Descoperirea care ar putea rescrie istoria vieții pe Pământ: Secretul ADN-ului, dezvăluit după miliarde de ani

Oamenii de știință ar putea fi mai aproape de a explica unul dintre misterele evoluției materialului genetic: de ce ADN-ul folosește timina, deși această componentă este mai predispusă la anumite tipuri de deteriorare provocate de radiațiile ultraviolete decât uracilul, molecula utilizată de ARN. Un studiu realizat de cercetători de la Universitatea Texas A&M sugerează că răspunsul ar putea avea legătură cu felul în care moleculele gestionează daunele provocate de lumina solară.

Pe Pământul timpuriu, înainte de formarea unui strat de ozon capabil să filtreze o parte importantă a radiațiilor ultraviolete, moleculele implicate în apariția vieții erau expuse unui mediu mult mai ostil. În aceste condiții, capacitatea de a suporta și de a repara deteriorările moleculare ar fi putut juca un rol important în evoluția sistemelor genetice, notează SciTechDaily.

Cercetarea, publicată în revista științifică Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), indică faptul că timina ar putea favoriza formarea unor produse de fotodeteriorare mai ușor de inversat în anumite condiții. Descoperirea oferă o posibilă explicație pentru avantajul evolutiv al acestei baze azotate, fără a demonstra însă că mecanismul a determinat, de unul singur, apariția ADN-ului așa cum îl cunoaștem astăzi.

Cum ar putea timina să protejeze materialul genetic

Echipa coordonată de Peter Rentzepis, profesor în cadrul Departamentului de Inginerie Electrică și Calculatoare al Universității Texas A&M, a comparat comportamentul timinei și al uracilului în condiții controlate de expunere la radiații ultraviolete.

Cercetătorii Keyvan Khosh Abady și Negar Karpourazar au utilizat metode de spectroscopie și tehnici optice pentru a analiza modul în care cele două molecule absorb, emit și împrăștie lumina. Rezultatele au sugerat că timina tinde să direcționeze deteriorarea produsă de radiațiile UV către forme potențial mai reversibile.

„Moleculele genetice timpurii ar fi putut supraviețui luminii solare intense nu evitând deteriorarea, ci controlând-o și facilitând autorepararea”, a explicat Keyvan Khosh Abady, potrivit prezentării cercetării.

Cercetătorul a comparat acest posibil rol cu cel al unei creme de protecție solară la nivel molecular. În această analogie, timina ar absorbi energia radiațiilor UV și ar contribui la limitarea efectelor lor asupra componentelor mai vulnerabile ale moleculei genetice.

Totuși, comparația are un rol explicativ. Studiul nu arată că timina protejează complet ADN-ul de radiații și nici că toate formele de deteriorare provocate de lumina ultravioletă pot fi reparate.

De ce este importantă diferența dintre ADN și ARN

ADN-ul și ARN-ul folosesc baze azotate pentru a stoca și transmite informația genetică. Una dintre diferențele dintre ele este că ADN-ul conține timină, în timp ce ARN-ul utilizează uracil.

Timina și uracilul sunt molecule înrudite chimic, însă se comportă diferit în anumite reacții. În ADN, utilizarea timinei are și un avantaj important pentru identificarea unor erori: uracilul apărut accidental prin modificarea chimică a citozinei poate fi recunoscut de mecanismele celulare de reparare. Dacă ADN-ul ar folosi în mod normal uracil, diferențierea dintre această bază și produsul unei asemenea deteriorări ar fi mai dificilă.

Noul studiu propune că răspunsul la radiațiile ultraviolete ar putea reprezenta un alt factor relevant pentru înțelegerea evoluției acestor molecule. Rămâne însă de stabilit în ce măsură acest avantaj posibil a influențat tranziția de la sistemele genetice timpurii la ADN.

Au ajuns ingredientele vieții pe Pământ din spațiu?

Cercetătorii intenționează să extindă investigațiile pentru a înțelege cum au apărut și s-au combinat primele componente ale sistemelor genetice. Una dintre întrebările urmărite este dacă aceste substanțe s-au format integral pe Pământ sau dacă unele dintre ele au fost aduse de meteoriți.

Studierea moleculelor organice din meteoriți și a reacțiilor chimice care ar fi putut avea loc pe Pământul timpuriu ar putea contribui la reconstruirea etapelor premergătoare apariției vieții. Deocamdată, însă, originea exactă și modul de asamblare a primelor sisteme genetice rămân subiecte de cercetare.

Cercetarea ar putea avea și aplicații medicale

Pe lângă implicațiile pentru studiul evoluției moleculare, măsurătorile au identificat semnături spectrale distincte, adică modele ale interacțiunii moleculelor cu lumina. Acestea ar putea contribui, în viitor, la dezvoltarea unor metode mai sensibile de detectare a agenților patogeni.

O posibilă direcție este monitorizarea eficienței dezinfecției cu radiații ultraviolete, inclusiv în sistemele de tratare a apei. Astfel de aplicații necesită însă cercetări suplimentare înainte de a putea fi utilizate pe scară largă.

Studiul oferă, așadar, o posibilă piesă din puzzle-ul evoluției materialului genetic. Ipoteza că timina ar fi avut un avantaj în condițiile de radiație ale Pământului timpuriu poate ajuta la explicarea unei particularități fundamentale a ADN-ului, dar nu reprezintă încă o soluție definitivă pentru misterul apariției vieții.