Como as sequências de DNA portadoras de informações prebióticas poderiam sobreviver em face da competição de um vasto excesso de moléculas mais curtas com sequências aleatórias? Os cientistas da LMU agora mostram que um mecanismo relativamente simples poderia ter feito o truque.

A vida é uma questão de energia e informação - muita informação - mais especificamente, a informação hereditária armazenada no DNA que está presente em todas as células vivas. Assim, a capacidade de codificação do DNA nuclear encontrado em cada célula de mamífero é equivalente a cerca de 700 Mbytes. Esta informação foi acumulada e transmitida com sucesso ao longo de bilhões de anos de evolução. Para pesquisadores como Dieter Braun (Professor de Biofísica de Sistemas na LMU) que estão interessados ​​em entender como a vida na Terra se originou, uma das muitas questões que isso levanta é como as primeiras moléculas informativas que foram formadas em condições pré-bióticas poderiam ter competido com seus muitos rivais com conteúdo de informação muito menor.

Em colaboração com seu colega Professor Shoichi Toyabe da Universidade Tohoku em Sendai (Japão), que já fez muitas visitas de trabalho ao seu laboratório, Braun agora relata um conjunto de experimentos e simulações que sugere que um mecanismo bastante simples pode, em princípio, resolver o paradoxo, e poderia ter permitido a sobrevivência de sequências informativas primordiais. Isso, por sua vez, implica que qualquer informação genética útil que por acaso tenha sido codificada em tais sequências não precisa ter desaparecido (como as miríades de sequências aleatórias) de volta ao caos de onde surgiram, ou foi progressivamente fragmentado em moléculas cada vez mais curtas (que a maioria dos modelos da sopa primordial indicam que provavelmente seriam replicadas) e essencialmente diluído.

O mecanismo de ligação modelado proposto por Braun e Toyabe é um processo genético molecular bem conhecido nas células modernas. Quando duas moléculas de DNA de fita simples se ligam a regiões adjacentes de uma fita mais longa (o modelo), os dois podem ser facilmente conectados um ao outro (ligados) pelo mesmo tipo de mecanismo que os originou. "Desde que este mecanismo simples esteja disponível nas condições de reação prevalecentes, segmentos de DNA compatíveis podem ser selecionados a partir de uma mistura aleatória de sequências e colocados em uma posição que permite que eles sejam ligados entre si para criar uma fita mais longa, "Braun explica.

Desta maneira, dependendo das concentrações relativas das sequências complementares, o palco está armado para a cooperação intermolecular. Temperaturas mais altas e gradientes de temperatura íngremes - como aqueles que se acredita terem caracterizado o estreito, poros cheios de água em rochas vulcânicas em que a síntese de DNA primordial pode ter ocorrido - promovem a junção de moléculas mais curtas em sequências mais longas. Isso permitiria uma seleção mais rápida, alongamento e subsequente replicação de moléculas mais longas. Em outras palavras, a ligação modelada pode criar maiorias estáveis, promovendo a montagem e replicação de sequências que são complexas o suficiente para codificar a primeira informação genética. Para os autores do novo artigo, "essas redes de ligação cooperativas fornecem um exemplo de quebra de simetria, um mecanismo bem conhecido de formação de estrutura em física, "diz Braun.

Na década de 1970, Manfred Eigen (Prêmio Nobel de Química 1967) e Peter Schuster desenvolveram seu modelo de 'hiperciclo' como um caminho teoricamente viável desde as primeiras sequências de DNA pré-biótico até a transmissão estável de informações genéticas. Contudo, careciam de um sistema experimentalmente tratável que lhes permitisse imitar as condições pré-bióticas de uma forma mais ou menos realista. "Nossas contribuições experimentais demonstram, que é possível obter as maiorias estáveis ​​necessárias de sequências informativas na sopa primordial usando o mais simples dos métodos, "Braun conclui.