¿Cómo podrían sobrevivir las secuencias de ADN que contienen información prebiótica frente a la competencia de un gran exceso de moléculas más cortas con secuencias aleatorias? Los científicos de LMU ahora muestran que un mecanismo relativamente simple podría haber funcionado.

La vida es una cuestión de energía e información, mucha información, más específicamente, la información hereditaria almacenada en el ADN que está presente en todas las células vivas. Así, la capacidad de codificación del ADN nuclear que se encuentra en cada célula de mamífero es equivalente a unos 700 Mbytes. Esta información se ha acumulado y se ha transmitido con éxito durante miles de millones de años de evolución. Para investigadores como Dieter Braun (profesor de biofísica de sistemas en LMU) que están interesados ​​en comprender cómo se originó la vida en la Tierra, Una de las muchas preguntas que esto plantea es cómo las primeras moléculas informativas que se formaron en condiciones prebióticas pudieron haber superado a sus muchos rivales con un contenido de información mucho menor.

En colaboración con su colega, el profesor Shoichi Toyabe de la Universidad de Tohoku en Sendai (Japón), que ya ha realizado muchas visitas de trabajo a su laboratorio, Braun ahora informa sobre una serie de experimentos y simulaciones que sugieren que un mecanismo bastante simple puede, en principio, resolver la paradoja, y podría haber permitido que sobrevivieran las secuencias informativas primordiales. Eso, a su vez, implica que cualquier información genética útil que estuviera codificada en tales secuencias no tiene por qué haber desaparecido (como las miríadas de secuencias aleatorias) de nuevo en el caos del que surgieron. o se ha fragmentado progresivamente en moléculas cada vez más cortas (que la mayoría de los modelos de la sopa primordial indican que era más probable que se replicaran) y esencialmente se diluyó.

El mecanismo de ligadura con plantilla propuesto por Braun y Toyabe es un proceso genético molecular bien conocido en las células modernas. Cuando dos moléculas de ADN de una sola hebra se unen a regiones adyacentes de una hebra más larga (la plantilla), los dos pueden conectarse fácilmente entre sí (ligados) mediante el mismo tipo de mecanismo que les dio origen. "Siempre que este simple mecanismo esté disponible en las condiciones de reacción predominantes, Los segmentos de ADN compatibles pueden seleccionarse de una mezcla aleatoria de secuencias y colocarse en una posición que les permita unirse para crear una hebra más larga. "Explica Braun.

De este modo, dependiendo de las concentraciones relativas de las secuencias complementarias, el escenario está listo para la cooperación intermolecular. Temperaturas más altas y gradientes de temperatura pronunciados, como los que se cree que han caracterizado a los estrechos, Los poros llenos de agua en las rocas volcánicas en los que puede haber ocurrido la síntesis de ADN primordial, promueven la unión de moléculas más cortas en secuencias más largas. Esto permitiría una selección más rápida, alargamiento y posterior replicación de moléculas más largas. En otras palabras, La ligadura con plantilla puede crear mayorías estables al promover el ensamblaje y la replicación de secuencias que son lo suficientemente complejas como para codificar la primera información genética. Para los autores del nuevo artículo, "estas redes de ligadura cooperativas proporcionan un ejemplo de ruptura de simetría, un conocido mecanismo de formación de estructuras en física, "dice Braun.

En los 1970s, Manfred Eigen (Premio Nobel de Química 1967) y Peter Schuster desarrollaron su modelo de "hiperciclo" como una vía teóricamente factible desde las primeras secuencias de ADN prebiótico hasta la transmisión estable de información genética. Sin embargo, carecían de un sistema manejable experimentalmente que les permitiera imitar las condiciones prebióticas de una manera más o menos realista. "Nuestras contribuciones experimentales demuestran, que es posible obtener las mayorías estables requeridas de secuencias de información en la sopa primordial utilizando el método más simple, "Concluye Braun.