stringtranslate.com

Quimiotón

Esquema de reacción del quimiotón, que muestra la interacción entre el metabolismo, la información y el cierre estructural. Basado en la Fig. 1.1 de Gánti (2003) [1]

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 (originalmente escrito 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 fundamentalmente y esencialmente tres propiedades: metabolismo , autorreplicación y una membrana bilipídica . [3] Las funciones metabólicas y de replicación forman juntas 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, y estará sujeto a la selección natural y contendrá una información celular autosostenible. Algunos consideran que este modelo es una contribución significativa al origen de la vida , ya que proporciona una filosofía de unidades evolutivas . [4]

Propiedad

El quimiotón es una protocélula que crece por metabolismo, se reproduce por fisión biológica y tiene al menos una variación genética rudimentaria. Por lo tanto, contiene tres subsistemas, a saber, 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 encuentra en un ciclo químico autónomo y no depende de enzimas. La autocatálisis produce sus propias estructuras y funciones. Por lo 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 añadan nuevas moléculas anfipáticas, de modo que posteriormente se forme una membrana. Esta 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 la invaginación de la membrana y, en última instancia, la división. De hecho, esto es similar 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]

Significado

Origen de la vida

El uso principal del modelo quimiotón es en el estudio del origen químico de la vida. Esto se debe a que el quimiotón en sí puede considerarse 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 mostró que un quimiotón sintetizado puede sobrevivir en una amplia gama de soluciones químicas, forma materiales para sus componentes internos, metaboliza sus sustancias químicas y crece en tamaño y se multiplica. [6]

Unidad de selección

Como se ha planteado científicamente la hipótesis de que los primeros sistemas de replicación deben ser de estructura simple, muy probablemente antes de que existieran enzimas o plantillas, el quimiotón ofrece un escenario plausible. Como entidad autocatalítica pero no genética, es anterior a los precursores de la vida dependientes de enzimas, como el mundo del ARN. Pero al ser capaz de autorreplicarse y producir metabolitos variantes, posiblemente podría ser una entidad con la primera evolución biológica y, por lo tanto, el origen de la unidad de selección darwiniana. [7] [8] [9]

Vida artificial

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, por lo demás complejas, de las células vivas. 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]

Comparación con otras teorías de la vida

El quimiotón es sólo una de varias teorías de la vida, incluyendo 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] Todas estas (incluyendo 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 en sus publicaciones principales a ninguna de las otras teorías. (El libro de Gánti [1] incluye una mención a Rosen, pero esta se agregó como un comentario editorial y no fue escrito por Gánti). No obstante, hay más similitudes de las que pueden ser 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.

Último Ancestro Común Universal (LUCA)

Algunos autores equiparan los modelos del origen de la vida con LUCA, el Último Ancestro Común Universal de toda la vida actual. [25] Este es un grave error que resulta 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 el producto de un largo período de evolución. Ser el "último" significa que LUCA fue precedido por una larga sucesión de "ancestros" más antiguos.

