O que a biologia molecular negligenciou na evolução

Peço desculpas pelo subtítulo deste ensaio à banda R.E.M., embora seja gentil da parte deles emprestar seu nome a uma fase tão importante do sono.

O biólogo molecular espanhol Victor de Lorenzo (2014; na revista Bioessays ) argumentou que o dogma central da biologia molecular, “DNA faz RNA faz proteína” (p. 226) ignora a importância do “metabolismo egoísta”. O último é sua hipótese de que o principal impulso evolutivo dos organismos contendo DNA não é a replicação e a expansão de seu DNA em seu ambiente, mas a exploração e exploração de suas paisagens químicas. A localização e subsequente exploração de substâncias químicas que aumentam o metabolismo ajudam a garantir a melhoria de seus processos metabólicos, o que subsequentemente ajuda a garantir sua replicação e ampliação de seu DNA no pool genético.

No entanto, surge um paradoxo: o foco da biologia molecular no DNA parece ter uma falha, pelo menos de uma perspectiva evolucionária. O DNA pode ser considerado uma versão modificada de duas fitas de RNA, pois é improvável que o RNA e o DNA tenham evoluído separadamente. Assim, o RNA deve ter precedido o DNA no tempo evolutivo. Esta última ideia é conhecida como Hipótese do Mundo de RNA, ou seja, nas células primordiais, conhecidas como procariotas, apenas o RNA armazenava tanto a informação genética quanto catalisava suas reações químicas. Curiosamente, a evidência fóssil parece mostrar que os procariontes apareceram há cerca de 3,9 bilhões de anos. Além disso, interessante é a noção de que o RNA persistiu, então a ideia de que ele pode ser comparado a "fósseis" das origens da vida é intrigante. Eu também acho o surgimento da ideia de procariotos provocativa, já que a própria Terra tem apenas 4,567 bilhões de anos. Assim, células incrivelmente complexas, com paredes celulares em torno do citoplasma, RNA, receptores químicos e receptores mecânicos (para detectar obstáculos) e flagelos que orientavam os movimentos de aproximação e afastamento de produtos químicos e objetos já existiam há apenas meio bilhão de anos (ou mais ) depois que a Terra se formou! Embora meio bilhão de anos possa parecer muito tempo, pode não ser dada a história de vários bilhões de anos da Terra. Então, como toda essa evolução ocorreu em tão curto período de tempo? Uma ideia altamente provocativa é que os procariontes não evoluíram ... na Terra. Ou seja, eles vieram de um cometa ou meteorito. É claro que isso ainda leva à questão de como essas formas de vida complexas se desenvolveram e ficaram presas em um cometa ou meteorito e quais foram as condições iniciais para sua evolução onde quer que tenham evoluído?

Mas voltando à hipótese do mundo do RNA: o RNA é conhecido por consistir em apenas quatro nucleotídeos, Adenina (A), Uracila (U), Citosina (C), Guanina (G) [nota: no DNA, a uracila se torna timina (T), através de um processo de metilação]. No entanto, o RNA não surgiu, totalmente crescido, com apenas esses quatro nucleotídeos, como Atenas da testa de Zeus!

Parece que mesmo os formuladores de hipóteses do Mundo do RNA tendem a ignorar que deve ter havido um ambiente pré-RNA que consiste nas substâncias químicas necessárias para formar vários nucleotídeos. Além disso, essas afinidades e desafinidades de substâncias químicas e moléculas devem ter sido baseadas em ligações químico-atômicas ainda mais básicas. Assim, as moléculas de automontagem originais que formaram os pré-nucleotídeos e os quatro nucleotídeos finais que criaram as primeiras fitas de RNA já estavam restritos por predileções químico-atômicas iniciais.

Aqui surge outra questão importante: essas predileções iniciais estavam sujeitas à seleção natural darwiniana? Se a aprendizagem não associativa, consistindo em habituação e sensibilização, é evolutivamente mais velha que a aprendizagem associativa (condicionamento clássico e operante), a aprendizagem não associativa foi a base para a exploração e exploração das paisagens químicas primordiais?

Embora de Lorenzo focalizasse sua atenção principal no DNA, presumivelmente sua hipótese de metabolismo egoísta era aplicável a precursores químicos de nucleotídeos e formas de nucleotídeos que não compunham os "quatro últimos" que definiram o RNA. Pode-se presumir que essas outras formas de nucleotídeos e outras moléculas complexas no mundo pré-RNA não se perpetuaram e se expandiram porque não foram capazes de explorar e explorar suas paisagens químicas, bem como os quatro nucleotídeos finais. Assim, de uma perspectiva evolutiva, o dogma central da biologia molecular (DNA codifica RNA, RNA codifica proteínas) parece ignorar que 1) o RNA deve ter precedido o DNA, 2) os precursores moleculares dos nucleotídeos foram baseados em afinidades e desafinidades químicas e atômicas , 3) deve ter havido outros nucleotídeos antes e durante a composição dos quatro finais, 4) a capacidade de explorar e explorar novas paisagens químicas foi um fator determinante crítico em toda a sua evolução, e 5) esta exploração de paisagens químicas pode foram submetidos à seleção natural darwiniana e podem ter sido conduzidos pelos dois tipos de aprendizagem não associativa, isto é, habituação e sensibilização (ou protótipos químico-atômicos dessas formas de aprendizagem). Assim, pode ter sido crítico na exploração de novas paisagens químicas por uma molécula ignorar estímulos irrelevantes (habituação) e ser sensível a estímulos relevantes (sensibilização).

O professor Frederick L. Coolidge é codiretor do Centro de Arqueologia Cognitiva da Universidade do Colorado, Colorado Springs. O Centro oferece cursos online e certificados em Arqueologia Cognitiva. Entre em contato com [email protected].