En los albores de la vida, el calor pudo haber impulsado la división celular

Un ballet elegante de proteínas permite que las células modernas se repliquen. Durante la división celular, las proteínas estructurales y las enzimas coordinan la duplicación del ADN, la división del contenido citoplásmico de una célula y el estrechamiento de la membrana que divide la célula. Obtener estos procesos correctamente es crucial porque los errores pueden conducir a células hijas que son anormales o inviables.

Hace miles de millones de años, el mismo desafío debe haber enfrentado los primeros paquetes membranosos de sustancias químicas autoorganizadas que surgieron espontáneamente de materiales inanimados. Pero es casi seguro que estas protocélulas tenían que replicarse sin depender de proteínas grandes. Cómo lo hicieron es una pregunta clave para los astrobiólogos y bioquímicos que estudian los orígenes de la vida.

“Si eliminas todas las enzimas de la célula, no pasa nada. Son solo sacos inertes”, dijo Anna Wang, astrobióloga de la Universidad de Nueva Gales del Sur en Sydney. “Son realmente estables, y ese es el punto”.

Sin embargo, en un artículo reciente en Revista biofísica, Romain Attal, físico de la Ciudad de la Ciencia y la Industria de Francia, y el biólogo del cáncer Laurent Schwartz de los Hospitales Públicos de París desarrollaron una serie de ecuaciones matemáticas que modelan cómo el calor por sí solo podría haber sido suficiente para impulsar una parte importante de la replicación. proceso: la fisión de una protocélula en dos.

Attal cree que los procesos químicos y físicos activos en los primeros años de vida probablemente eran bastante simples y que, por lo tanto, la termodinámica por sí sola podría haber jugado un papel importante en cómo comenzó la vida. Dijo que los tipos de ecuaciones básicas en las que ha estado trabajando podrían explicar algunas de las reglas que rigen cómo surgió la vida por primera vez.

“Los gradientes de temperatura son importantes para la vida”, dijo Attal. “Si entiendes un tema, necesitas ser capaz de escribir sus principios”.

Para que las células primitivas se dividieran sin una compleja maquinaria proteica, el proceso habría necesitado un impulsor físico o químico. “En realidad se trata de reducir una célula a sus funciones básicas y pensar: '¿Cuáles son los principios físicos y químicos básicos, y cómo podemos imitarlos sin proteínas?'”, dijo Wang.

Descubrir estos procesos se vuelve más desafiante cuando consideras que los científicos aún no pueden ponerse de acuerdo sobre una definición de vida en general y de protocélulas específicamente.

En lo que los científicos están de acuerdo es en que las protocélulas deben haber tenido algún tipo de información hereditaria que podrían transmitir a las células hijas, un metabolismo que lleva a cabo reacciones químicas y una membrana lipídica que aísla el metabolismo y la información hereditaria de la aleatoriedad en el resto de la Tierra. sopa primordial. Mientras que el mundo químico exterior era inherentemente aleatorio, la partición proporcionada por la membrana lipídica podía crear un área de menor entropía.

Para que una protocélula crezca antes de dividirse, tendría que aumentar no solo el volumen dentro de la célula sino también el área de superficie de la membrana circundante. Para crear dos células hijas más pequeñas con el mismo volumen total que la célula madre, se necesitarían lípidos adicionales para sus membranas, porque su área de superficie sería mayor en relación con su volumen. Las reacciones químicas necesarias para impulsar la síntesis de estos lípidos generarían energía en forma de calor.

Cuando Attal discutió estas ideas con Schwartz, comenzó a preguntarse si esta energía era suficiente para impulsar la división celular temprana. Una búsqueda en la literatura de investigación reveló un estudio que encontró que las mitocondrias (el centro de energía de la célula, que comenzó como una bacteria simbiótica hace miles de millones de años) tienen una temperatura ligeramente más alta que la célula circundante. Attal quería saber si esa diferencia de energía podría generarse en las protocélulas y si era adecuada para impulsar la fisión.