O fogo que veio de fora: como uma bactéria virou a mitocôndria

Sim: a mitocôndria já foi uma bactéria de vida livre. Na maioria das células do seu corpo há dezenas, às vezes milhares, dessas pequenas centrais de energia. Elas têm o próprio DNA, se dividem por conta própria e chegaram aqui de fora. É por elas que GEB começa.

Uma bactéria que não foi digerida

Há cerca de dois bilhões de anos, uma célula engoliu uma bactéria e não a digeriu. As duas passaram a viver juntas: a hóspede produzia energia com oxigênio, e a hospedeira dava abrigo e alimento. Com o tempo, a bactéria deixou de ser um organismo à parte e virou um órgão da célula, a mitocôndria. Toda planta, todo fungo e todo animal descende dessa sociedade.

A ideia tem nome, endossimbiose. Teve precursores no começo do século 20, como o russo Konstantin Mereschkowski, mas foi a bióloga americana Lynn Margulis quem a transformou num argumento científico completo, em 1967, num artigo que ela assinou com o sobrenome do primeiro casamento, Lynn Sagan. Na época, quase ninguém acreditou. Hoje é a explicação aceita.

Hipótese A data exata segue em discussão. Os relógios moleculares dão respostas diferentes conforme o método. Um estudo de 2025 na Nature (Kay e colegas) concluiu que a célula hospedeira montou várias de suas peças complexas entre 3,0 e 2,25 bilhões de anos atrás, e que a mitocôndria chegou depois disso. “Cerca de dois bilhões de anos” é uma ordem de grandeza honesta, não uma data.

Quais são as provas da teoria endossimbiótica?

Ciência São várias, e independentes umas das outras:

• Duas membranas. A mitocôndria é embrulhada duas vezes, como quem foi engolido. A membrana interna tem lipídios típicos de bactérias.
• DNA próprio, em anel. Circular como o das bactérias, e não em cromossomos lineares como o do núcleo.
• Ribossomos de tipo bacteriano. A mitocôndria fabrica parte das suas proteínas com ribossomos próprios, sensíveis a alguns dos mesmos antibióticos que atacam bactérias.
• Divisão por conta própria. A célula não fabrica mitocôndrias do zero: elas crescem e se dividem ao meio, como bactérias.
• Parentesco genético. Comparando os genes, a mitocôndria se agrupa com as alfaproteobactérias, um grupo de bactérias, e não com o núcleo da própria célula onde vive.

Hipótese Qual alfaproteobactéria, exatamente, ainda é pergunta aberta. Uma análise de 2018 na Nature (Martijn e colegas) sugeriu que a ancestral da mitocôndria se separou antes de todos os grupos de alfaproteobactérias conhecidos hoje. Ou seja: a parente mais próxima talvez nem tenha sido descoberta.

Por que a mitocôndria tem DNA próprio?

Porque é o que sobrou do genoma da bactéria original. Ao longo de centenas de milhões de anos, a maior parte dos genes da hóspede foi transferida para o núcleo ou simplesmente perdida. Hoje a mitocôndria humana depende de mais de mil proteínas, e quase todas são fabricadas a partir de genes do núcleo e importadas para dentro dela.

Ciência No anel ficaram poucos genes. Nos humanos, o DNA mitocondrial tem 16.569 pares de bases e 37 genes: 13 codificam proteínas da cadeia que produz energia, 22 codificam RNAs transportadores e 2 codificam RNAs ribossômicos. O núcleo tem cerca de 3 bilhões de pares de bases. Cada mitocôndria pode ter várias cópias do anel.

Por que esses genes nunca se mudaram? A explicação mais citada é que as proteínas feitas ali são muito hidrofóbicas e difíceis de importar, e que manter os genes perto do local de trabalho permite à mitocôndria ajustar a produção depressa. É uma hipótese bem fundamentada, não uma lei.

O pequeno anel que vem da mãe

Esse anel chega a cada pessoa quase sempre só pela mãe. O óvulo carrega centenas de milhares de mitocôndrias. As poucas do espermatozoide são marcadas e eliminadas logo depois da fecundação.

Por isso a linhagem materna funciona como um fio contínuo, passado de mãe para filha e para filho, mas só as filhas o repassam adiante. Como o anel não se mistura com o DNA do pai, ele muda apenas por mutação, num ritmo que serve de relógio.

Existem exceções?

Hipótese Em 2018, uma equipe liderada por Shiyu Luo publicou na PNAS o caso de três famílias em que o DNA mitocondrial parecia vir também do pai. O artigo teve grande repercussão. Logo vieram as críticas: o sinal poderia vir de cópias de DNA mitocondrial que se instalaram no núcleo, os chamados NUMTs, e que são herdadas como qualquer gene comum. Em 2020, um estudo na Nature Communications (Wei e colegas) analisou mais de 11 mil trios de pai, mãe e filho e não encontrou herança paterna; encontrou, sim, NUMTs capazes de imitá-la. A regra continua de pé. A exceção, se existir, é raríssima.

A Eva mitocondrial existiu? Ela foi a primeira mulher?