Referencias

  1. ^ abc Gánti, Tibor (2003). Eörs Száthmary; James Griesemer (eds.). Los principios de la vida . Oxford University Press. ISBN 9780198507260.
  2. ^ Gánti, Tibor (31 de diciembre de 2003). Teoría del quimiotón: teoría de los sistemas vivos . Traducido por Elisabeth Csárán. Editores académicos/plenum de Kluwer. ISBN 9780306477850.
  3. ^ Van Segbroeck S, Nowé A , Lenaerts T (2009). "Simulación estocástica del quimiotón". Artif Life . 15 (2): 213–226. CiteSeerX 10.1.1.398.8949 . doi :10.1162/artl.2009.15.2.15203. PMID  19199383. S2CID  10634307. 
  4. ^ Hoenigsberg HF (2007). "De la geoquímica y la bioquímica a la evolución prebiótica... entramos necesariamente en los autómatas fluidos de Gánti". Genet Mol Res . 6 (2): 358–373. PMID  17624859.
  5. ^ John Maynard Smith; Eörs Száthmary (1997). Las principales transiciones en la evolución. Oxford University Press. pp. 20–24. ISBN 9780198502944.
  6. ^ Csendes T (1984). "Un estudio de simulación del quimiotrón". Kybernetes . 13 (2): 79–85. doi :10.1108/eb005677.
  7. ^ Laurent Keller (1999). Niveles de selección en la evolución. Princeton University Press. pág. 52. ISBN 9780691007045.
  8. ^ Munteanu A, Solé RV (2006). "Diversidad fenotípica y caos en un modelo celular mínimo". J Theor Biol . 240 (3): 434–442. Bibcode :2006JThBi.240..434M. doi :10.1016/j.jtbi.2005.10.013. PMID  16330052.
  9. ^ Pratt AJ (2011). "Evolución prebiológica y orígenes metabólicos de la vida". Vida artificial . 17 (3): 203–217. doi :10.1162/artl_a_00032. PMID  21554111. S2CID  6988070.
  10. ^ Hugues Bersini (2011). "Célula mínima: el punto de vista del científico informático". En Muriel Gargaud; Purificación López-Garcìa; Hervé Martin (eds.). Orígenes y evolución de la vida: una perspectiva astrobiológica . Cambridge University Press. págs. 60–61. ISBN 9781139494595.
  11. ^ Zachar I, Fedor A, Szathmáry E (2011). "Dos replicadores de plantilla diferentes coexistiendo en la misma protocélula: simulación estocástica de un modelo de quimiotón extendido". PLOS ONE . ​​6 (7): 1380. Bibcode :2011PLoSO...621380Z. doi : 10.1371/journal.pone.0021380 . PMC 3139576 . PMID  21818258. 
  12. ^ Eigen, M; Schuster, P (1977). "El hiperciclo: un principio de autoorganización natural. A: surgimiento del hiperciclo". Ciencias de la naturaleza . 64 (11): 541–565. doi :10.1007/bf00450633. PMID  593400. S2CID  42131267.
  13. ^ Eigen, M; Schuster, P. "El hiperciclo: un principio de autoorganización natural. B: el hiperciclo abstracto". Ciencias de la naturaleza . 65 (1): 7–41. doi :10.1007/bf00420631. S2CID  1812273.
  14. ^ Eigen, M; Schuster, P. "El hiperciclo: un principio de autoorganización natural. C: el hiperciclo realista". Ciencias de la naturaleza . 65 (7): 41–369. doi :10.1007/bf00420631. S2CID  1812273.
  15. ^ Rosen, R. (1958). "La representación de los sistemas biológicos desde el punto de vista de la teoría de categorías". Bull. Math. Biophys . 20 (4): 317–341. doi :10.1007/BF02477890.
  16. ^ Rosen, R. (1991). La vida misma: una investigación exhaustiva sobre la naturaleza, el origen y la fabricación de la vida . Nueva York: Columbia University Press.
  17. ^ Maturana, HR; Varela, F. (1980). Autopoiesis y cognición: la realización de lo viviente . Dordrecht: D. Reidel Publishing Company.
  18. ^ Kauffman, SA (1969). "Estabilidad metabólica y epigénesis en redes genéticas construidas aleatoriamente". J. Theor. Biol . 22 (3): 437–467. Bibcode :1969JThBi..22..437K. doi :10.1016/0022-5193(69)90015-0. PMID  5803332.
  19. ^ Dyson, FJ (1982). "Un modelo para el origen de la vida". J. Mol. Evol . 18 (5): 344–350. Bibcode :1982JMolE..18..344D. doi :10.1007/bf01733901. PMID  7120429. S2CID  30423925.
  20. ^ Schrödinger, Erwin (1944). ¿Qué es la vida? . Cambridge University Press.
  21. ^ Cornish-Bowden, A. (2015). "Tibor Gánti y Robert Rosen: enfoques contrastantes para el mismo problema". J. Theor. Biol . 381 : 6–10. Bibcode :2015JThBi.381....6C. doi :10.1016/j.jtbi.2015.05.015. PMID  25988381.
  22. ^ Letelier, JC; Cárdenas, ML; Cornish-Bowden, A (2011). "De L'Homme Machine al cierre metabólico: pasos hacia la comprensión de la vida". J. Theor. Biol . 286 (1): 100–113. Bibcode :2011JThBi.286..100L. doi :10.1016/j.jtbi.2011.06.033. PMID  21763318.
  23. ^ Igamberdiev, AU (2014). "Reescalamiento temporal y formación de patrones en la evolución biológica". BioSystems . 123 : 19–26. doi :10.1016/j.biosystems.2014.03.002. PMID  24690545.
  24. ^ Cornish-Bowden, A; Cárdenas, ML (2020). "Teorías contrastantes de la vida: contexto histórico, teorías actuales. En busca de una teoría ideal". BioSystems . 188 : 104063. doi : 10.1016/j.biosystems.2019.104063 . PMID  31715221. S2CID  207946798.
  25. ^ Jheeta, S.; Chatzitheodoridis, E.; Devine, Kevin; Block, J. (2021). "El camino a seguir para el origen de la vida: priones y moléculas similares a priones Primera hipótesis". Vida . 11 (9): 872. Bibcode :2021Life...11..872J. doi : 10.3390/life11090872 . PMC 8467930 . PMID  34575021. 
  26. ^ Cornish-Bowden, A; Cárdenas, ML (2017). "La vida antes de LUCA". J. Theor. Biol . 434 : 68–74. Bibcode :2017JThBi.434...68C. doi :10.1016/j.jtbi.2017.05.023. PMID  28536033.
  27. ^ Gill, S.; Forterre, P. (2016). "Origen de la vida: LUCA y vesículas de membrana extracelular (EMV)". Int. J. Astrobiol . 15 (1): 7–15. Bibcode :2016IJAsB..15....7G. doi : 10.1017/S1473550415000282 . S2CID  44428292.

Enlaces externos