Biophysical J：有意思！世界上最初的细胞或许是利用温度来进行分裂的！

从非生物物质出现的生命和从静止细胞所形成的肿瘤的特点都是生物量的加速增长，然而截止到目前为止，这些现象都被模拟成为等温过程（isothermal processes）；近日，一篇发表在国际杂志Biophysical Journal上题为“Thermally driven fission of protocells”的研究报告中，来自法国的科学家们通过研究表示，一种简单的机制或许是原细胞（protocells）生长和自我复制的基础，原细胞是现代活细胞的假定祖先；其是由双层膜所包裹的一种囊泡结构，有可能类似于第一个单细胞共同祖先（FUCA）。

研究者在相对简单的数学原理的基础上所提出的模型表明，驱动原细胞生长和繁殖的主要力量是圆柱形原细胞内外所发生的温度差异，而这是内部化学活动的结果。研究者最初的研究动机就是识别出驱动细胞分裂的主要驱动力，这一点很重要，因为癌症的特征也表现为失控的细胞分裂，这对于科学家们理解生命的起源至关重要。

细胞会分裂形成两个子代细胞，而这需要涉及细胞内细胞骨架结构的多种生化和机械过程的同步化，但在生命的历史长河中，诸如此类复杂的结构是一种高科技的奢侈品，其一定比分裂的能力出现的晚；原细胞会利用一种简单的分裂机制来确保其繁殖，在基因、DNA、酶类和今天所有复杂的细胞器出现之前，甚至在最原始的自主生命形式中也是如此。

在这篇研究报告中，研究者Attal等人基于一种观点提出了一种模型，即生命的早期形式是一种包含特殊化学反应网络（现代细胞代谢的前体）的简单囊泡，研究者提出的主要假设是，构成双层膜的分子会在原细胞内部通过全局放热或释放能量的化学反应来合成。

内部温度的缓慢上升迫使最热的分子从双层膜的内页移动到外页处，这种不对称的运动使得外侧的小叶结构要比内侧的小叶结构生长地快，这种差异性的生长就增加了平均的曲率，并放大了原细胞的任何局部收缩特性，直至其一分为二，而细胞的切割则发生在最热的区域附近，一般在中间附近。

研究者表示，我们所描述的情景可以被看作是有丝分裂的祖先；由于缺少40亿年的生物学档案，研究人员并不知道FUCA到底包含什么，其可能是一种由脂质双层包裹的囊泡，而其中含有一些放热的化学反应。

尽管是纯理论性的，但该模型可以通过实验来进行测试，比如研究人员能利用荧光分子来测定真核细胞内的温度变化，其中线粒体是热量最主要的来源，这些波动能与有丝分裂开始和线粒体网络的形状相关联。

研究者Attal说道，如果这一结论被未来的研究所证实，那么该模型将会有多个重要的意义，其中一个重要的信息就是，驱动生命发展的力量从根本上来讲是简单的，而且温度梯度在生化反应过程中也很重要，细胞能够像热机器一样运作。

综上，本文研究中，研究人员基于物理定律提出了一种新的模型，这或许研究生命起源的关键一步，也能够帮助研究人员更好地理解癌症中细胞增殖的机制和奥秘。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

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

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