Ciência Existiu, mas não foi a primeira mulher. Seguindo o anel de mãe em mãe, para trás, os geneticistas chegam a uma ancestral comum de todos os humanos vivos pela linha materna. Em 1987, Rebecca Cann, Mark Stoneking e Allan Wilson analisaram o DNA mitocondrial de 147 pessoas de cinco regiões do mundo e concluíram que todas descendiam de uma mulher que viveu cerca de 200 mil anos atrás, provavelmente na África. Ganhou o apelido de Eva mitocondrial.

A data foi revista. Com genomas mitocondriais completos e relógios mais bem calibrados, as estimativas ficam em geral entre 100 e 200 mil anos. Um estudo de 2013 na Science (Poznik e colegas) chegou a algo entre 99 e 148 mil anos. A origem africana se manteve.

Ela não era a única mulher da sua época. Era a única cuja linha de filhas nunca se interrompeu. As outras linhagens maternas acabaram em algum ponto, numa geração só de filhos homens ou sem filhos. Toda árvore materna converge assim. É aritmética.

Dois detalhes que costumam se perder. Primeiro: as outras mulheres daquela época também são nossas ancestrais, pelo DNA do núcleo; só o anel delas não chegou até nós. Segundo: o título de “Eva” não é fixo. Se uma linhagem materna antiga se extinguir amanhã, a Eva de quem sobrar pode passar a ser uma mulher mais recente.

Uma roda que gira dentro de você

Dentro da mitocôndria, elétrons passam de proteína em proteína e, nesse caminho, prótons são bombeados para um lado de uma membrana. Quando voltam, atravessam uma proteína chamada ATP sintase e a fazem girar, como a água gira uma turbina. Cada volta produz ATP, a molécula que a célula usa como moeda de energia.

Ciência Esse mecanismo rendeu dois prêmios Nobel de Química: a Peter Mitchell, em 1978, pela ideia do gradiente de prótons, e a Paul Boyer e John Walker, em 1997, pela máquina giratória. O corpo guarda pouco ATP em cada instante, então cada molécula é recarregada muitas vezes por dia. Somado, um adulto recicla por dia uma massa de ATP da ordem do próprio peso: cerca de 60 quilos para uma pessoa de 60 quilos, segundo a base de dados BioNumbers, da Universidade Harvard.

E os cloroplastos?

Ciência A mesma história aconteceu de novo, mais tarde, numa linhagem que já tinha mitocôndrias. Uma célula englobou uma cianobactéria, uma bactéria que faz fotossíntese, e ela virou o cloroplasto. Foi essa segunda sociedade que deu origem às algas e às plantas. Os cloroplastos também têm duas membranas, DNA próprio em anel e ribossomos de tipo bacteriano. Foi, aliás, pensando nos cloroplastos que Mereschkowski propôs a ideia, décadas antes de Margulis.

Como a ficção científica imaginou a mitocôndria?

Ficção Em Star Wars: Episódio I – A Ameaça Fantasma (1999), George Lucas apresentou os midi-chlorians, seres microscópicos que vivem dentro das células e permitem sentir a Força. O próprio Lucas os descreveu como “uma representação livre das mitocôndrias”, segundo a Sociedade Americana de Microbiologia. Os fãs não gostaram. Os biólogos, sim: uma bactéria que vive dentro das mitocôndrias de carrapatos recebeu o nome de Midichloria mitochondrii.

Ficção Quatro anos antes, no Japão, o farmacologista Hideaki Sena publicou Parasite Eve (1995), romance que venceu a primeira edição do Prêmio Japonês de Romance de Horror. Sena trabalhava com mitocôndrias no laboratório. No livro, as mitocôndrias herdadas pela linha materna são o corpo espalhado de uma inteligência que espera, há milênios, o momento de deixar de ser hóspede. A obra virou filme e, em 1998, um videogame conhecido.

As duas histórias pegam o mesmo fato e o puxam em direções opostas: a mitocôndria como dom ou como ameaça. Nenhuma das duas tem base científica. Mas ambas notam o que a biologia confirma: há um outro dentro de nós.

Ciência, hipótese e ficção

Onde a ciência para e o livro continua

A endossimbiose explica como a mitocôndria chegou. Não diz por que foi aquela célula, naquele momento. Até onde se sabe, o encontro que deu origem às mitocôndrias aconteceu uma única vez: todos os seres com núcleo descendem dele.

No primeiro capítulo de GEB, uma geneticista brasileira, Maia, encontra no anel mitocondrial uma repetição que a natureza não costuma produzir. Ela não apaga o arquivo. A partir daí, o livro faz a pergunta que nenhum laboratório faz: e se aquele encontro de dois bilhões de anos atrás não tivesse sido acaso? E se a vida aqui já tivesse sido tocada por alguém?

É uma pergunta de ficção. Mas ela parte de um fato verdadeiro e estranho: cada um de nós carrega, em quase todas as células, os descendentes de um ser que veio de fora. E carrega também um fio de continuidade que atravessa gerações sem se romper, o que faz pensar no que significa, afinal, continuar sendo a mesma pessoa. Os primeiros capítulos de GEB estão na amostra gratuita.