Teoria endossimbiótica

Graduado em Ciências Biológicas (UNIOESTE, 2017)

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A teoria da Endossimbiose foi proposta pela bióloga Lynn Margulis, em 1981, que em seu artigo intitulado como Symbiosis in Cell Evolution, propôs que as células eucarióticas foram originadas a partir de uma comunidade bacteriana que possuía uma interação de simbiose.

Essa relação simbiótica possibilitou o surgimento de estruturas celulares que são características das células eucariótica, como a presença de um núcleo, mitocôndrias e plastídios (célula vegetal).

A teoria da endossimbiose pode ser descrita e explicada a partir de quatro pontos, são eles:

  • Uma célula procariótica engloba outra célula procariótica menor, que ao ser englobada, conseguirá resistir ao processo de digestão celular e permanecerá dentro da célula hospedeira;
  • Posteriormente se inicia um processo simbiótico entre as células hospedeiras e células hóspedes;
  • A alta eficácia simbiótica entre as células resulta em uma dependência entre hospede e hospedeiro, fazendo que os mesmos se tornem organismos singulares;
  • Por fim, células hospedes se desenvolvem em organelas celulares típicas de células eucarióticas, resultando na formação de um novo tipo celular que viria a ser chamado de eucarionte.

Dessa forma, surgem as células eucarióticas, e como resultado, a diversidade biológica que na época (1.4 bilhões de anos atrás) era apenas das Archaeas e Bactérias, sofre uma alteração, surgindo agora o domínio Eukarya.

Surgimento de novas características celulares

O surgimento das células eucariontes, é marcado pelo desenvolvimento de um sistema de endomembranas e a origem das mitocôndrias e plastídios.

Origem do sistema de endomembranas

O sistema de endomembranas, segundo a teoria da endossimbiose, seria resultado de invaginações na membrana plasmática através da capacidade de criar fagócitos. Esse fator foi fundamental para a evolução e o desenvolvimento das células eucariontes que conhecemos atualmente.

Origem das mitocôndrias

No caso da origem das mitocôndrias, essas organelas surgem através da endossimbiose, no qual um endossimbionte que foi retido por uma célula hospedeira, acabou se desenvolvendo e dando origem a essa organela celular responsável pela produção de energia (ATP).

Indícios apontam que o organismo endossimbionte responsável pela formação das mitocôndrias era uma bactéria capaz de realizar fosforilação oxidativa para obtenção de ATP.

Origem da fotossintese – cloroplastos e plastídeos

Com certeza, um dos maiores marcos da endossimbiose, foi a origem da fotossíntese, no qual a célula se torna capaz de absorver energia luminosa e converte-la em energia química.

Através desse mecanismo, as células deixam de ser dependentes de compostos orgânicos e passam a produzir o seu próprio alimento, surgindo assim, os organismos autótrofos que são os grandes responsáveis pelo aumento do nível de oxigênio terrestre e consequentemente transformações drásticas nas características da Terra primitiva.

A fotossíntese surgiu a cerca de 3.5 bilhões de anos e os primeiros organismos capazes de realizar esse processo eram as cianobactérias (algas azuis).

Com o surgimento dos primeiros eucariontes (1.4 bilhões de anos atrás), a endossimbiose passa a atingir também as cianobactérias, que são englobadas por células eucariontes heterotróficas, possibilitando o surgimento dos cloroplastos.

Por fim, o processo endossimbiótico entre dois eucariontes culminou no surgimento de plastídios, esse processo aconteceu entre algas verdes (organismos endossimbionte) e Cholorarachniofitas e Euglenofíceas (células hospedeiras).

Vale destacar, que o processo de endossimbiose provoca impactantes alterações na arquitetura celular e genômica das células envolvidas no processo, com isso, cloroplastos e mitocôndrias passam a ser dependentes de proteínas nucelares para conseguirem exercer suas funções celulares.

Fatores que sustentam a endossimbiose

De início a ideia da endossimbiose não foi muito bem aceita pela comunidade científica, pois o artigo Symbiosis in Cell Evolution propõe que flagelos tinham origem simbiótica a partir de espiroquetas, como o flagelo não possui DNA e sua estrutura é diferente dos procariontes, os pesquisadores da época contestaram a hipótese da endossimbiose.

Entretanto, com avanço científico, atualmente uma série de fatores apoiam a teoria da endossimbiose, entre eles vale destacar:

  • Atualmente observa-se endossimbiose entre procariontes e protozoários;
  • Mitocôndrias e cloroplastos sintetizam sua própria membrana e se replicam em um processo semelhante ao que acontece em bactérias (fissão binária);
  • Cloroplasto e mitocôndrias apresentam seu próprio material genético circular;
  • Cloroplasto e mitocôndrias possuem um tamanho semelhante ao encontrado em procariontes atuais.

Referências:

BURKI, Fabien et al. Untangling the early diversification of eukaryotes: a phylogenomic study of the evolutionary origins of Centrohelida, Haptophyta and Cryptista. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, v. 283, n. 1823, p. 20152802, 2016.

KNOLL, Andrew H. The multiple origins of complex multicellularity. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, v. 39, p. 217-239, 2011.

SMITH, David Roy; KEELING, Patrick J. Mitochondrial and plastid genome architecture: reoccurring themes, but significant differences at the extremes. Proceedings of the National Academy of Sciences, v. 112, n. 33, p. 10177-10184, 2015.

MAGALHÃES, Karoline; NAUER, Fábio. Origem e evolução dos cloroplastos. BOTÂNICA NO INVERNO 2018 Organizadores Laboratório de Algas Marinhas, p. 8.

SANTOS, Ricardo R.; MELO, Ricardo; SANTOS, Gil C. (Ed.). Origem Endossimbiótica das Células Eucarióticas–Fundamentos & Perspectivas. Bulletin of Mathematical Biology, v. 52, n. 3, p. 335-348.

HIRAKAWA, Carlos Eduardo; RUTZ, Solange. Um Modelo matemático da evolução por Endossimbiose. Cadernos do IME-Série Matemática, v. 2, n. 20, 2008.

Arquivado em: Biologia