En biología evolutiva , el modelo GARD (dominio de replicación de autocatálisis gradual) es un modelo cinético general para el crecimiento homeostático y la fisión de ensamblajes de composición, con aplicación específica hacia los lípidos . [1]
En el contexto de la abiogénesis , el mundo de los lípidos [2] sugiere que los ensamblajes de moléculas simples, como los lípidos , pueden almacenar y propagar información, por lo que experimentan evolución .
Se ha sugerido que estas "asambleas compositivas" desempeñan un papel en el origen de la vida. La idea es que la información que se transfiere a lo largo de las generaciones es información de composición : los diferentes tipos y cantidades de moléculas dentro de un conjunto. Esto es diferente de la información codificada en el ARN o el ADN , que es la secuencia específica de bases en dicha molécula. Por lo tanto, el modelo se ve como una alternativa o un antepasado de la hipótesis del mundo del ARN.
El modelo
El vector de composición de un ensamblaje se escribe como: . Dóndeson los recuentos moleculares del lípido tipo i dentro del conjunto, y NG es la cantidad de tipos de lípidos diferentes que existen ( tamaño del repertorio ).
El cambio en el recuento de la molécula de tipo i se describe mediante:
y son las constantes de velocidad de basilea hacia adelante (unión) y hacia atrás (salida), β ij es una mejora de la velocidad no negativa ejercida por el tipo de molécula j dentro del ensamblaje sobre el tipo i del entorno, y ρ es la concentración ambiental de cada tipo de molécula. β se considera una red compleja , ponderada y dirigida .
El tamaño actual del ensamblaje es . El sistema se mantiene alejado del equilibrio imponiendo una acción de fisión una vez que el conjunto alcanza un tamaño máximo, Nmax, generalmente del orden de NG. Esta acción de división produce dos progenies del mismo tamaño y una de las cuales vuelve a crecer.
El modelo se somete a simulaciones basadas en el algoritmo de Monte Carlo , utilizando el algoritmo de Gillespie .
Selección
En 2010, Eors Szathmary y sus colaboradores eligieron GARD como una realización arquetípica del metabolismo primero. [3] Han introducido coeficientes de selección en el modelo, que aumentan o disminuyen la tasa de crecimiento de los ensamblajes, dependiendo de cuán similares o no similares sean a un objetivo determinado. Descubrieron que la clasificación de las asambleas no se ve afectada por la presión de selección y concluyeron que GARD no exhibe una evolución darwiniana.
En 2012 se demostró que esta crítica es errónea y fue refutada. [4] Dos grandes inconvenientes del documento de 2010 fueron: (1) se han centrado en una asamblea general y no en un composoma o compotipo (replicando fielmente y cuasiespecie , respectivamente); (2) han realizado una única simulación aleatoria para probar la seleccionabilidad.
Cuasiespecies
El modelo de cuasiespecies describe una población de replicadores que se replican con mutaciones relativamente altas. Debido a mutaciones y mutaciones inversas, la población eventualmente se centra alrededor de un replicador maestro (secuencia maestra). Se demostró que las poblaciones de GARD forman una cuasiespecie alrededor de un compotipo maestro y exhiben una catástrofe de error , de manera similar a las cuasiespecies clásicas como los virus de ARN. [5]
Ver también
Referencias
- ↑ Segré, Daniel; Ben-Eli, Dafna; Lancet, Doron (11 de abril de 2000). "Genomas composicionales: transferencia de información prebiótica en ensamblajes no covalentes mutuamente catalíticos" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 97 (8): 4112–4117. Código Bibliográfico : 2000PNAS ... 97.4112S . doi : 10.1073 / pnas.97.8.4112 . PMC 18166 . PMID 10760281 .
- ^ Segre, D .; Ben-Eli, D .; Deamer, D .; Lancet, D. (2001). "El mundo de los lípidos". Orig Life Evol Biosph . 31 (1-2): 119-145. Código Bibliográfico : 2001OLEB ... 31..119S . doi : 10.1023 / A: 1006746807104 . PMID 11296516 . S2CID 10959497 .
- ^ Vasas, Vera; Szathmáry, Eörs; Santos, Mauro (26 de enero de 2010). "La falta de capacidad de evolución en redes autocatalíticas autosostenibles limita los escenarios de metabolismo primero para el origen de la vida" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 107 (4): 1470–1475. Código bibliográfico : 2010PNAS..107.1470V . doi : 10.1073 / pnas.0912628107 . PMC 2824406 . PMID 20080693 .
- ^ Markovitch, O .; Lancet, D. (2012). "Se requiere un exceso de catálisis mutua para una evolución eficaz". Vida artificial . 18 (3): 243–266. doi : 10.1162 / artl_a_00064 . PMID 22662913 . S2CID 5236043 .
- ^ Gross, Renan; Fouxon, Itzhak; Lancet, Doron; Markovitch, Omer (30 de diciembre de 2014). "Cuasiespecies en población de ensamblajes compositivos" . Biología Evolutiva BMC . 14 (1): 265. doi : 10.1186 / s12862-014-0265-1 . PMC 4357159 . PMID 25547629 .
enlaces externos
- Código MATLAB de GARD10 (consulte Markovitch y Lancet, 2012): https://github.com/ModelingOriginsofLife/GARD
- Página de inicio de Doron Lancet en el Instituto de Ciencias Weizmann , quien es el inventor de GARD.
- Origen de la vida ( OOL ) en el Instituto Weizmann.