生命起源:最初的细胞可能利用温度分裂

细胞分裂图

今天(2021年9月3日)发表的一项研究表明,一种简单的机制可能是原始细胞(现代活细胞的假定祖先)生长和自我复制的基础生物物理期刊.原细胞是由膜双分子层包围的囊泡,可能与第一个单细胞共同祖先(FUCA)相似。该模型基于较为简单的数学原理,提出原细胞生长和繁殖的主要动力是圆柱形原细胞内部化学活动引起的内外温差。

“我们研究的最初动机是确定驱动细胞分裂的主要力量,”该研究的作者、科学大学的罗曼·阿塔尔说。“这很重要,因为癌症的特征是不受控制的细胞分裂。这对理解生命的起源也很重要。”

细胞的分裂形成两个子细胞需要同步涉及细胞内细胞骨骼结构的许多生物化学和机械过程。但在生活史中,这种复杂的结构是一种高科技的奢侈品,并且必须在拆分的能力之后出现。Protocells必须使用简单的分裂机制来确保它们在基因外观之前的繁殖,核糖核酸即使是在最基本的自主生命形式中,也能找到今天存在的所有复杂的细胞器。

在新的研究中,Attal提出了一种模型,基于思想,即早期的生命形式是含有特定化学反应网络的简单囊泡 - 现代细胞代谢的前兆。主要假设是通过全球放热或能量释放,化学反应,在原子电容中合成构成膜双层的分子。

内部温度的缓慢增加迫使最热的分子从内部传单移动到双层的外叶子。这种不对称的运动使外传单的生长比内部传单快。这种差异增长增加了平均曲率并放大了原激发小块的任何局部收缩,直到其分为两个。切割发生在中间的最热区域附近。

“所描述的场景可以被视为有丝分裂的祖先,”Attal说。“没有像40亿年那样旧的生物档案,我们不知道含有的Fuca所含的糖果,但它可能是脂质双层封装一些放热化学反应的囊泡。”

虽然这是纯理论的模型,但可以通过实验来验证。例如,人们可以使用荧光分子来测量真核细胞内的温度变化,在真核细胞中,线粒体是主要的热源。这些波动可能与有丝分裂的开始和线粒体网络的形状有关。

Attal说,如果未来的调查能够证实,这个模型将会有几个重要的意义。“一个重要的信息是,推动生命发展的力量从根本上来说是简单的,”他解释道。“第二个教训是,温度梯度在生化过程中很重要,细胞可以像热机一样工作。”

参考文献:“热驱动的原细胞裂变”,2021年9月3日,生物物理期刊
DOI: 10.1016 / j.bpj.2021.08.020

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