Les changements de température pourraient être le moteur de la division cellulaire primaire

Un mécanisme simple pourrait sous-tendre la croissance et l’auto-réplication des cellules primaires ; ancêtres putatifs des cellules vivantes modernes-; Une étude publiée le 3 septembre dans Journal biophysique. Les cellules primaires sont des vésicules délimitées par une membrane bicouche et sont probablement similaires au premier ancêtre commun unicellulaire (FUCA). Sur la base de principes mathématiques relativement simples, le modèle proposé indique que la principale force motrice de la croissance et de la reproduction des protocellules est la différence de température qui se produit entre l’intérieur et l’extérieur de la protocellule cylindrique en raison de l’activité chimique endogène.

L’impulsion initiale de notre étude était d’identifier les principales forces motrices de la division cellulaire. Ceci est important car le cancer se caractérise par une division cellulaire incontrôlée. C’est aussi important pour comprendre l’origine de la vie.

Roman Atal, auteur de l’étude, Universcience

La division cellulaire pour former deux cellules filles nécessite la synchronisation de nombreux processus biochimiques et mécaniques impliquant des structures cytosquelettiques au sein de la cellule. Mais dans l’histoire de la vie, des structures aussi complexes sont un luxe de haute technologie et doivent avoir émergé bien après la capacité de se diviser. Les protocellules ont dû utiliser un mécanisme de division simple pour assurer leur reproduction, avant l’apparition des gènes, de l’ARN, des enzymes et de tous les organites complexes qui existent aujourd’hui, même dans les formes de vie indépendantes les plus primitives.

Dans la nouvelle étude, Atal a proposé un modèle basé sur l’idée que les premières formes de vie étaient de simples vésicules contenant un réseau spécifique de réactions chimiques – un précurseur du métabolisme cellulaire moderne. L’hypothèse principale est que les molécules qui composent la bicouche membranaire sont synthétisées à l’intérieur de la protocellule par des réactions chimiques exothermiques ou exothermiques.

La lente augmentation de la température interne force les molécules les plus chaudes à passer du feuillet interne au feuillet externe de la bicouche. Ce mouvement asymétrique fait croître le feuillet externe plus rapidement que le feuillet interne. Cette croissance différentielle augmente la courbure moyenne et amplifie toute contraction locale de la cellule primaire jusqu’à ce qu’elle se divise en deux. La coupe se produit près de la région la plus chaude, vers le milieu.

« Le scénario décrit peut être considéré comme un ancêtre de la mitose », explique Atal. « Parce qu’il n’y a pas d’archives biologiques vieilles de 4 milliards d’années, nous ne savons pas exactement ce que contient FUCA, mais il s’agit peut-être d’une vésicule bordée d’une bicouche lipidique qui encapsule une réaction chimique exothermique. »

Bien que purement théorique, le modèle peut être testé empiriquement. Par exemple, on peut utiliser des particules fluorescentes pour mesurer les changements de température dans les cellules eucaryotes, où les mitochondries sont la principale source de chaleur. Ces fluctuations peuvent être liées au début de la mitose et à la forme du réseau mitochondrial.

S’il est corroboré par de futures enquêtes, dit Attal, ce modèle aura plusieurs implications importantes. « Il y a un message important selon lequel les forces motrices de l’évolution de la vie sont fondamentalement simples », explique-t-il. « La deuxième leçon est que les gradients de température sont importants dans les processus biochimiques et les cellules peuvent agir comme des machines thermiques. »