El término quimiotón (abreviatura de ' autómata químico ') se refiere a un modelo abstracto para la unidad fundamental de la vida introducido por el biólogo teórico húngaro Tibor Gánti . Gánti concibió la idea básica en 1952 y formuló el concepto en 1971 en su libro Los principios de la vida (escrito originalmente en húngaro y traducido al inglés recién en 2003). [1] [2] Sugirió que el quimiotón era el ancestro original de todos los organismos.
El supuesto básico del modelo es que la vida debería tener fundamental y esencialmente tres propiedades: metabolismo , autorreplicación y membrana bilípida . [3] Las funciones metabólicas y de replicación juntas forman un subsistema autocatalítico necesario para las funciones básicas de la vida, y una membrana encierra este subsistema para separarlo del entorno circundante. Por lo tanto, cualquier sistema que tenga tales propiedades puede considerarse vivo, estará sujeto a la selección natural y contendrá información celular autosostenida. Algunos consideran este modelo una contribución significativa al origen de la vida ya que proporciona una filosofía de unidades evolutivas . [4]
El quimiotón es una protocélula que crece por metabolismo, se reproduce por fisión biológica y tiene una variación genética al menos rudimentaria. Por tanto, contiene tres subsistemas: una red autocatalítica para el metabolismo, una bicapa lipídica para la organización estructural y una maquinaria replicadora para la información. A diferencia de las reacciones metabólicas celulares, el metabolismo del quimiotón se produce en un ciclo químico autónomo y no depende de enzimas. La autocatálisis produce sus propias estructuras y funciones. Por tanto, el proceso en sí no tiene variación hereditaria. Sin embargo, el modelo incluye otra molécula ( T en el diagrama) que se produce espontáneamente y se incorpora a la estructura. Esta molécula es anfipática como los lípidos de membrana , pero es muy dinámica, dejando pequeños huecos que se cierran y abren con frecuencia. Esta estructura inestable es importante para que se agreguen nuevas moléculas anfipáticas, de modo que posteriormente se forme una membrana. Esto se convertirá en una microesfera. Debido a la reacción metabólica, la presión osmótica se acumulará dentro de la microesfera y esto generará una fuerza para invaginar la membrana y, en última instancia, dividirla. De hecho, esto se acerca a la división celular de las bacterias sin pared celular, como Mycoplasma . Las reacciones continuas también producirán invariablemente polímeros variables que pueden ser heredados por las células hijas. En la versión avanzada del quimiotón, la información hereditaria actuará como un material genético, algo así como una ribozima del mundo del ARN . [5]
El uso principal del modelo quimiotón es el estudio del origen químico de la vida. Esto se debe a que se puede considerar al quimiotón como una vida celular primitiva o mínima, ya que satisface la definición de lo que es una célula (que es una unidad de actividad biológica encerrada por una membrana y capaz de autorreproducirse). La demostración experimental demostró que un quimiotón sintetizado puede sobrevivir en una amplia gama de soluciones químicas, formó materiales para sus componentes internos, metabolizó sus sustancias químicas, creció en tamaño y se multiplicó. [6]
Como se plantea la hipótesis científica de que los primeros sistemas de replicación deben tener una estructura simple, muy probablemente antes de que existieran enzimas o plantillas, el quimiotón proporciona un escenario plausible. Como entidad autocatalítica pero no genética, es anterior a los precursores de la vida dependientes de enzimas, como RNA World. Pero al ser capaz de autorreplicarse y producir metabolitos variantes, posiblemente podría ser una entidad con la primera evolución biológica, por tanto, el origen de la unidad de selección darwiniana. [7] [8] [9]
El quimiotón ha sentado las bases de algunos aspectos de la vida artificial . La base computacional se ha convertido en un tema de desarrollo de software y experimentación en la investigación de la vida artificial. [10] La razón principal es que el quimiotón simplifica las funciones bioquímicas y moleculares de las células vivas, que de otro modo serían complejas. Dado que el quimiotón es un sistema que consta de un número grande pero fijo de especies moleculares que interactúan, se puede implementar de manera efectiva en un lenguaje informático basado en álgebra de procesos. [11]
El quimiotón es sólo una de varias teorías de la vida, incluido el hiperciclo de Manfred Eigen y Peter Schuster , [12] [13] [14] que incluye el concepto de cuasiespecies , los sistemas ( M,R ) [15] [16] de Robert Rosen , la autopoiesis (o autoconstrucción ) [17] de Humberto Maturana y Francisco Varela , y los conjuntos autocatalíticos [18] de Stuart Kauffman , similar a una propuesta anterior de Freeman Dyson . [19] Todos estos (incluido el quimiotón) encontraron su inspiración original en el libro de Erwin Schrödinger ¿Qué es la vida? [20] pero al principio parecen tener poco en común entre sí, en gran parte porque los autores no se comunicaron entre sí y ninguno de ellos hizo referencia alguna en sus publicaciones principales a ninguna de las otras teorías. (El libro de Gánti [1] incluye una mención de Rosen, pero esto se agregó como un comentario editorial y no fue escrito por Gánti). Sin embargo, hay más similitudes de las que pueden parecer obvias a primera vista, por ejemplo, entre Gánti y Rosen. . [21] Hasta hace poco [22] [23] [24] casi no ha habido intentos de comparar las diferentes teorías y discutirlas juntas.
Algunos autores equiparan los modelos del origen de la vida con LUCA, el último ancestro común universal de toda la vida existente. [25] Se trata de un grave error resultante de no reconocer que L se refiere al último ancestro común, no al primer ancestro, que es mucho más antiguo: una gran cantidad de evolución ocurrió antes de la aparición de LUCA. [26]
Gill y Forterre expresaron el punto esencial de la siguiente manera: [27]
LUCA no debe confundirse con la primera célula, sino que fue producto de un largo período de evolución. Ser el "último" significa que LUCA fue precedido por una larga sucesión de "antepasados" más antiguos.