Il cervello è un parassita?

Qualche tempo fa, ho visto un internauta chiedere: "È possibile che il cervello sia un parassita?"

Innanzitutto, il cervello non è di certo un parassita! Perché dici questo? La prova più importante è che le cellule cerebrali e le altre cellule del corpo hanno esattamente lo stesso set completo di genomi. Che si tratti di parassitismo o di mutualismo, sono necessari entrambi gli organismi. Anche se si tratta di endosimbiosi, devono esserci due serie di genomi.

Oggi parlerò di questo argomento dal punto di vista degli standard di identificazione biologica e del parassitismo.

01. Dal punto di vista del gold standard dell'identificazione biologica

Prendiamo ad esempio i mitocondri, di cui ne so di più.

I mitocondri e il genoma umano sono cose completamente diverse. Il genoma mitocondriale è lungo 16.569 byte e codifica 37 geni, principalmente correlati alla catena respiratoria; Il genoma nucleare umano è lungo 3 miliardi di byte e codifica da 20.000 a 30.000 geni, incluso tutto il contenuto.

Non esiste alcuna omologia di sequenza tra i due! I genomi del tessuto cerebrale e di altri tessuti sono tutti genomi nucleari umani.

Il gold standard per la moderna classificazione e identificazione biologica si basa sul genoma piuttosto che sulle caratteristiche esteriori, poiché molti metodi di classificazione utilizzati in passato erano soggetti a errori. Alcune specie che sembrano diverse appartengono in realtà allo stesso genere, mentre altre che sembrano molto simili sono in realtà classificate in categorie molto distanti. Ad esempio, le tupaie che sembrano topi sono in realtà parenti stretti degli esseri umani, mentre i mastini tibetani e i cani da tè sembrano due specie completamente diverse, ma non c'è nemmeno isolamento riproduttivo.

Poiché il cervello è geneticamente identico al resto del corpo umano, è chiaro che si tratta dello stesso organismo.

02. Dal punto di vista del parassitismo

1. Gli esseri umani si sviluppano da ovuli fecondati. Se sono parassiti, quando hanno invaso e infettato?

In secondo luogo, tutte le caratteristiche degli organi del corpo umano sono codificate da 23 coppie di cromosomi, come avviene per ogni generazione (tranne la sindrome di Down). Se è parassitario, non verrà integrato nel genoma.

3. Il sistema nervoso è molto antico e non è apparso all'improvviso. È il risultato della diversificazione degli organismi multicellulari.

Infine, hai menzionato l'ipotesi endosimbiotica. In realtà endosimbiosi e parassitismo sono due cose completamente diverse. Alcuni geni possono essere assorbiti e integrati da noi, ma una volta integrati, si forma un nuovo sistema che non è più separato dagli altri ed è soggetto alla regolazione dell'espressione dell'intero sistema. Allo stesso modo, se si separano solo i mitocondri, non è possibile ripristinarli nei batteri originali e nella vita originale.

Per quanto riguarda i parassiti umani, i parassiti tipici sono gli ascaridi e gli schistosomi. Non viene prodotto naturalmente, ma si forma dopo la nascita.

A proposito, questo è in realtà un po' un paradosso. Se sono due organismi, allora sono parassiti. Se uno di essi viene integrato, non è più parassitario, ma diventa una forma di vita identica. Questa situazione è molto comune. Nel nostro genoma sono presenti molti di questi segni. Ad esempio, i virus che hanno invaso il genoma umano milioni di anni fa hanno modificato le modalità di attivazione e disattivazione dei geni nelle cellule staminali embrionali umane.

03. Supplemento 1: Ipotesi endosimbiotica

L'ipotesi endosimbiotica afferma che i mitocondri e le cellule umane sono indipendenti l'uno dall'altro e che i primi alla fine vengono inglobati nella cellula e diventano un organello della cellula, ma hanno comunque il loro proprio corredo di DNA.

La prova dell'endosimbiosi è che i mitocondri hanno un loro DNA indipendente e un sistema a doppia membrana.

Tuttavia, i mitocondri non possono sopravvivere da soli. Sebbene possano sintetizzare 37 geni, altri geni essenziali, come i meccanismi di sintesi, necessitano dell'aiuto delle cellule somatiche per essere sintetizzati. Senza cellule somatiche, i mitocondri sono condannati. Quindi, in senso figurato, si può pensare a un Paese, due sistemi.

