Cell Press|最初的细胞可能是利用温度分裂的

一项新的研究表明，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。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。

9月3日发表在《生物物理学杂志》(Biophysical Journal)上的一项研究表明，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。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作用引起的内外温差

"我们研究的最初动机是确定驱动细胞分裂的主要力量,”研究作者 Universcience 的罗曼 · 阿塔尔说。“这一点很重要，因为癌症的拥有属性是细胞分裂失控。这对于理解生命的起源也很重要。”

一个细胞分裂成两个子细胞，需要细胞内许多涉及细胞骨架结构的生化和机械过程同步进行。但是在生命的历史中，这种复杂的结构是一种高科技的奢侈品，而且一定比分裂的能力出现得晚得多。在基因、 RNA、酶和今天所有复杂的细胞器出现之前，甚至在最基本的自主生命形式出现之前，原始细胞必须使用一种简单的分裂机制来确保它们的繁殖。

在这项新的研究中，Attal 提出了一个模型，这个模型基于这样一个想法，即生命的早期形式是包含特定化学反应网络的简单囊泡---- 现代细胞新陈代谢的先驱。主要的假设是构成膜双层的分子是在原始细胞内通过全局放热或能量释放的化学反应合成的。

内部温度的缓慢增加迫使最热的分子从双分子层的内部单张移动到外部单张。这种不对称的运动使得外部的小叶比内部的小叶生长得更快。这种差异生长增加了原细胞的平均曲率，并放大了原细胞的任何局部收缩，直到它一分为二。切口发生在最热的区域，中间附近。

阿塔尔说: “这种情况可以被看作是有丝分裂的始祖。”。“由于没有40亿年前的生物学档案，我们不知道 FUCA 到底包含了什么，但它很可能是一个由脂双分子层包裹起来的囊泡，正在进行一些放热的化学反应。”

虽然纯粹是理论上的，但这个模型可以通过实验来验证。例如，我们可以用荧光分子来测量真核细胞内部的温度变化，其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。

阿塔尔说，如果未来的研究得到证实，这个模型将有几个重要的意义。“一个重要的信息是，驱动生命发展的力量从根本上来说是简单的,”他解释说。“第二个教训是，温度梯度在生物化学过程中很重要，细胞的功能就像热机器。”

Romain Attal, Laurent Schwartz. Thermally driven fission of protocells. Biophysical Journal, 2021; DOI: 10.1016/j.bpj.2021.08.020

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