Ξεκίνησε το Darwinian Evolution πριν από τη ζωή;

Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών (2021). DOI: 10.1073 / pnas.2018830118 “πλάτος =” 770 “ύψος =” 530 “/>

Πρότυπο σύνδεση τυχαίας ακολουθίας DNA 12-μερών. (Α) Πριν από την εξέλιξη των κυττάρων, τα πρώτα ριβοένζυμα πιστεύεται ότι εκτελούν βασικές κυτταρικές λειτουργίες. Στον εκθετικά μεγάλο χώρο ακολουθίας, η αυθόρμητη εμφάνιση ενός λειτουργικού ριβοενζύμου είναι πολύ απίθανη, επομένως ήταν πιθανό να απαιτηθούν μηχανισμοί διαλογής. (Β) Σύμφωνα με την εμπειρία μας, οι κλώνοι DNA υβριδοποιούνται σε χαμηλή θερμοκρασία για να σχηματίσουν τρισδιάστατα σύμπλοκα τα οποία μπορούν να συνδεθούν και να διατηρηθούν σε στάδια διαχωρισμού υψηλής θερμοκρασίας. Το σύστημα επιλέγει αυτόματα ακολουθίες με συγκεκριμένα μοτίβα τοποθεσίας απολίνωσης καθώς και κλώνους που συνεχίζουν να λειτουργούν ως πρότυπα. Οι ακολουθίες φουρκέτας διαγράφονται επομένως. (C) Η ανάλυση συγκέντρωσης δείχνει προοδευτικά μεγαλύτερους κλώνους που αναδύονται μετά από αρκετούς κύκλους θερμοκρασίας. Το ένθετο (A-red, T-blue) δείχνει ότι αν και οι 12-μερές (88.009 κλώνοι) έχουν ως επί το πλείστον τυχαίες ακολουθίες (λευκές), διάφορα μοτίβα ακολουθίας εμφανίζονται σε μεγαλύτερους κλώνους (60-μερές, 235.913 κλώνοι που αναλύθηκαν). (Δ) Δείγματα που υποβάλλονται σε διαφορετικό αριθμό (0 έως 1000) κύκλων θερμοκρασίας μεταξύ 75 ° C και 33 ° C. Ο ποσοτικός προσδιορισμός της συγκέντρωσης πραγματοποιείται σε PAGE με μετα-χρωματισμένο SYBR DNA. Πίστωση: Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών (2021). DOI: 10.1073 / pnas.2018830118

Μια μελέτη του Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) μεταξύ φυσικών στο Μόναχο καταδεικνύει ότι τα θεμελιώδη χαρακτηριστικά των μονοπολυμερών λεμφών, όπως η σύνθεση των υπομονάδων τους, είναι επαρκή για να προκαλέσουν διαδικασίες επιλογής σε ένα εύλογο πρεβιοτικό περιβάλλον.


Πριν από την εμφάνιση της ζωής στη Γη, πολλές φυσικοχημικές διεργασίες στον πλανήτη μας ήταν εξαιρετικά χαοτικές. Μια πληθώρα μικρών ενώσεων και πολυμερών ποικίλων μηκών, αποτελούμενη από υπομονάδες (όπως οι βάσεις που βρέθηκαν στο DNA και το RNA), υπήρχαν σε κάθε φανταστικό συνδυασμό. Προτού εμφανιστούν χημικές διεργασίες που μοιάζουν με τη ζωή, το επίπεδο του χάους σε αυτά τα συστήματα έπρεπε να μειωθεί. Σε μια νέα μελέτη, οι φυσικοί LMU με επικεφαλής τον Dieter Braun δείχνουν ότι τα βασικά χαρακτηριστικά των απλών πολυμερών, καθώς και οι πτυχές του πρεβιοτικού περιβάλλοντος, μπορούν να προκαλέσουν διαδικασίες επιλογής που μειώνουν τη διαταραχή.

