Un mecanismo simple podría ser la base del crecimiento y la autorreplicación de las protocélulas, supuestos ancestros de las células vivas modernas, sugiere un estudio que se publica el 3 de septiembre en Biophysical Journal. Las protocélulas son vesículas unidas por una bicapa de membrana y son potencialmente similares al primer ancestro común unicelular (FUCA). Sobre la base de principios matemáticos relativamente simples, el modelo propuesto sugiere que la fuerza principal 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 fue identificar las principales fuerzas que impulsan la división celular", dice el autor del estudio Romain Attal de Universcience. "Esto es importante porque el cáncer se caracteriza por una división celular descontrolada. Esto también es importante para comprender el origen de la vida".
La división de una célula para formar dos células hijas requiere la sincronización de numerosos procesos bioquímicos y mecánicos que involucran estructuras citoesqueléticas dentro de la célula. Pero en la historia de la vida, estructuras tan complejas son un lujo de alta tecnología y deben haber aparecido mucho más tarde que la capacidad de dividirse. Las protocélulas debieron utilizar un simple mecanismo de escisión para asegurar su reproducción, antes de la aparición de genes, ARN, enzimas y todos los complejos orgánulos presentes en la actualidad, incluso en las formas más rudimentarias de vida autónoma.
En el nuevo estudio, Attal propuso un modelo basado en la idea de que las primeras formas de vida eran vesículas simples que contienen una red particular de reacciones químicas, un precursor del metabolismo celular moderno. La hipótesis principal es que las moléculas que componen la bicapa de la membrana se sintetizan dentro de la protocélula a través de reacciones químicas globalmente exotérmicas o de liberación de energía.
El lento aumento de la temperatura interna obliga a las moléculas más calientes a moverse desde la valva interior a la valva exterior de la bicapa. Este movimiento asimétrico hace que el prospecto exterior crezca más rápido que el interior. Este crecimiento diferencial aumenta la curvatura media y amplifica cualquier contracción local de la protocélula hasta que se divide en dos. El corte ocurre cerca de la zona más caliente, alrededor de la mitad.
"El escenario descrito puede verse como el antepasado de la mitosis", dice Attal. "Al no tener archivos biológicos tan antiguos como 4 mil millones de años, no sabemos exactamente qué contenía FUCA, pero probablemente era una vesícula unida por una bicapa lipídica que encapsula algunas reacciones químicas exotérmicas".
Aunque es puramente teórico, el modelo podría probarse experimentalmente. Por ejemplo, se podrían usar moléculas fluorescentes para medir las variaciones de temperatura dentro de las células eucariotas, en las que las mitocondrias son la principal fuente de calor. Estas fluctuaciones podrían correlacionarse con la aparición de la mitosis y con la forma de la red mitocondrial.
Si lo confirman las investigaciones futuras, el modelo tendría varias implicaciones importantes, dice 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 son importantes en los procesos bioquímicos y las células pueden funcionar como máquinas térmicas".
Fuente de la historia:
Materiales proporcionados por Prensa celular. Nota: El contenido puede editarse por estilo y longitud.