Первые клетки могли использовать температуру для деления

Простое физическое явление могло лежать в основе роста и самовоспроизведения протоклеток — предполагаемых предшественников современных живых клеток. Об этом говорит исследование, опубликованное 3 сентября в Biophysical Journal. Протоклетки — это везикулы, ограниченные липидным бислоем, потенциально похожие на первого одноклеточного общего предка (FUCA). Предложенная модель, основанная на относительно простых математических принципах, предполагает, что главной движущей силой роста и размножения протоклеток была разница температур между внутренней и внешней средой цилиндрической протоклетки, возникающая в результате внутренней химической активности.

Мотивация и контекст

• Изучение движущих сил деления клеток важно для понимания рака (неконтролируемое деление) и происхождения жизни.
• Современное деление (митоз) требует сложных структур (цитоскелет), которых не было у первых форм жизни.
• Протоклеткам был нужен простой механизм деления до появления генов, РНК и ферментов.

Суть модели

1. Ранние формы жизни — простые везикулы с сетью химических реакций (протометаболизм).
2. Молекулы мембраны синтезируются внутри протоклетки за счёт экзотермических реакций, выделяющих тепло.
3. Медленный рост внутренней температуры заставляет горячие молекулы перемещаться из внутреннего слоя бислоя во внешний.
4. Это асимметричное движение заставляет внешний слой расти быстрее внутреннего.
5. Разница в росте увеличивает кривизну мембраны и усиливает любое локальное сужение протоклетки, пока она не разделится надвое. Разрез происходит в самой горячей зоне, около центра.

Значение и проверка

• Этот сценарий можно рассматривать как предшественника митоза.
• Модель, хотя и теоретическая, может быть проверена экспериментально. Например, можно измерить колебания температуры внутри эукариотических клеток (где митохондрии — главный источник тепла) и сопоставить их с началом митоза.
• Если модель подтвердится, это будет означать, что:
  1. Силы, движущие развитие жизни, фундаментально просты.
  2. Температурные градиенты важны в биохимических процессах, и клетки могут функционировать как тепловые машины.