Σε προηγούμενες δημοσιεύσεις, η ερευνητική ομάδα του Braun διερεύνησε πώς θα μπορούσε να αναπτυχθεί χωρική τάξη σε στενούς, γεμάτους νερό θαλάμους μέσα σε πορώδεις ηφαιστειακούς βράχους στον πυθμένα της θάλασσας. Αυτές οι μελέτες έχουν δείξει ότι η παρουσία διαφορών θερμοκρασίας και ένα φαινόμενο μεταφοράς γνωστό ως φαινόμενο Soret, Οι κλώνοι RNA θα μπορούσαν να συσσωρευτούν τοπικά από διάφορες τάξεις μεγέθους ανάλογα με το μήκος. “Το πρόβλημα είναι ότι οι βασικές ακολουθίες των μακρύτερων μορίων που παίρνεις είναι εντελώς χαοτικές”, λέει ο Braun.

Τα εξελιγμένα ριβόζυμα (ένζυμα που βασίζονται σε RNA) έχουν μια πολύ συγκεκριμένη βασική αλληλουχία που επιτρέπει στα μόρια να αναδιπλωθούν σε συγκεκριμένα σχήματα, ενώ η συντριπτική πλειονότητα των ολιγομερών που σχηματίστηκαν στην πρώιμη Γη πιθανότατα είχε τυχαίες αλληλουχίες. «Ο συνολικός αριθμός πιθανών ακολουθιών βάσης, γνωστός ως« χώρος ακολουθίας », είναι απίστευτα μεγάλος», λέει ο Patrick Kudella, πρώτος συγγραφέας της νέας έκθεσης. «Αυτό καθιστά σχεδόν αδύνατο να συναρμολογηθούν οι σύνθετες δομές που χαρακτηρίζουν λειτουργικά ή συγκρίσιμα ριβόζυμα. μόρια με μια καθαρά τυχαία διαδικασία. Αυτό οδήγησε την ομάδα LMU να υποψιάζεται ότι η επέκταση των μορίων στο σχηματισμό μεγαλύτερων “ολιγομερών” υπόκειται σε κάποιο είδος μηχανισμού διαλογής.

Τη στιγμή της προέλευσης της ζωής, υπήρχαν μόνο μερικές πολύ απλές φυσικές και χημικές διεργασίες σε σύγκριση με τους εξελιγμένους μηχανισμούς αναπαραγωγής των κυττάρων, επομένως η επιλογή ακολουθίας πρέπει να βασίζεται στο περιβάλλον και τις ιδιότητες των κυττάρων. Εδώ έρχεται η αναζήτηση για την ομάδα του Μπράουν. Για την καταλυτική λειτουργία και τη σταθερότητα των ολιγομερών, είναι σημαντικό να σχηματίζουν διπλούς κλώνους όπως η γνωστή ελικοειδή δομή του DNA. Αυτή είναι μια στοιχειώδης ιδιότητα πολλών πολυμερών και επιτρέπει σύμπλοκα με διπλά και μονόκλωνα μέρη. Τα μονόκλωνα μέρη μπορούν να ανακατασκευαστούν με δύο μεθόδους. Πρώτον, με αυτό που ονομάζεται πολυμερισμός, στον οποίο οι κλώνοι συμπληρώνονται με μονές βάσεις για να σχηματίσουν πλήρεις διπλούς κλώνους. Το άλλο είναι αυτό που ονομάζεται απολίνωση. Σε αυτήν τη διαδικασία, συγκεντρώνονται μακρύτερα ολιγομερή. Εδώ, σχηματίζονται τόσο δίκλωνα όσο και μονόκλωνα μέρη, τα οποία επιτρέπουν την περαιτέρω ανάπτυξη του ολιγομερούς.

«Το πείραμά μας ξεκινά με πολλούς μικρούς κλώνους DNA, και στο μοντέλο μας για τα πρώιμα ολιγομερή χρησιμοποιούμε μόνο δύο συμπληρωματικές βάσεις, την αδενίνη και τη θυμίνη», λέει ο Braun. Υποθέτουμε ότι η σύνδεση των κλώνων με τυχαίες ακολουθίες οδηγεί στο σχηματισμό μακρύτερων κλώνων, των οποίων οι βασικές αλληλουχίες είναι λιγότερο χαοτικές. ” Η ομάδα του Braun ανέλυσε έπειτα τα μίγματα των ακολουθιών που παράγονται σε αυτά τα πειράματα χρησιμοποιώντας μια μέθοδο που χρησιμοποιείται επίσης για την ανάλυση του ανθρώπινου γονιδιώματος. Το τεστ επιβεβαίωσε ότι η εντροπία ακολουθίας, δηλαδή ο βαθμός διαταραχής ή τυχαιότητας εντός των ανακτημένων αλληλουχιών, στην πραγματικότητα μειώθηκε σε αυτά τα πειράματα.

