Origen y evolución de la vida.
El panorama del fitness de nuestro sistema. (A) El gráfico tridimensional y (B) el mapa de calor de la condición física m∗ /m∗ coop del estado cooperativo en nuestro sistema en función de la mejora de la tasa de escisión catalítica β/β0 y el alargamiento de asimetría λ . La coevolución de λ y β aumentaría juntas. Una trayectoria evolutiva típica en la que pequeños cambios en estos parámetros son independientes entre sí está representada por una línea de puntos. – biorxiv.org
La vida tal como la conocemos se basa en la interacción entre la actividad catalítica y el procesamiento de la información llevado a cabo por los polímeros biológicos.
Aquí presentamos una vía plausible mediante la cual un conjunto de oligómeros que codifican información prebiótica podría adquirir una función catalítica temprana, es decir, actividad de escisión específica de secuencia. Comenzando con un sistema capaz de replicación no enzimática basada en plantillas, demostramos que incluso la escisión espontánea no catalizada promovería la proliferación al generar fragmentos cortos que actúan como cebadores.
Además, mostramos que la función de escisión catalítica puede surgir y proliferar de forma natural en este sistema. Específicamente, se selecciona por evolución una red catalítica cooperativa con cuatro subpoblaciones de oligómeros en competencia con cadenas que carecen de actividad catalítica.
El sistema cooperativo surge a través de la diferenciación funcional de oligómeros en catalizadores y sus sustratos. El modelo está inspirado en la estructura de la enzima ARN del tiburón martillo, así como en otras enzimas basadas en ADN y ARN cuya actividad de escisión surge fácilmente mediante selección natural o artificial.
Identificamos las condiciones necesarias para el surgimiento de la red catalítica cooperativa. En particular, mostramos que esto requiere que la mejora de la tasa catalítica en relación con la tasa de escisión espontánea sea al menos 102 −103, un factor consistente con los experimentos existentes. La presión evolutiva conduce a un mayor aumento de la eficiencia catalítica.
El mecanismo presentado proporciona una ruta de salida desde la replicación por pares relativamente simple de oligómeros hasta un comportamiento más complejo que involucra una función catalítica. Esto constituye un puente entre el origen informativo de los escenarios de vida y el paradigma de los conjuntos y los hiperciclos autocatalíticos, aunque se basa en la escisión más que en la síntesis de reactivos.
Alexéi V. Tkachenko, Serguéi Maslov
https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.04.11.536473v2
astrobiología
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