Come potrebbero le sequenze di DNA che portano informazioni prebiotiche sopravvivere di fronte alla concorrenza di un vasto eccesso di molecole più corte con sequenze casuali? Gli scienziati della LMU ora mostrano che un meccanismo relativamente semplice avrebbe potuto fare il trucco.

La vita è una questione di energia e informazioni, molte informazioni, più specificamente, le informazioni ereditarie immagazzinate nel DNA che è presente in tutte le cellule viventi. Quindi la capacità di codifica del DNA nucleare presente in ogni cellula di mammifero è equivalente a circa 700 Mbyte. Queste informazioni si sono accumulate e sono state trasmesse con successo nel corso di miliardi di anni di evoluzione. Per ricercatori come Dieter Braun (professore di biofisica dei sistemi alla LMU) che sono interessati a capire come è nata la vita sulla Terra, una delle tante domande che questo solleva è come le primissime molecole informative che si sono formate in condizioni prebiotiche avrebbero potuto competere con i loro numerosi rivali con un contenuto di informazioni molto più piccolo.

In collaborazione con il suo collega Professor Shoichi Toyabe della Tohoku University di Sendai (Giappone), che ha già fatto molte visite di lavoro al suo laboratorio, Braun ora riporta una serie di esperimenti e simulazioni che suggeriscono che un meccanismo abbastanza semplice può in linea di principio risolvere il paradosso, e avrebbe potuto consentire la sopravvivenza delle sequenze informative primordiali. Ciò a sua volta implica che qualsiasi informazione genetica utile che sia stata codificata in tali sequenze non deve essere svanita (come le miriadi di sequenze casuali) nel caos da cui sono sorte, o è stato progressivamente frammentato in molecole sempre più corte (che secondo la maggior parte dei modelli del brodo primordiale erano più probabili essere replicati) ed essenzialmente diluito.

Il meccanismo di legatura modello proposto da Braun e Toyabe è un noto processo genetico molecolare nelle cellule moderne. Quando due molecole di DNA a singolo filamento si legano a regioni adiacenti di un filamento più lungo (il modello), i due possono essere facilmente collegati tra loro (legati) dallo stesso tipo di meccanismo che li ha originati per primi. "Finché questo semplice meccanismo è disponibile nelle condizioni di reazione prevalenti, segmenti di DNA compatibili possono essere selezionati da una miscela casuale di sequenze e portati in una posizione che consente loro di essere collegati insieme per creare un filamento più lungo, "Spiega Braun.

In questo modo, a seconda delle concentrazioni relative delle sequenze complementari, la scena è pronta per la cooperazione intermolecolare. Temperature più elevate e gradienti di temperatura ripidi, come quelli che si pensa abbiano caratterizzato lo stretto, pori pieni d'acqua nelle rocce vulcaniche in cui potrebbe aver avuto luogo la sintesi primordiale del DNA, promuovono l'unione di molecole più corte in sequenze più lunghe. Ciò consentirebbe una selezione più rapida, allungamento e successiva replicazione di molecole più lunghe. In altre parole, la legatura modellata può creare maggioranze stabili promuovendo l'assemblaggio e la replicazione di sequenze sufficientemente complesse da codificare le prime informazioni genetiche. Per gli autori del nuovo articolo, "queste reti di legatura cooperativa forniscono un esempio di rottura della simmetria, un noto meccanismo di formazione della struttura in fisica, "dice Braun.

Negli anni '70, Manfred Eigen (Premio Nobel per la Chimica 1967) e Peter Schuster hanno sviluppato il loro modello di "iperciclo" come un percorso teoricamente fattibile dalle prime sequenze di DNA prebiotico alla trasmissione stabile dell'informazione genetica. Però, mancavano di un sistema trattabile sperimentalmente che consentisse loro di imitare le condizioni prebiotiche in modo più o meno realistico. "I nostri contributi sperimentali dimostrano, che è possibile ottenere le maggioranze stabili richieste di sequenze informative nel brodo primordiale usando il metodo più semplice, " Conclude Braun.