Vea También
 |
| Crédito: Dominio público CC0 |
Un estudio publicado el 3 de septiembre en Biophysical Journal sugiere que un mecanismo sencillo podría ser la base del crecimiento y la autorreplicación de las protocélulas, ancestros de las células vivas modernas. Las protocélulas son vesículas delimitadas por una bicapa de membrana y son potencialmente similares al primer ancestro común unicelular (FUCA). Basándose en principios matemáticos relativamente sencillos, el modelo propuesto sugiere que la principal fuerza que impulsa el crecimiento y la reproducción de las protocélulas es la diferencia de temperatura que se produce entre el interior y el exterior de la protocélula cilíndrica como resultado de la actividad química interna.
"La motivación inicial de nuestro estudio era identificar las principales fuerzas que impulsan la división celular", afirma el autor del estudio, Romain Attal, de Universcience. "Esto es importante porque el cáncer se caracteriza por una división celular descontrolada. También es importante para entender el origen de la vida".
La división de una célula para formar dos células hijas requiere la sincronización de numerosos procesos bioquímicos y mecánicos en los que intervienen las estructuras citoesqueléticas del interior de la célula. Pero en la historia de la vida, esas complejas estructuras son un lujo de alta tecnología y deben haber aparecido mucho más tarde que la capacidad de dividirse. Las protocélulas debieron utilizar un mecanismo de división simple para asegurar su reproducción, antes de la aparición de los genes, el ARN, las enzimas y todos los complejos orgánulos presentes hoy, incluso en las formas más rudimentarias de vida autónoma.
En el nuevo estudio, Attal propone un modelo basado en la idea de que las primeras formas de vida eran simples vesículas que contenían una red particular de reacciones químicas, precursora del metabolismo celular moderno. La hipótesis principal es que las moléculas que componen la bicapa de la membrana se sintetizan en el interior de la protocélula mediante reacciones químicas globalmente exotérmicas, o que liberan energía.
El lento aumento de la temperatura interior obliga a las moléculas más calientes a desplazarse del prospecto interior al exterior de la bicapa. Este movimiento asimétrico hace que el folio exterior crezca más rápido que el interior. Este crecimiento diferencial aumenta la curvatura media y amplifica cualquier encogimiento local de la protocélula hasta que se divide en dos. El corte se produce cerca de la zona más caliente, alrededor del centro.
"El escenario descrito puede considerarse como el ancestro de la mitosis", afirma Attal. "Al no tener archivos biológicos de 4.000 millones de años, no sabemos exactamente lo que contenía la FUCA, pero probablemente era una vesícula delimitada por una bicapa lipídica que encapsulaba algunas reacciones químicas exotérmicas".
Aunque es puramente teórico, el modelo podría probarse experimentalmente. Por ejemplo, se podrían utilizar moléculas fluorescentes para medir las variaciones de temperatura en el interior de las células eucariotas, en las que las mitocondrias son la principal fuente de calor. Estas fluctuaciones podrían correlacionarse con el inicio de la mitosis y con la forma de la red mitocondrial.
Si se confirma en futuras investigaciones, el modelo tendría varias implicaciones importantes, afirma Attal. "Un mensaje importante es que las fuerzas que impulsan el desarrollo de la vida son fundamentalmente simples", explica. "Una segunda lección es que los gradientes de temperatura importan en los procesos bioquímicos y que las células pueden funcionar como máquinas térmicas".
Fuentes, créditos y referencias:
Biophysical Journal, Attal and Schwartz: "Thermally driven fission of protocells", DOI: 10.1016/j.bpj.2021.08.020