Similitudes entre las bacterias y los orgánulos semiautónomos
Dado que la hipótesis simbiótica afirma que las mitocondrias y los cloroplastos surgieron a partir de bacterias que entraron en una célula eucariótica para formar una relación simbiótica, las similitudes entre las bacterias y estos orgánulos semiautónomos muestran una fuerte evidencia de que esta hipótesis es correcta.
- Función
Las mitocondrias comparten características muy similares con las bacterias puramente aeróbicas. Ambas utilizan oxígeno en la producción de ATP, y ambas lo hacen mediante el Ciclo de Kreb y la fosforilación oxidativa. (mitocondrias a la izquierda y bacterias aeróbicas púrpura a la derecha)
Los cloroplastos son muy similares a las bacterias fotosintéticas en el sentido de que ambos tienen una clorofila muy similar que aprovecha la energía de la luz para convertirla en energía química. (Cloroplasto a la izquierda y bacterias fotosintéticas a la derecha)
Aunque hay muchas similitudes entre las mitocondrias y las bacterias aeróbicas púrpura y los cloroplastos y las bacterias fotosintéticas, parecen ser leves y haber surgido por vía evolutiva.
- Tamaño
El tamaño de las mitocondrias y los cloroplastos en comparación con las bacterias es otra simple observación que apoya la hipótesis endosimbiótica. Las mitocondrias, los cloroplastos y los procariotas (bacterias) tienen un tamaño que oscila entre una y diez micras. (1 micra=1X10-6 Metros) Esto parece muy básico, pero si hubiera una gran diferencia de tamaños entre estos tres componentes, la hipótesis parecería falsa.
- ADN, ARN, Ribosomas y Síntesis de Proteínas
La primera prueba que había que encontrar para apoyar la hipótesis endosimbiótica era si las mitocondrias y los cloroplastos tienen o no su propio ADN y si este ADN es similar al ADN bacteriano. Más tarde se demostró que esto era cierto para el ADN, el ARN, los ribosomas, la clorofila (para los cloroplastos) y la síntesis de proteínas. Esto proporcionó la primera prueba sustancial de la hipótesis endosimbiótica. También se determinó que las mitocondrias y los cloroplastos se dividen independientemente de la célula en la que viven.
El hecho de que las mitocondrias tengan su propio ADN y se dividan independientemente de la célula es lo que en última instancia hace que sólo el ADN mitocondrial sea heredado por la madre, ya que sólo un óvulo tiene ADN mientras que un espermatozoide no. (Esta relación también demuestra aún más que las características descubiertas de las mitocondrias son ciertas.)
Este nivel de independencia entre los orgánulos semiautónomos muestra que no están muy relacionados con el núcleo u otros orgánulos de una célula eucariota. Al no estar relacionados, parece aún más probable que las mitocondrias y los cloroplastos fueran originalmente bacterias que entraron en la célula eucariota por endocitosis para formar una relación simbiótica.
Impulso evolutivo
Los científicos (en particular Lynn Margulis) empezaron entonces a pensar que si las mitocondrias y los cloroplastos eran realmente bacterias que se introdujeron en las células eucariotas mediante endocitosis, entonces debía existir un impulso histórico para promover esta relación simbiótica. Hace unos 3.800 millones de años, sólo existían bacterias anaerobias porque la atmósfera de la Tierra no contenía oxígeno. Las primeras bacterias fotosintéticas surgieron hace unos 3.200 millones de años y comenzaron a producir grandes cantidades de oxígeno como subproducto de la fotosíntesis. El oxígeno es muy tóxico para las células y, como consecuencia, estas bacterias fotosintéticas anaeróbicas se volvieron menos eficaces para sobrevivir en su entorno. En ese momento, algunas de las bacterias anaerobias evolucionaron a bacterias aerobias. Las bacterias aerobias se adaptan mucho mejor a este entorno que contiene oxígeno e incluso utilizan el oxígeno en el proceso de fabricación de ATP (una molécula que almacena una gran cantidad de energía fácilmente accesible). Un factor importante del que carecían ambas bacterias era la capacidad de ingerir grandes cantidades de nutrientes del entorno circundante mediante la fagocitosis. Hace unos 1.500 millones de años, surgió la primera célula nucleada (la eucariota) a través de la evolución, y esta célula tenía la innovadora capacidad de ingerir grandes cantidades de nutrientes a través de la fagocitosis. El hecho de que las bacterias, que son muy similares a las mitocondrias y los cloroplastos, existieran antes que la célula eucariota demuestra que fueron las bacterias las que se integraron en una célula eucariota en lugar de que los eucariotas estuvieran completamente separados en la historia evolutiva. Esta línea de tiempo también da evidencia de por qué una relación simbiótica sería beneficiosa.
Las bacterias fotosintéticas y aeróbicas fueron impulsadas naturalmente a entrar en esta relación porque la célula eucariota suministra tanto protección como nutrientes, y las bacterias suministran formas para que los eucariotas aprovechen más energía de la que previamente podían usar sólo la glucólisis.
Esta (arriba) es la segunda etapa del proceso de glucólisis (la única etapa que realmente produce el ATP), y como puedes ver sólo produce un total de 4 ATP (2 ATP netos). Cuando este proceso se combina con el ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa (que requiere de las mitocondrias), la cantidad neta de ATP producida es de 36-38 moléculas.
Al engullir las células eucariotas a las bacterias fotosintéticas, podrían crear moléculas de glucosa que luego podrían ser utilizadas para pasar por los procesos catabólicos en las mitocondrias, y por lo tanto, la célula eucariota aprovecha incluso más energía de la que tendría por sí misma. Tener tanta energía para impulsar los procesos celulares hace que esta nueva célula eucariota sea más apta para la supervivencia.
Doble bicapa de fosfolípidos
Una prueba bastante sencilla de la hipótesis endosimbiótica es el hecho de que tanto las mitocondrias como los cloroplastos tienen doble bicapa de fosfolípidos. Esto parece haber surgido por la entrada de las mitocondrias y los cloroplastos en las células eucariotas a través de la endocitosis. Tanto las bacterias púrpuras, aeróbicas (similares a las mitocondrias), como las bacterias fotosintéticas (similares a los cloroplastos) sólo tienen una bicapa de fosfolípidos, pero cuando entran en otra célula por endocitosis, están unidas por una vesícula que forma la segunda capa de su doble bicapa de fosfolípidos.
Este vídeo muestra muy bien el proceso de endocitosis de las bacterias aeróbicas y las bacterias fotosintéticas.