Οι ερευνητές μπόρεσαν επίσης να εντοπίσουν τα αίτια αυτής της «αυτοπαραγόμενης» τάξης. Διαπίστωσαν ότι η πλειονότητα των αλληλουχιών που ελήφθησαν ανήκαν σε δύο κατηγορίες – με βασικές συνθέσεις 70% αδενίνης και 30% θυμίνης ή αντίστροφα. “Με ένα σημαντικά μεγαλύτερο ποσοστό μιας από τις δύο βάσεις, το σκέλος δεν μπορεί να αναδιπλωθεί και παραμένει ως συνεργάτης αντίδρασης για απολίνωση”, εξηγεί ο Braun. Έτσι, ουσιαστικά δεν σχηματίζεται κλώνος με το ήμισυ κάθε μιας από τις δύο βάσεις στην αντίδραση. «Βλέπουμε επίσης πώς οι μικρές παραμορφώσεις στη σύνθεση του μικρού συνόλου DNA αφήνουν ξεχωριστά μοτίβα που εξαρτώνται από τη θέση, ειδικά σε μακρά σκέλη προϊόντος», λέει ο Braun. Το αποτέλεσμα εξέπληξε τους ερευνητές, καθώς ένα σκέλος μόνο δύο διαφορετικών βάσεων με συγκεκριμένη αναλογία βάσης έχει περιορισμένα μέσα διαφοροποίησης μεταξύ τους. «Μόνο ειδικοί αλγόριθμοι μπορούν να ανιχνεύσουν τόσο εκπληκτικές λεπτομέρειες», λέει η Annalena Salditt, συν-συγγραφέας της μελέτης.

Τα πειράματα δείχνουν ότι τα απλούστερα και πιο βασικά χαρακτηριστικά των ολιγομερών και του περιβάλλοντός τους μπορούν να χρησιμεύσουν ως βάση για επιλεκτικές διεργασίες. Ακόμη και σε ένα απλοποιημένο σύστημα μοντέλων, μπορούν να τεθούν σε λειτουργία διάφοροι μηχανισμοί επιλογής, οι οποίοι επηρεάζουν την ανάπτυξη των κλώνων σε διαφορετικές κλίμακες μήκους και είναι το αποτέλεσμα διαφορετικών συνδυασμών παραγόντων. Σύμφωνα με τον Braun, αυτοί οι μηχανισμοί επιλογής αποτελούσαν προϋπόθεση για το σχηματισμό καταλυτικά ενεργών συμπλοκών όπως ριβοένζυμα, και επομένως έπαιξαν σημαντικό ρόλο στην εμφάνιση της ζωής του χάους.


Προέλευση της ζωής: χημική εξέλιξη σε ένα μικρό Gulf Stream


Περισσότερες πληροφορίες:
Patrick W. Kudella et αϊ. Οι δομημένες ακολουθίες προκύπτουν από μια τυχαία ομάδα όταν αναπαράγονται με σύνδεση βάσει προτύπου, Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών (2021). DOI: 10.1073 / pnas.2018830118

Παρέχεται από
Ludwig Maximilian University of Munich

Παραθέτω, αναφορά: Προέλευση της ζωής: Ξεκίνησε η εξέλιξη του Δαρβίνου πριν από την ίδια τη ζωή; (2021, 19 Φεβρουαρίου) ανακτήθηκε στις 20 Φεβρουαρίου 2021 από https://phys.org/news/2021-02-life-darwinian-evolution.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Εκτός από την ορθή χρήση για ιδιωτικούς σκοπούς μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν μπορεί να αναπαραχθεί χωρίς γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για πληροφορίες.

READ  Προσπαθείτε να χάσετε βάρος; Νέα μελέτη δείχνει γιατί μπορεί να θέλετε να δοκιμάσετε μια δίαιτα vegan με χαμηλά λιπαρά

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *