asegurar su supervivencia en la evolución.

En conclusión, la presencia de mitocondrias y el tamaño del ADN son críticos para un tamaño mayor en los organismos vivos.

El libro de Nick Lane: Power, Sex & Suicide, es una mina de oro de información sobre ese tema, lo recomiendo encarecidamente.

Referencias

LANE, Nick. Poder, sexo, suicidio: mitocondrias y el sentido de la vida . OUP Oxford, 2005.

Requerimientos de energía. Las células procariotas pueden diferenciarse y formar colonias / organismos multicelulares simples, pero están limitadas en cuanto a la potencia que pueden producir, lo que a su vez limita qué tan grandes y complicadas pueden obtener las células individuales y qué rango de funciones pueden desempeñar. Esto a su vez limita el nivel de complejidad que puede sostenerse en una colonia procariota.

Las células eucariotas, por otro lado, tienen mitocondrias y, por diversas razones, aumentan enormemente la capacidad de producción de energía de la célula, lo que significa que las células individuales pueden hacerse más grandes y más complicadas y formar funciones más complejas dentro de las colonias de otras células.

Sin embargo, esto es, de alguna manera, un accidente de los diferentes tipos de células que existen en la Tierra. Los eucariotas se definen por poseer un núcleo, y sucede que las células que poseen núcleos se diferencian bastante consistentemente de las que no lo hacen de muchas otras maneras (como la posesión de mitocondrias), observando todos los diferentes tipos de organismos que hemos alguna vez encontrado en la Tierra. Sin embargo, es lógicamente posible que algunas de estas características se mezclen de diferentes maneras, si la evolución lo intentara de nuevo. Entonces, si piensas cómo sería la vida en el futuro lejano extremo (por ejemplo, dentro de 500 millones de años, tan lejos de nosotros como de la explosión cámbrica) o en mundos extraños, es muy posible que haya árboles y animales hechos de células técnicamente procariotas, si pueden encontrar otra forma de resolver los mismos problemas.

Los árboles y los animales no son solo multicelulares, exhiben una multicelularidad compleja, con diferenciación de células en tejidos y órganos, especialización celular y comunicación de célula a célula, tanto adyacentes como a distancia.

El problema no es la energía. Las mitocondrias son bacterias, en un sentido filogenético, y la fosforilación oxidativa es común en las bacterias modernas. No les falta energía.

Puede ser diferenciación. Hay muchos eucariotas que no exhiben una multicelularidad compleja, y tengo entendido que a menudo tienen “familias de genes” más pequeñas: diferentes versiones homólogas de un gen en un solo genoma (se dice que estas versiones son paralogicas ). Los procariotas generalmente tienen familias de genes aún más pequeñas, y les faltan algunas de las familias que son importantes en la multicelularidad eucariota (como Hox).

Podrían ser las paredes celulares de los procariotas. Los eucariotas multicelulares complejos tienen células sin paredes celulares (animales) o conexiones citoplasmáticas finas o gruesas, a través de las paredes celulares, de células adyacentes (plantas, algas pardas, algas rojas, hongos). La presencia de una pared celular sin conexiones citoplasmáticas puede restringir la comunicación de célula a célula. Las cianobacterias, las procariotas con la mayor especialización celular, evidentemente tienen otros medios de comunicación de célula a célula, pero no han ido muy lejos con ellas.

No es porque los organismos multicelulares complejos tengan roles ecológicos diferentes que los procariotas. Por supuesto, eso es cierto, pero antes de la evolución de la multicelularidad compleja, esos roles ni siquiera existían, y el hecho de que ahora hay una diferencia no puede invocarse útilmente para explicar cómo comenzó la diferencia.

Históricamente, por supuesto, los árboles y los animales siempre han estado hechos de células eucariotas, pero la pregunta más amplia de por qué los procariotas nunca desarrollaron una multicelularidad compleja es muy interesante, sin una respuesta clara.

No están hechos de células procariotas, pero sí tienen antepasados ​​de células procariotas, mitocondrias y cloroplastos. Estos orgánulos tienen su propio ADN y se cree que son descendientes de procariotas que han generado relaciones simbióticas con sus células huésped.

Esto es un poco como preguntar por qué los rascacielos no están hechos de pajareras, son organismos completamente diferentes, con requisitos y funciones completamente diferentes. Los procariotas son buenos para replicarse rápidamente y sobrevivir en muchos entornos diferentes. Los árboles son buenos para crecer sólidamente y hacen los trucos bioquímicos para construir estructuras de carbono. Los animales son buenos para comer cosas. Todos han evolucionado para llenar sus respectivos nichos, y no son aptos para llenar los nichos de los demás.

Debido a que un núcleo es una membrana necesaria para un organismo multicelular, sin el núcleo, cada célula de un organismo multicelular podría perder o ‘filtrar’ partes de su ADN en otras células, lo que podría generar confusión.

Incluso en las hifas no septadas de algunos hongos, cada núcleo existe de manera ordenada porque tiene una membrana independiente. Considere el caos extendido en tal situación por la falta de membrana nuclear. ¡Los cromosomas pueden estar desplazados internamente! Si todos los cromosomas que controlan el sexo están en un lugar del organismo, y esa porción se daña físicamente, ¡el organismo podría perder por completo los genes necesarios para la reproducción!

Aunque esto a veces ocurre en cadenas de bacterias multiplicadoras, solo lo usan para compartir genes y evolucionar / cambiar más rápido. Esto es muy inestable, incluso las bacterias encapsulan las partes relevantes de sí mismas en tiempos de crisis, es solo una estrategia de supervivencia más sólida.

Esa es una muy buena pregunta! La vida multicelular grande requiere diferenciación, por lo que debe haber algo en ser un procariota que lo haga difícil. Pero puede suceder (en pequeña escala): http://www.nature.com/nrmicro/jo …
¿Tal vez especulan sobre tu pregunta en este artículo? No puedo leerlo en mi teléfono.
Quizás tenga que ver con la eficiencia energética y el área de superficie relativa.

La verdadera vida multicelular involucra tejidos y órganos formados por células especializadas. Esta es una característica de las células eucariotas solamente.

Algunas células procariotas formarán asociaciones sueltas, “ciudades limo”. Pero cada célula es similar a las demás y todas se reproducen.

Tenga en cuenta también que la vida multicelular que involucra tejidos y órganos es bastante difícil de lograr. Gestionado independientemente por animales, plantas terrestres y hongos. Estas son tres pequeñas ramas en el árbol de la vida.

Los organismos más grandes tienen diferentes células para diferentes funciones, tienen tejidos especializados para realizar diversas funciones.
Las células procariotas no tienen la estructura adecuada y la diferenciación entre los orgánulos.