Finalmente se puede resolver la paradoja de la gallina y
el huevo en los cimientos de la vida.
Los
científicos se han preguntado cómo los primeros productos químicos simples auto-replicantes
podrían haber formado estructuras genéticas complejas, ricas en información,
cuando la replicación era originalmente un proceso tan propenso a errores. Cada
avance pronto se perdería por errores de copia.
De acuerdo
con un nuevo estudio, la respuesta puede estar en la naturaleza fundamental de
esos productos químicos. Los errores pueden haber disparado un apagado
automático de la replicación. Tal estancamiento permitiría sólo secuencias
libres de errores para ser completado, dándoles la oportunidad de evolucionar.
"Un
sistema químico con esta propiedad sería capaz de propagar secuencias de tiempo
suficiente para tener la función", escribieron los investigadores
dirigidos por la bióloga de sistemas de la Universidad de Harvard, Irene Chen.
El estudio fue publicado 1 de abril en la revista de la Sociedad Química
Americana.
Los
científicos creen que la primera chispa de la vida llegó en forma de ácido ribonucleico,
o ARN. El precursor molecular de una sola hebra del ADN en los genes de todos
los animales, el ARN es la base de las estructuras auto-replicantes más
simples.
Las
estimaciones de las tasas de errores en la réplica al principio del ARN corren
alrededor del 20 por ciento. Por cada par de unidades químicas básicas en una
molécula de ARN, había la posibilidad de equivocarse una en cada cinco y
conseguir mal partido cuando se hace una copia.
Las hebras
de ARN más de cinco unidades serían raras, y las estructuras simples de ARN incluso
responsables de mejorar la fidelidad de copia son de 30 unidades de longitud. Para
llegar a ese punto, sería prácticamente imposible, y las copias de error
plagadas robarían recursos químicos de las moléculas más eficaces.
Pero los
investigadores han observado que el ADN a veces se bloquea cuando se produce un
error durante la autorreplicación. Si eso podría pasar a ARN, a continuación,
sólo copias exactas continuarían replicándose, motivando al equipo de Chen. La
paradoja se resuelve.
El ARN
resultó ser demasiado inestable para trabajar, por lo que el equipo de Chen procura
utilizar hebras simples y cortas de ADN. Pusieron las hebras en una mezcla de
compuestos orgánicos que se sabe que han existido en la Tierra primitiva, y los
etiquetados con proteínas fluorescentes que permitieron que las reacciones sean
rastreadas.
A medida que
los investigadores observaron los errores, hicieron que la auto-réplica del ADN
se desacelere. El sistema modelo era sólo una aproximación de la química de la
Tierra temprana, pero si tales pausas existieran para el ARN, habría permitido que
el ARN evolucione hacia formas complicadas.
"Se han
ido más allá de la paradoja", dijo Bodo Stern, un biólogo de sistemas de
la Universidad de Harvard, que no participó en el estudio. "Si eso es lo
que pasó, no lo sabemos, pero es un salto conceptual hacia delante."
El
estancamiento parece ser una función natural de la geometría de ADN.
"Imagínese que el ADN es una cremallera. La siguiente pieza es el
nucleótido entrante. Si la próxima pieza no está alineado exactamente con el
resto de la cremallera, tendrá un tiempo difícil conseguir que se alinie en su
posición ", dijo Chen.
Según
Hans-Joachim Ziock, un investigador protocelular en el Laboratorio Nacional de
Los Álamos, "cualquier cosa que pueda ayudar a corregir copias serían de
gran ayuda, por lo que los desajustes bajos que reducen la marcha del proceso de réplica serían beneficiosos." Sin
embargo, dijo que, incluso sin una función de error de estancamiento, los ácidos
nucleicos pueden finalmente haber tomado formas superiores.
"El
mundo es un lugar enorme y el tiempo no fue ningún problema real", dijo
Ziock.
Imagen: Una
hebra de ADN Commons / Wikimedia.
Fuente: WIRED - Traducido al español y distribuido gratuitamente
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