9月3日，發(fā)表在細(xì)胞出版社（Cell Press）旗下期刊Biophysical Journal上的一項(xiàng)研究表明，一種簡單的機(jī)制可能是原始細(xì)胞既現(xiàn)代活細(xì)胞的假定祖先——生長和自我復(fù)制的基礎(chǔ)。

原始細(xì)胞是由膜雙分子層包圍的囊泡，可能與第一個單細(xì)胞共同祖先（FUCA）相似。該研究基于較簡單的數(shù)學(xué)原理，提出原始細(xì)胞生長和繁殖的主要動力是圓柱形原始細(xì)胞內(nèi)部化學(xué)活動引起的內(nèi)外溫差。

“該研究的最初動機(jī)是確定驅(qū)動細(xì)胞分裂的主要力量?！闭撐淖髡?、“科學(xué)世界”（Universcience）的Romain Attal說，“這很重要，因?yàn)榘┌Y的特征是不受控制的細(xì)胞分裂。這對理解生命的起源也很重要。”

一個細(xì)胞分裂成兩個子細(xì)胞需要大量生化和機(jī)械過程的同步，包括細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)。但在生命史上，這種復(fù)雜結(jié)構(gòu)是一種“奢侈品”，它出現(xiàn)的時間肯定比分裂能力晚得多。

科學(xué)家認(rèn)為，在基因、RNA、酶和今天存在的所有復(fù)雜細(xì)胞器出現(xiàn)之前，甚至在最基本的自主生命形式中，原始細(xì)胞肯定已經(jīng)使用了一種簡單的分裂機(jī)制確保繁殖。

在這項(xiàng)新研究中，Attal提出了一個基于以下觀點(diǎn)的模型：生命的早期形式是簡單的囊泡，其中包含一個特定的化學(xué)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)——現(xiàn)代細(xì)胞代謝的前體。主要的假設(shè)是，構(gòu)成膜雙分子層的分子是在原始細(xì)胞內(nèi)部通過能量釋放化學(xué)反應(yīng)合成的。

內(nèi)部溫度的緩慢升高迫使最熱的分子從雙層的內(nèi)層向外層移動。這種不對稱的運(yùn)動使外層比內(nèi)層生長得更快。不同的生長速度增加了平均曲率，并放大了原始細(xì)胞的任何局部收縮，直到它一分為二。切口出現(xiàn)在最熱的中間區(qū)域。

Attal說：“這個情景可以看作是有絲分裂的前驅(qū)。由于沒有40億年前的生物檔案，我們不知道FUCA包含什么，但它可能是一個由脂質(zhì)雙分子層包圍的囊泡，包裹著一些放熱化學(xué)反應(yīng)?！?/p>

雖然這是純理論模型，但可以通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。例如，人們可以使用熒光分子測量真核細(xì)胞內(nèi)的溫度變化，在真核細(xì)胞中，線粒體是主要的熱源。這些溫度變化可能與有絲分裂的開始和線粒體網(wǎng)絡(luò)的形狀有關(guān)。

Attal說，如果未來研究能夠證實(shí)，這個模型將有幾個重要的意義?！暗谝粋€是推動生命發(fā)展的力量從根本上來說是簡單的。第二個是溫度梯度在生化過程中很重要，細(xì)胞可以像‘熱變形機(jī)’一樣工作?！?/p>

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.bpj.2021.08.020

來源：《生物物理雜志》