I primi replicanti: astrobiologia

I primi replicanti: astrobiologia

Micrografia a contrasto di fase di ciglia (Frontonia sp.) che digeriscono alghe blu-verdi (cianobatteri). Lo stoma cellulare (la “bocca” della cellula) è mostrato sul lato destro in basso. Credito immagine: (CC BY-SA 4.0 DEED)

I modelli matematici di come le molecole simili all’RNA si copiano stanno rivelando nuove intuizioni sulle origini della vita sulla Terra.

Tutti gli organismi viventi utilizzano molecole note come acidi nucleici per immagazzinare istruzioni su come crescere e mantenersi e trasmettere queste istruzioni alla generazione successiva. Tuttavia, non è ancora chiaro come questi sistemi si siano evoluti da semplici molecole presenti nell’ambiente quando la vita ebbe inizio, più di 3,6 miliardi di anni fa.

Un’idea suggerisce che prima che le prime cellule si evolvessero, i processi chimici abiotici davano origine ai grandi elementi costitutivi degli acidi ribonucleici (o RNA in breve). Nel corso del tempo, gli RNA si combinerebbero per formare polimeri con sequenze casuali che inizierebbero a copiarsi per creare macchine semplici, trasportando solo le informazioni necessarie per produrre altri degli stessi RNA. Successivamente, queste molecole di RNA hanno collaborato con proteine, lipidi e altre molecole per formare le prime cellule.

Quando l’RNA si replica, la molecola originale viene utilizzata come modello per assemblare una nuova copia. Mentre la nuova molecola di RNA rimane legata al suo stampo, impedisce che lo stampo venga utilizzato per produrre altro RNA. Pertanto, si ritiene che la velocità con cui una particolare macchina di RNA si è copiata possa essere variata secondo uno schema noto come crescita parabolica. Inoltre, quando l’RNA si replica senza l’aiuto di altre molecole biologiche, il processo è molto soggetto a errori, il che avrebbe limitato fortemente la quantità di informazioni che le macchine dell’RNA sarebbero state in grado di trasmettere alla generazione successiva.

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Il lavoro teorico ha suggerito che in determinate condizioni la crescita parabolica può favorire la conservazione di una grande quantità di informazioni codificate dalle sequenze di RNA, ma non è chiaro se ciò sia effettivamente possibile in natura. Per rispondere a questa domanda, Paczkó et al. Ha sviluppato modelli matematici per studiare l’effetto della crescita equivalente sulla capacità dell’RNA di replicarsi senza altre molecole biologiche. I modelli mostrano che quando sono presenti un gran numero di RNA, piccole differenze nella velocità con cui i diversi RNA si replicano favoriscono la coesistenza stabile di diverse sequenze di RNA. La crescita parabolica ha ridotto l’impatto negativo degli errori di trascrizione, consentendo a porzioni più grandi di RNA di replicarsi fedelmente.

Questo lavoro suggerisce che la crescita paraloga può aiutare a mantenere diversi tipi di RNA (o molecole omologhe simili) in una popolazione, e quindi aiutare l’evoluzione di nuove forme di vita semplici. In futuro, questi risultati potrebbero essere utilizzati come quadro di riferimento per esperimenti di laboratorio per comprendere meglio come si sono evolute le prime forme di vita.

La crescita equivalente casuale promuove la coesistenza e una soglia di errore rilassata nelle popolazioni di replicazione simili a RNA.Matthias Baczko, Iwerz Szathmary, András Szilagy

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Astrobiologia

Giustina Rizzo

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