Ad esempio, i mitocondri e i cloroplasti sono endosimbiontici. Si dice che sono endosimbiontici semplicemente perché uno può generare calore e l'altro può assorbire luce? Ovviamente no. Se fossero speciali, l'apparato di Golgi sarebbe un tecnico avanzato, il reticolo endoplasmatico avrebbe funzioni di membrana avanzate e i ribosomi sarebbero gli chef del Nuovo Orientale. Allora perché non diciamo mai che sono endosimbiontici? C'è una sola ragione fondamentale. I cloroplasti e i mitocondri hanno un proprio set di genomi, completamente diverso da quello degli esseri umani e delle piante. Invece, sono molto simili ai batteri (DNA circolare, ribosomi 70s e l'amminoacido è in realtà N-formilmetionina). Ecco perché esiste l'ipotesi endosimbiotica.

Quella che segue è un'ipotesi su come si è formato. Penso che ci siano due premesse:

Innanzitutto, a quel tempo la Terra era ancora un organismo unicellulare. Il motivo è che se è multicellulare e fagocita i mitocondri, non si può garantire che ogni cellula abbia mitocondri.

In secondo luogo, i mitocondri e le cellule somatiche sono già emersi nei loro regni indipendenti: i mitocondri appartengono al regno batterico e le cellule somatiche al regno eucariotico. Il motivo si basa principalmente sui diversi genomi dei due.

In questa fase, i mitocondri sono come dei fanatici, producono energia in modo frenetico e si riproducono rapidamente.

Per quanto riguarda le cellule somatiche, in questa fase sono già cellule con funzioni più avanzate. A differenza dei mitocondri che producono solo energia, bilanciano le loro funzioni. Ad esempio, alcuni sono responsabili della produzione di calore, alcuni dell'assorbimento, alcuni del metabolismo, alcuni della sintesi e alcuni svolgono altre funzioni.

Un giorno, una cellula del corpo ingoiò accidentalmente un mitocondrio. Questo è molto comune. Questo perché le cellule si affidano all'endocitosi per assorbire sostanze di dimensioni maggiori.

Quindi la capacità digestiva di questa cellula potrebbe essere nella media. Dopotutto, è un tuttofare ed è impossibile che sviluppi da solo una funzione digestiva molto potente (tuttofare rappresenta uno sviluppo completo piuttosto che una parzialità). Poi i due si guardarono e convennero che la loro relazione sarebbe stata reciprocamente vantaggiosa. I mitocondri, principi delle specialità, forniscono energia. Per quanto riguarda come ottenere glicolipidi, proteine ​​e sintetizzare le proteine, non deve preoccuparsene. Le cellule somatiche gli forniscono tutto e poi ne traggono energia.

E così i due vissero felici e contenti.

04. Supplemento 2: Perché le cellule somatiche non possono integrare direttamente il genoma mitocondriale

Questa è anche una delle basi dell'endosimbiosi di cui parlavo prima, che è il DNA.

Ho proposto la teoria della demarcazione perché il DNA dei mitocondri è simile a quello dei batteri, mentre il DNA delle cellule somatiche non lo è. Le somiglianze qui non sono solo osservazioni casuali, ma differenze di specie nella composizione delle basi, nella composizione dell'RNA e nell'uso dei codoni, che sono le differenze tra batteri ed eucarioti.

Penso che la ragione diretta della mancanza di integrazione sia che i genomi sono troppo diversi e difficili da integrare. Il genoma virale non è così grande. Per quanto riguarda la digestione in basi, devono essere stati molti gli antenati mitocondriali eliminati in questo modo, e solo uno è stato preservato.

05. Supplemento 3: Sull'eredità materna mitocondriale

Alcuni si chiedono perché dovremmo eliminare i mitocondri paterni. In realtà, a rigor di termini, non è stato eliminato.

Innanzitutto, lo sperma contiene pochissimi mitocondri, il che rappresenta una goccia nel mare rispetto alle cellule uovo, quindi risulta diluito.

In secondo luogo, ci sono prove che i mitocondri del padre possono ancora essere trovati nel corpo, almeno durante il periodo della fecondazione dell'ovulo. Dove è finito dopo? Avrebbe dovuto essere degradato o diluito, ma c'è stato anche il caso di un paziente i cui mitocondri contenevano quelli paterni.

In biologia questo fenomeno è chiamato eteroplasmia mitocondriale e l'origine paterna è una causa molto, molto piccola.