Le prime fasi dell’evoluzione del DNA

Gli scienziati della LMU hanno studiato le prime fasi dell’evoluzione molecolare all’interno delle goccioline d’acqua di rugiada, per imitare i primi momenti dell’origine della vita sulla Terra. Crediti: Braun/LMU

Una domanda fondamentale nel campo dell’Origine della Vita è come le prime molecole di DNA si siano replicate e si siano evolute sulla Terra primordiale, più di 4 miliardi di anni fa. Prima dell’emergere delle prime cellule o di qualsiasi altra forma di compartimentazione, le molecole di DNA e RNA erano probabilmente disciolte in stagni d’acqua o in pori di roccia pieni di acqua e gas: condizioni onnipresenti su una Terra vulcanica. L’elevata attività vulcanica e le alte temperature erano responsabili di un’atmosfera estremamente ricca di CO. La concentrazione di anidride carbonica era circa 25.000 volte superiore a quella odierna.

Queste sono le condizioni che il prof. Dieter Braun e il suo gruppo di ricerca presso la facoltà di fisica (LMU) hanno ricreato: “trappole termiche” artificiali per imitare pori millimetrici di roccia pieni di acqua e CO gassosa. Il team di Braun ha esaminato la replicazione e l’evoluzione di brevi molecole di DNA nelle condizioni primordiali più plausibili.

Lo studio evidenzia come le differenze di temperatura locali possano indurre cicli dell’acqua all’interno di piccoli pori di roccia. L’evaporazione e la condensazione dell’acqua creano piccole goccioline di rugiada che si acidificano nella CO– atmosfera ricca. Le goccioline di rugiada sono state viste agire come compartimenti primordiali privi di membrana che contengono e concentrano il DNA. La condensazione periodica e l’evaporazione delle goccioline di rugiada costringono le molecole di DNA a cicli di pH neutro-acido, sali alto-basso e stati umido-secco.

Tali fluttuazioni hanno una forte influenza sulla replicazione di brevi filamenti di DNA. “Abbiamo scoperto che goccioline di rugiada di acqua acida in un CO primordiale l’atmosfera potrebbe migliorare la replicazione delle molecole di DNA”. 20 volte più lunghi di quelli iniziali”.

Durante i cicli di replicazione nelle goccioline di rugiada, le molecole di DNA inizialmente corte mutano pesantemente e diventano progressivamente più lunghe, spinte dalle peculiari caratteristiche dei cicli millimetrici dell’acqua. Le condizioni fisiche della rugiada inducono anche un processo di selezione sui filamenti di DNA, creando molecole di DNA arricchite in impronte di sequenza specifiche.

Questi risultati indicano le goccioline di rugiada come i primi compartimenti primordiali in grado di ospitare la replicazione e l’evoluzione delle molecole di DNA. Il laboratorio del prof. Dieter Braun intende caratterizzare gli effetti di tali cicli di rugiada su una varietà di reazioni chimiche prebiotiche, dalla sintesi abiotica di nucleotidi all’assemblaggio di grandi complessi di RNA capaci di autoreplicarsi.


Le bolle di gas nei pori delle rocce erano un vivaio per la vita sulla Terra primordiale


Maggiori informazioni:
Alan Ianeselli et al, I cicli dell’acqua in un’atmosfera di CO2 dell’Ade guidano l’evoluzione del DNA lungo, Fisica della natura (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01516-z

Fornito dall’Università Ludwig Maximilian di Monaco

Citazione: Le prime fasi dell’evoluzione del DNA (2022, 21 marzo) recuperate il 23 marzo 2022 da https://phys.org/news/2022-03-stages-dna-evolution.html

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