Un nuevo estudio dirigido por científicos del Instituto de Investigación Scripps TSRI ofrece un giro en una teoría popular sobre cómo comenzó la vida en la Tierra hace unos cuatro mil millones de años.
El estudio cuestiona la hipótesis del "mundo de ARN", una teoría sobre cómo las moléculas de ARN evolucionaron para crear proteínas y ADN. En cambio, la nueva investigación ofrece evidencia de un mundo donde el ARN y el ADN evolucionaron simultáneamente.
"Incluso si crees en un mundo solo de ARN, tienes que creer en algo que existía con ARN para ayudarlo a avanzar", dijo Ramanarayanan Krishnamurthy, profesor asociado de química en TSRI y autor principal del nuevo estudio ".¿Por qué no pensar en que el ARN y el ADN crecen juntos, en lugar de tratar de convertir el ARN en ADN mediante una química fantástica en una etapa prebiótica? "
El estudio fue publicado recientemente en la revista Angewandte Chemie .
Una mirada al pasado
Los investigadores han explorado la hipótesis del mundo del ARN durante más de 30 años. La idea detrás de esta teoría es que una serie de reacciones químicas condujeron a la formación de moléculas de ARN autorreplicantes. El ARN evolucionó para crear proteínas y enzimas que se parecían a las primeras versiones.de lo que constituye la vida actual. Eventualmente, estas enzimas ayudaron al ARN a producir ADN, lo que condujo a organismos complejos.
En la superficie, las moléculas de ARN y ADN se ven similares, con el ADN formando una estructura en forma de escalera con pares de nucleobases como los peldaños y los esqueletos de las moléculas de azúcar como los lados y el ARN formando lo que parece ser solo un lado de una escalera.
Si la teoría mundial de ARN es precisa, algunos investigadores creen que habría habido muchos casos en los que los nucleótidos de ARN se mezclaron con esqueletos de ADN, creando hebras "heterogéneas". De ser estables, estas "quimeras" combinadas habrían sido un paso intermedio en eltransición al ADN.
Problemas de inestabilidad
Sin embargo, el nuevo estudio muestra una pérdida significativa de estabilidad cuando el ARN y el ADN comparten la misma columna vertebral. Las quimeras no se mantienen juntas, así como el ARN puro o el ADN puro, lo que comprometería su capacidad de contener información genética y replicarse.
"Nos sorprendió ver una caída muy profunda en lo que llamaríamos la 'estabilidad térmica'", dijo Krishnamurthy, quien además de su puesto en TSRI tiene citas conjuntas con la National Science Foundation NSF -Nona Aeronautics yCentro de la Administración Espacial NASA para la Evolución Química y la Colaboración Simons en los orígenes de la vida. Esta inestabilidad parece deberse a una diferencia en la estructura de la molécula de azúcar de ADN frente a la molécula de azúcar de ARN.
El hallazgo apoyó la investigación previa del Premio Nobel y el Profesor de Química y Biología Química de la Universidad de Harvard Jack Szostak que mostró una pérdida de la función aptámero de unión a nucleótidos cuando el ARN se mezcló con el ADN.
Debido a esta inestabilidad, las quimeras en el mundo del ARN probablemente habrían muerto a favor de moléculas de ARN más estables. Esto refleja lo que los científicos ven hoy en las células: si las nucleobases de ARN se unen por error a una cadena de ADN, las enzimas sofisticadas se apresurarán a arreglar elerror: la evolución ha llevado a un sistema que favorece moléculas más "homogéneas" estables.
Estas enzimas sofisticadas probablemente no existían en el momento de la evolución temprana del ARN y el ADN, por lo que estas sustituciones pueden haber tenido un efecto paralizante en la capacidad de las moléculas para replicarse y funcionar ". La transición del ARN al ADN no hubiera sido fácilsin mecanismos para mantenerlos separados ", dijo Krishnamurthy.
Considerando una segunda teoría
Esta comprensión llevó a los científicos a considerar una teoría alternativa: el ARN y el ADN pueden haber surgido en tándem.
Krishnamurthy enfatizó que su laboratorio no es el primero en proponer esta teoría, pero los hallazgos sobre la inestabilidad quimérica brindan a los científicos nuevas pruebas para considerar.
Si los dos evolucionaron al mismo tiempo, el ADN podría haber establecido su propio sistema homogéneo desde el principio. El ARN podría haber evolucionado para producir ADN, pero eso pudo haber ocurrido después de que se encontró con el ADN y conoció sus materias primas.
Krishnamurthy agregó que los científicos nunca sabrán exactamente cómo comenzó la vida salvo la invención de una máquina del tiempo, pero al considerar las circunstancias de la evolución temprana, los científicos pueden obtener información sobre los fundamentos de la biología.
El estudio fue apoyado por el NSF y el Programa de Exobiología de la NASA, bajo el NSF-Center for Chemical Evolution concesión CHE-1504217.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por El Instituto de Investigación Scripps . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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