El término chemoton (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 . [1] Es el resumen computacional más antiguo conocido de una protocélula . 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 solo en 2003). Supuso que el quimiotón era el antepasado original de todos los organismos, o el último antepasado común universal . [2]
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La suposición básica del modelo es que la vida debe tener fundamental y esencialmente tres propiedades: metabolismo , autorreplicación y una 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 ambiente circundante. Por lo tanto, cualquier sistema que tenga tales propiedades puede considerarse vivo, estará sujeto a la selección natural y contendrá una información celular autosostenida. Algunos consideran que este modelo es una contribución significativa al origen de la vida, ya que proporciona una filosofía de unidades evolutivas . [4]
Propiedad
Chemoton 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 de replicación 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 las enzimas. La autocatálisis produce sus propias estructuras y funciones. Por tanto, el proceso en sí no tiene variación hereditaria. Sin embargo, la reacción del modelo afirma que se produce espontáneamente otra molécula ( T en el diagrama) que se incorpora a la estructura. Esta molécula es anfipática como los lípidos de membrana , pero es muy dinámica y deja 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. 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 está cerca de la división celular de 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 de ARN . [5]
Significado
Origen de la vida
El uso principal del modelo de quimiotón es el estudio del origen químico de la vida. Porque el quimiotón mismo puede ser, aunque en teoría, 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 quimiotrón 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]
Unidad de seleccion
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 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 lo tanto, el origen de la unidad de selección darwiniana. [7] [8] [9]
Vida artificial
Chemoton 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. [2] La razón principal es que el quimiotón simplifica las complejas funciones bioquímicas y moleculares 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 basado en álgebra de procesos como el lenguaje de programación BlenX. [10] [11]
Ver también
Referencias
- ^ Marshall, Michael (14 de diciembre de 2020). "Pudo haber encontrado la clave de los orígenes de la vida. Entonces, ¿por qué tan pocos han oído hablar de él? - El biólogo húngaro Tibor Gánti es una figura oscura. Ahora, más de una década después de su muerte, sus ideas sobre cómo comenzó la vida finalmente son llegando a buen puerto " . Sociedad Geográfica Nacional . Consultado el 15 de diciembre de 2020 .
- ^ a b Hugues Bersini (2011). "Celda mínima: el punto de vista del informático" . En Muriel Gargaud; Purificación López-Garcìa; Hervé Martin (eds.). Orígenes y evolución de la vida: una perspectiva astrobiológica . Prensa de la Universidad de Cambridge. págs. 60–61. ISBN 9781139494595.
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- ^ Hoenigsberg HF (2007). "De la geoquímica y la bioquímica a la evolución prebiótica ... nos adentramos necesariamente en los autómatas fluidos de Gánti". Genet Mol Res . 6 (2): 358–373. PMID 17624859 .
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- ^ Laurent Keller (1999). Niveles de selección en evolución . Prensa de la Universidad de Princeton. pag. 52. ISBN 9780691007045.
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- ^ 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 .
- ^ 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. doi : 10.1371 / journal.pone.0021380 . PMC 3139576 . PMID 21818258 .
- ^ Dematté L, Larcher R, Palmisano A, Priami C, Romanel A (2010). "Biología de programación en BlenX". Biología de sistemas para redes de señalización (serie Biología de sistemas) . 1 . págs. 777–820. doi : 10.1007 / 978-1-4419-5797-9_31 . ISBN 978-1-4419-5796-2.
Otras lecturas
- T. Gánti: Los principios de la vida , Oxford University Press (2003) ISBN 9780198507260
- T. Gánti: Teoría de Chemoton: Teoría de los sistemas vivos , Kluwer Academic / Plenum Publishers (2003) ISBN 9780306477850
enlaces externos
- Página de inicio de Chemoton
- Proyecto Chemoton