CH 5 của Câu hỏi thiết yếu: Tại sao vi khuẩn lại tương đối đơn giản, trong khi eukaryote đã tạo ra tất cả sự phức tạp tuyệt vời mà chúng ta thấy xung quanh? Eukaryote thường lớn hơn 1000 lần về thể tích và kích thước bộ gen. Và tất nhiên đã dẫn đến sự phân chia nội bộ, đa bào, tình dục, và nhiều điều khác nữa. Đây là một lý thuyết hơi sai: tất cả đều liên quan đến tỷ lệ diện tích bề mặt so với thể tích. Eukaryote tạo ra năng lượng trong ti thể (số lượng của chúng tỷ lệ với thể tích tế bào). Prokaryote tạo ra năng lượng dọc theo bề mặt màng tế bào (vì chúng không có một bào quan nội bộ như ti thể để tạo ra và lưu trữ các gradient proton cung cấp năng lượng cho sự sống). Diện tích bề mặt (còn gọi là sản xuất năng lượng của vi khuẩn) tỷ lệ với bình phương bán kính, trong khi thể tích (còn gọi là tiêu thụ năng lượng) tỷ lệ với lập phương. Do đó, vi khuẩn không thể trở nên lớn hơn, và vì vậy, không thể sinh ra nhiều phức tạp. Nhưng chúng ta biết rằng hoàn toàn có thể cho các màng được gấp lại theo nhiều cách kỳ lạ để tăng tỷ lệ diện tích bề mặt/thể tích. Và chúng ta biết rằng vi khuẩn có thể tạo ra các vacuole bên trong (nơi chúng có thể lưu trữ một gradient proton). Tại sao vi khuẩn không sử dụng những mẹo này để leo lên bậc thang phức tạp? Nick Lane giải thích rằng lợi thế chính mà eukaryote có là bộ gen ti thể khác biệt với bộ gen vi khuẩn (do tất nhiên là sự kiện nội cộng sinh đã nuốt chửng tổ tiên vi khuẩn của ti thể). Vì một lý do nào đó mà tôi không hoàn toàn hiểu, cần phải có sự kiểm soát siêu địa phương của các phản ứng redox trong chuỗi vận chuyển electron điều khiển hô hấp. Bạn cần các gen liên quan ở ngay tại chỗ. Ti thể đã có bộ gen và ribosome nội bộ của riêng chúng để điều chỉnh công việc của chúng. Nếu một tế bào vi khuẩn trở nên lớn hơn nhiều, nó sẽ cần phải lưu trữ các bản sao của các gen liên quan gần màng. Nhưng vi khuẩn không có cách nào để thực hiện các cắt cụ thể từng phần của bộ gen. Vì vậy, chúng sẽ cần phải sao chép toàn bộ bộ gen của mình qua toàn bộ màng nhiều, nhiều lần. Và cũng lưu trữ nhiều bản sao của ribosome và cơ sở hạ tầng khác. Điều này đơn giản là không thực tế. Nick cũng giải thích rằng theo thời gian, hầu hết các gen ti thể ban đầu đã trôi dạt về nhân tế bào vì việc giữ một bản sao duy nhất ở đó hiệu quả hơn. Và chỉ những gen nào thực sự cần thiết ở địa phương mới được giữ lại trong ti thể. Cơ chế chính xác của sự trôi dạt này, và cách nó dẫn đến sự tiến hóa của màng nhân và các nhiễm sắc thể tuyến tính riêng lẻ, tốt nhất nên để lại cho cuốn sách. Câu hỏi cho Nick Lane: - Tại sao ti thể là bào quan duy nhất cần có bộ gen của riêng nó ngay tại chỗ? Có phải các bào quan khác cũng sẽ được hưởng lợi từ việc kiểm soát địa phương nhưng không có lịch sử nội cộng sinh độc đáo này mà có thể dẫn đến bộ gen của riêng chúng không? Hay chỉ đơn giản là chu trình Krebs quá phức tạp và mong manh đến mức bạn cần phản ứng với các rối loạn ngay tại chỗ? - Tại sao không có nhiều sự kiện nội cộng sinh hơn?