Origem das células eucarióticas

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1 Origem das células eucarióticas As primeiras formas de vida foram os seres unicelulares procariontes. O registo fóssil indica-nos que as primeiras formas de vida terão surgido há cerca de Ma. No entanto, as primeiras células nucleadas só terão aparecido há M.a., ou seja, M.a. depois dos primeiros procariontes. O que terá acontecido durante todo este tempo? Será que foi mesmo necessário para que se desenvolvesse o núcleo? Os primeiros procariontes eram muito diversificados em termos metabólicos. Alguns desenvolveram a fotossíntese, o que terá levado à acumulação de oxigénio na atmosfera. O aparecimento e acumulação deste gás na atmosfera teve um impacto gigantesco na vida na Terra. Para a grande maioria, o oxigénio revelou-se letal. É que o oxigénio é um gás muito reactivo, isto é, estabelece ligações químicas com facilidade com muitas moléculas, alterando-as de forma muito significativa ou mesmo destruindo-as, interferindo de forma drástica com as reacções metabólicas necessárias à sobrevivência destes organismos. Os sobreviventes pertenciam a dois grupos: um grupo conseguiu sobreviver em ambientes onde permaneciam anaeróbios, outros desenvolveram a capacidade de resistir ao oxigénio. Estes últimos, à semelhança das actuais mitocôndrias, conseguiram aproveitar o oxigénio para oxidar compostos orgânicos e assim obter energia. Os organismos procariontes são muito simples, e por isso era impossível realizar ao mesmo tempo a fotossíntese e a respiração. Assim, alguns grupos de procariontes terão aumentado a sua complexidade, estando na origem dos eucariontes. Foi preciso aparecer o oxigénio para se desencadear o aumento de complexidade que terá dado origem aos eucariontes. Daí os M.a. que separam os primeiros procariontes dos primeiros eucariontes. Fundamentalmente, há duas hipóteses que tentam explicar a origem dos seres eucariontes: a hipótese autogénica e a hipótese endossimbiótica. 1) Hipótese Autogénica De acordo com a hipótese autogénica, os seres eucariontes são o resultado de uma evolução gradual dos seres procariontes. Numa fase inicial, as células desenvolveram sistemas endomembranares através de invaginações progressivas da membrana plasmática. O núcleo ter-se-á formado por porções da membrana que envolveram o material nuclear. Outras membranas evoluíram no sentido de produzir organelos semelhantes ao retículo endoplasmático. 1 / 8

2 Posteriormente, algumas porções de material genético abandonaram o núcleo e terão incorporado pequenas estruturas membranares, onde evoluíram sozinhas, originando deste modo as mitocôndrias e os cloroplastos. Argumentos a favor: - As membranas celulares apresentam continuidade física entre todas; além disso, - todas as membranas apresentam a mesma estrutura e composição bioquímica. Contudo: - O material genético das mitocôndrias e dos cloroplastos apresenta uma maior semelhança com o das bactérias autónomas do que com o material genético presente no núcleo. Se o material genético e as membranas tivessem todos uma origem comum, como defende o modelo autogénico, todo o material genético deveria ser semelhante, o que efectivamente não acontece. 2) Hipótese Endossimbiótica Esta hipótese, inicialmente proposta por Lynn Margulis, defende que os seres eucariontes terão resultado da evolução conjunta de vários organismos procariontes, os quais foram estabelecendo associações simbióticas entre si. A investigadora propôs que as mitocôndrias e cloroplastos seriam inicialmente organismos procariontes autónomos. Contudo, há cerca de 2100 M.a. ter-se-ão estabelecido relações endossimbióticas entre os procariontes heterotróficos ancestrais e as células de maiores dimensões. Os procariontes heterotróficos ancestrais terão dado origem às mitocôndrias. A íntima cooperação entre estas células terá levado a uma evolução conjunta dos organismos que resultou no surgimento das células eucarióticas heterotróficas. 2 / 8

3 Esta cooperação torna-se vantajosa para a célula hospedeira, pois a utilização do oxigénio por parte da simbionte permite afastar o oxigénio do núcleo, impedindo assim a destruição do material genético por reação com o oxigénio. Por outro lado, o procarionte passa a ter à disposição mais oxigénio para a produção de energia. É de salientar o caráter sequencial com que as associações foram tendo lugar. De facto, nem todas as células apresentam cloroplastos. Mas todas têm mitocôndrias. Esta situação explica-se pela sequencialidade com que as associações foram ocorrendo. Inicialmente a associação terá ocorrido com os ancestrais das mitocôndrias. Só posteriormente algumas células (já com mitocôndrias) teriam estabelecido novas relações endossimbióticas, desta vez com seres autotróficos fotossintéticos, que terão vindo a originar os cloroplastos. Ainda hoje se verifica que algumas algas apresentam plastos com mais do que uma membrana dupla, o que sugere que terá ocorrido uma relação endossimbiótica secundária, entre o plastídeo original e outro ser autotrófico procarionte. Argumentos a favor desta teoria: - As mitocôndrias e os cloroplastos apresentam dimensões semelhantes às bactérias; 3 / 8

4 - As mitocôndrias e os cloroplastos apresentam o seu próprio material genético, capaz de se replicar e traduzir de forma independente do núcleo da célula; - O DNA, os ribossomas e as estruturas membranares das mitocôndrias e dos cloroplastos são estruturas mais semelhantes às existentes em seres procarióticos do que às da célula onde se encontram (por exemplo, o DNA das mitocôndrias e cloroplastos não se encontra associado a histonas, tal como acontece no material genético dos procariontes atuais); - As mitocôndrias e os cloroplastos possuem ribossomas próprios (semelhantes aos das células procarióticas) e são capazes de sintetizar as suas próprias proteínas e de se dividir de forma independente do núcleo da célula onde se encontram; - Ainda hoje se verificam relações endossimbióticas entre bactérias e alguns eucariontes. Contudo: - Esta teoria, tal como foi proposta inicialmente por Lynn Margulis, não explica a origem do núcleo e dos restantes organitos endomembranares. Além disso, não se podem esquecer os argumentos a favor do modelo autogénico (continuidade física e semelhança estrutural entre as membranas celulares internas e externa). Assim, alguns investigadores procuraram conciliar as duas hipóteses, defendendo que os sistemas endomembranares e o núcleo tenham resultado de invaginações da membrana plasmática, tal como defende a hipótese autogénica e as mitocôndrias e os cloroplastos terão tido origem em relações de endossimbiose, tal como defende a hipótese endossimbiótica. 4 / 8

5 Contudo, existem ainda aspetos controversos que esta teoria ainda não explica totalmente. Alguns genes necessários ao controlo da expressão dos genes das mitocôndrias e cloroplastos encontram-se no núcleo das células. Este poderia ser um argumento a favor da teoria autogénica. De acordo com os defensores da teoria endossimbiótica, o processo de simbiose poderia ter implicado a migração de algum material genético dos simbiontes procariotas para o núcleo da célula hospedeira. Na realidade, ainda hoje se verificam trocas de segmentos de DNA entre os cloroplastos e entre as mitocôndrias da mesma célula, o que parece apoiar esta explicação. Resta a apresentação de mais provas que corroborem esta hipótese, e que possam explicar não só como é feito o controlo da expressão genética nas mitocôndrias e cloroplastos, mas também como e quando terá acontecido essa migração de material genético. A imagem seguinte resume os dois modelos aqui descritos: 5 / 8

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7 Lynn Margulis é uma cientista muito respeitada actualmente no meio científico. Aqui podes encontrar uma entrevista desta cientista. 7 / 8

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