Do le mie scuse per il sottotitolo di questo saggio alla band REM, anche se è gentile da parte loro prestare il loro nome a una fase così importante del sonno.
Il biologo molecolare spagnolo Victor de Lorenzo (2014, nella rivista Bioessays ) ha sostenuto che il dogma centrale della biologia molecolare, "il DNA fa l'RNA fa proteine" (p.266) ignora l'importanza del "metabolismo egoista". Quest'ultima è la sua ipotesi che la principale spinta evolutiva degli organismi contenenti DNA non è la replicazione e l'espansione del loro DNA nel loro ambiente, ma l'esplorazione e lo sfruttamento dei loro paesaggi chimici. L'ubicazione e il successivo sfruttamento di sostanze chimiche che migliorano il metabolismo aiutano ad assicurare il miglioramento dei loro processi metabolici, che successivamente aiuta ad assicurare la loro replicazione e l'ampliamento del loro DNA nel pool genico.
Tuttavia, sorge un paradosso: il focus della biologia molecolare sul DNA sembra avere un difetto almeno da una prospettiva evolutiva. Il DNA può essere considerato una versione modificata di due filamenti di RNA, in quanto è improbabile che l'RNA e il DNA si siano evoluti separatamente. Quindi, l'RNA deve aver preceduto il DNA nel tempo evolutivo. Quest'ultima idea è conosciuta come Ipotesi del mondo dell'RNA, cioè nelle cellule primordiali, note come procarioti, solo l'RNA immagazzinava entrambe le informazioni genetiche e catalizzava le loro reazioni chimiche. È interessante notare che le prove fossili sembrano mostrare che i procarioti sono apparsi circa 3,9 miliardi di anni fa. Inoltre è interessante l'idea che l'RNA sia persistita, quindi l'idea che possa essere paragonata ai "fossili" delle origini della vita è intrigante. Trovo anche l'apparenza dell'idea di procarioti provocatoria come la terra stessa ha solo 4.567 miliardi di anni. Così, cellule incredibilmente complesse, con pareti cellulari che circondano citoplasma, RNA, recettori chimici e recettori meccanici (per rilevare gli ostacoli) e flagelli che guidavano i movimenti verso e lontano da sostanze chimiche e oggetti erano già in atto solo mezzo miliardo di anni (o così ) dopo che la terra si è formata! Anche se mezzo miliardo di anni può sembrare un periodo lungo, non si può dare la storia multi-miliardaria della terra. Quindi come ha fatto tutta questa evoluzione in un periodo così breve? Un'idea altamente provocatoria è che i procarioti non si sono evoluti … sulla terra. Cioè, provenivano da una cometa o da un meteorite. Naturalmente ciò porta ancora alla domanda su come si sono sviluppate queste forme di vita complesse e si sono bloccati in una cometa o in un meteorite e quali erano le condizioni iniziali per la loro evoluzione, ovunque si fossero evolute?
Ma torniamo all'ipotesi del mondo dell'RNA: l'RNA è noto per consistere di soli quattro nucleotidi, adenina (A), uracile (U), citosina (C), guanina (G) [nota: nel DNA, l'uracile diventa timina (T), attraverso un processo di metilazione]. Tuttavia, l'RNA non è spuntato, completamente cresciuto, con solo questi quattro nucleotidi, come Athena dalla fronte di Zeus!
Sembra che persino gli ipotizzatori di RNA World tendano a trascurare che deve esserci stato un ambiente pre-RNA costituito dalle sostanze chimiche necessarie per formare vari nucleotidi. Inoltre, queste affinità e disaffinità di sostanze chimiche e molecole devono essere basate su legami chimico-atomici ancora più basilari. Pertanto, le originali molecole autoassemblanti che formavano i pre-nucleotidi e gli ultimi quattro nucleotidi che creavano i primi filamenti di RNA erano già vincolati dalle predilezioni chimico-atomiche iniziali.
Qui sorge un'altra domanda importante: queste predilezioni iniziali erano soggette alla selezione naturale darwiniana? Se l'apprendimento non-associativo, consistente in assuefazione e sensibilizzazione, è evolutivamente più antico dell'apprendimento associativo (condizionamento classico e operante), l'apprendimento non-associativo era la base per l'esplorazione e lo sfruttamento dei paesaggi chimici primordiali?
Sebbene de Lorenzo focalizzasse la sua attenzione principale sul DNA, presumibilmente la sua ipotesi del metabolismo egoistico era applicabile ai precursori chimici dei nucleotidi e alle forme nucleotidiche che non facevano i "quattro finali" che venivano a definire l'RNA. Si può supporre che queste altre forme nucleotidiche e altre molecole complesse nel mondo pre-RNA non siano riuscite a perpetuarsi ed espandersi perché non erano in grado di esplorare e sfruttare i loro paesaggi chimici e gli ultimi quattro nucleotidi. Quindi, da una prospettiva evoluzionistica, il dogma centrale della biologia molecolare (codici di DNA RNA, codici RNA proteine) sembra trascurare che 1) l'RNA deve aver preceduto il DNA, 2) i precursori molecolari dei nucleotidi erano basati su affinità e disaffinità chimiche e atomiche 3) devono esserci stati altri nucleotidi prima e durante la composizione delle ultime quattro, 4) la capacità di esplorare e sfruttare nuovi paesaggi chimici era un fattore critico di guida in tutta la loro evoluzione, e 5) questa esplorazione di paesaggi chimici può sono stati soggetti alla selezione naturale darwiniana e potrebbero essere stati condotti dai due tipi di apprendimento non associativo, cioè l'assuefazione e la sensibilizzazione (o prototipi atomico-chimici di queste forme di apprendimento). Pertanto, potrebbe essere stato cruciale nell'esplorazione di nuovi paesaggi chimici da parte di una molecola per ignorare gli stimoli irrilevanti (assuefazione) e per essere sensibile a stimoli rilevanti (sensibilizzazione).
Il professor Frederick L. Coolidge è co-direttore del Center for Cognitive Archaeology presso l'Università del Colorado, Colorado Springs. Il Centro offre corsi e certificati online in Archeologia cognitiva. Contatta [email protected].
