Umbral de error (evolución)
En biología evolutiva y genética de poblaciones , el umbral de error (o tasa de mutación crítica ) es un límite en el número de pares de bases que puede tener una molécula autorreplicante antes de que la mutación destruya la información en las generaciones posteriores de la molécula. El umbral de error es crucial para comprender la "paradoja de Eigen".
El umbral de error es un concepto en los orígenes de la vida ( abiogénesis ), en particular de la vida muy temprana, antes del advenimiento del ADN . Se postula que las primeras moléculas autorreplicantes podrían haber sido pequeñas moléculas de ARN similares a ribozimas . Estas moléculas consisten en cadenas de pares de bases o "dígitos", y su orden es un código que dirige cómo interactúa la molécula con su entorno. Toda replicación está sujeta a error de mutación. Durante el proceso de replicación, cada dígito tiene una cierta probabilidad de ser reemplazado por algún otro dígito, lo que cambia la forma en que la molécula interactúa con su entorno y puede aumentar o disminuir su aptitud o capacidad para reproducirse en ese entorno.
Manfred Eigen señaló en su artículo de 1971 (Eigen 1971) que este proceso de mutación impone un límite al número de dígitos que puede tener una molécula. Si una molécula supera este tamaño crítico, el efecto de las mutaciones se vuelve abrumador y un proceso de mutación fuera de control destruirá la información en las generaciones posteriores de la molécula. El umbral de error también está controlado por el "paisaje de aptitud" de las moléculas. El panorama de la aptitud física se caracteriza por los dos conceptos de altura (= aptitud física) y distancia (= número de mutaciones). Las moléculas similares están "cerca" unas de otras, y las moléculas que son más aptas que otras y tienen más probabilidades de reproducirse, están "más arriba" en el paisaje.
Si una secuencia en particular y sus vecinos tienen una aptitud alta, formarán una cuasiespecie y podrán admitir longitudes de secuencia más largas que una secuencia adecuada con pocos vecinos adecuados, o una vecindad de secuencias menos adecuada. Además, Wilke (Wilke 2005) señaló que el concepto de umbral de error no se aplica en partes del paisaje donde hay mutaciones letales, en las que la mutación inducida produce cero aptitud e impide que la molécula se reproduzca.
La paradoja de Eigen es uno de los enigmas más insolubles en el estudio de los orígenes de la vida. Se cree que el concepto de umbral de error descrito anteriormente limita el tamaño de las moléculas autorreplicantes a quizás unos pocos cientos de dígitos, pero casi toda la vida en la Tierra requiere moléculas mucho más largas para codificar su información genética. Este problema es manejado en las células vivas por enzimas que reparan mutaciones, permitiendo que las moléculas codificantes alcancen tamaños del orden de millones de pares de bases. Estas grandes moléculas deben, por supuesto, codificar las mismas enzimas que las reparan, y aquí radica la paradoja de Eigen, presentada por primera vez por Manfred Eigen en su artículo de 1971 (Eigen 1971). [1] En pocas palabras, la paradoja de Eigen equivale a lo siguiente:
Esta es una paradoja del tipo del huevo o la gallina , con una solución aún más difícil. ¿Qué fue primero, el genoma grande o las enzimas de corrección de errores? Se han propuesto varias soluciones a esta paradoja:
