Zmiany temperatury mogą być motorem podziału komórek pierwotnych

Prosty mechanizm może leżeć u podstaw wzrostu i samoreplikacji komórek pierwotnych-; domniemani przodkowie współczesnych żywych komórek-; Badanie opublikowane 3 września w Dziennik biofizyczny. Komórki pierwotne to pęcherzyki połączone dwuwarstwową błoną i prawdopodobnie są podobne do pierwszego wspólnego przodka jednokomórkowego (FUCA). Opierając się na stosunkowo prostych zasadach matematycznych, zaproponowany model wskazuje, że główną siłą napędową wzrostu i reprodukcji protokomórki jest różnica temperatur występująca między wnętrzem i zewnętrzem cylindrycznej protokomórki w wyniku endogennej aktywności chemicznej.

Początkowym impulsem do naszych badań była identyfikacja głównych sił napędzających podział komórek. Jest to ważne, ponieważ nowotwór charakteryzuje się niekontrolowanym podziałem komórek. Jest to również ważne dla zrozumienia pochodzenia życia”.

Roman Atal, autor badania, Universcience

Podział komórki w celu utworzenia dwóch komórek potomnych wymaga synchronizacji wielu procesów biochemicznych i mechanicznych obejmujących struktury cytoszkieletu w komórce. Ale w historii życia takie złożone struktury są luksusem high-tech i musiały pojawić się długo po zdolności do dzielenia. Protokomórki musiały używać prostego mechanizmu podziału, aby zapewnić ich reprodukcję, zanim pojawiły się geny, RNA, enzymy i wszystkie złożone organelle, które istnieją dzisiaj, nawet w najbardziej prymitywnych, niezależnych formach życia.

W nowym badaniu Atal zaproponował model oparty na założeniu, że wczesne formy życia były prostymi pęcherzykami zawierającymi specyficzną sieć reakcji chemicznych – prekursorem współczesnego metabolizmu komórkowego. Główna hipoteza głosi, że cząsteczki tworzące dwuwarstwę błony są syntetyzowane wewnątrz protokomórki w wyniku egzotermicznych lub egzotermicznych reakcji chemicznych.

Powolny wzrost temperatury wewnętrznej zmusza cieplejsze cząsteczki do przemieszczania się z wewnętrznego płatka do zewnętrznego płatka dwuwarstwy. Ten asymetryczny ruch sprawia, że ​​płatek zewnętrzny rośnie szybciej niż płatek wewnętrzny. Ten zróżnicowany wzrost zwiększa średnią krzywiznę i wzmacnia wszelkie lokalne skurcze komórki pierwotnej, aż do podziału na dwie części. Cięcie odbywa się w pobliżu najgorętszego regionu, wokół środka.

„Opisany scenariusz można postrzegać jako prekursor mitozy” – mówi Atal. „Ponieważ nie ma archiwów biologicznych sprzed 4 miliardów lat, nie wiemy dokładnie, co zawiera FUCA, ale mógł to być pęcherzyk otoczony dwuwarstwą lipidową, która zawiera egzotermiczną reakcję chemiczną”.

Choć czysto teoretyczny, model można przetestować empirycznie. Na przykład, można wykorzystać cząstki fluorescencyjne do pomiaru zmian temperatury w komórkach eukariotycznych, gdzie mitochondria są głównym źródłem ciepła. Wahania te można powiązać z początkiem mitozy i kształtem sieci mitochondrialnej.

Jeśli zostanie potwierdzony przez przyszłe badania, mówi Attal, model ten będzie miał kilka ważnych implikacji. „Istnieje ważne przesłanie, że siły napędzające ewolucję życia są w zasadzie proste” – wyjaśnia. „Druga lekcja jest taka, że ​​gradienty temperatury są ważne w procesach biochemicznych, a komórki mogą działać jak maszyny termiczne”.