Stabilt flertal

Hvordan kunne præbiotiske informationsbærende DNA-sekvenser overleve i konkurrence fra et stort overskud af kortere molekyler med tilfældige sekvenser? LMU -forskere viser nu, at en relativt simpel mekanisme kunne have gjort tricket.

Livet er et spørgsmål om energi og information - masser af information - mere specifikt, den arvelige information, der er lagret i DNA'et, der er til stede i alle levende celler. Således svarer kodningskapaciteten for det nukleare DNA, der findes i hver pattedyrscelle, til omkring 700 Mbytes. Disse oplysninger er akkumuleret og blevet overført med succes over milliarder af år med udvikling. For forskere som Dieter Braun (professor i systembiofysik ved LMU), der er interesserede i at forstå, hvordan livet på jorden opstod, et af de mange spørgsmål, dette rejser, er, hvordan de allerførste informationsmolekyler, der blev dannet under præbiotiske forhold, kunne have udkonkurreret deres mange rivaler med meget mindre informationsindhold.

I samarbejde med sin kollega professor Shoichi Toyabe fra Tohoku University i Sendai (Japan), som allerede har foretaget mange arbejdsbesøg på sit laboratorium, Braun rapporterer nu et sæt eksperimenter og simuleringer, der tyder på, at en ganske simpel mekanisme i princippet kan løse paradokset, og kunne have gjort det muligt for de oprindelige informationssekvenser at overleve. Det indebærer igen, at enhver nyttig genetisk information, der tilfældigvis blev kodet i sådanne sekvenser, ikke behøver at være forsvundet (som myriader af tilfældige sekvenser) tilbage i det kaos, hvorfra de opstod, eller gradvist blevet fragmenteret i kortere og kortere molekyler (som de fleste modeller af ursuppen angiver mest sandsynligt ville blive replikeret) og i det væsentlige fortyndet.

Den skabelonerede ligeringsmekanisme foreslået af Braun og Toyabe er en velkendt molekylær genetisk proces i nutidens celler. Når to enkeltstrengede DNA-molekyler binder til tilstødende områder af en længere streng (skabelonen), de to kan let forbindes til hinanden (ligeret) med den samme slags mekanisme, der først gav anledning til dem. "Så længe denne enkle mekanisme er tilgængelig under de herskende reaktionsbetingelser, kompatible DNA -segmenter kan vælges fra en tilfældig blanding af sekvenser og bringes i en position, som gør det muligt at kæde dem sammen for at skabe en længere streng, "Braun forklarer.

På denne måde, afhængigt af de relative koncentrationer af de komplementære sekvenser, scenen er sat for intermolekylært samarbejde. Højere temperaturer og stejle temperaturgradienter - som dem, der menes at have præget de smalle, vandfyldte porer i vulkanske klipper, hvor primordial DNA-syntese kan have fundet sted-fremmer sammenbinding af kortere molekyler til længere sekvenser. Dette ville muliggøre hurtigere valg, forlængelse og efterfølgende replikation af længere molekyler. Med andre ord, skabeloneret ligering kan skabe stabile majoriteter ved at fremme samling og replikation af sekvenser, der er komplekse nok til at kode den første genetiske information. For forfatterne af det nye papir, "disse kooperative ligeringsnetværk giver et eksempel på symmetribrud, en velkendt mekanisme til strukturdannelse i fysik, "siger Braun.

I 1970'erne, Manfred Eigen (Nobelprisen for kemi 1967) og Peter Schuster udviklede deres 'hypercyklus' -model som en teoretisk mulig vej fra de tidligste præbiotiske DNA -sekvenser til stabil transmission af genetisk information. Imidlertid, de manglede et eksperimentelt behandlingsbart system, der ville give dem mulighed for at efterligne præbiotiske forhold på en mere eller mindre realistisk måde. "Vores eksperimentelle bidrag viser, at det er muligt at opnå de nødvendige stabile majoriteter af informationssekvenser i ursuppen ved hjælp af de enkleste metoder, "Slutter Braun.