La quasispecie di RNAUn esperimento condotto daIl
biochimico Sol Spiegelmann ((1915-1983),
biochimico allora presso l’università dell’Illinois
nel 1967 e diventato ormai un classico,
ha mostrato come può
RNA altamente purificato del fago Qβ fu introdotto in una provetta contenente un brodo nutrizionale in cui erano presenti le 4 basi azotate attivate, cioè sotto forma di ATP, GTP, UTP e CTP, (le basi sono legate allo zucchero e a una “coda” di tre gruppi fosfato) e l’enzima specifico per la replicazione di tale RNA; l’RNA virale si duplicò docilmente; a questo punto Spiegelmann estrasse e purificò l’RNA formatosi in questo modo, lo introdusse in nuove provette e così via attraverso diversi passaggi. Il risultato fu che, ad ogni nuovo passaggio, l’RNA era in grado di replicarsi più in fretta; durante la riproduzione della molecola avvenivano errori di duplicazione che simulavano una selezione darwiniana a livello molecolare: le molecole che erano in grado di riprodursi più in fretta, divennero predominanti e si sostituirono alle forme originarie, così che dopo un certo numero di generazioni il filamento iniziale, contenente 4500 basi, si era “snellito” a sole 220. Era dunque avvenuta una sorta di selezione darwiniana: le molecole più corte, più veloci nella duplicazione, avevano preso il sopravvento, sebbene avessero perso la loro capacità infettante, che d’altra parte, in quell’ambiente super protetto, non aveva valore adattativo
Manfred
Eigen (1927, direttore dell’Istituto Marx Plank di Gottinga dal 1964,
premio Nobel per la chimica 1967) e il suo gruppo hanno condotto
esperienze altrettanto interessanti presso l’università di Gottinga: hanno ripetuto l’esperimento di Spiegelmann,
Eigen,
negli anni Settanta ha studiato una popolazione di molecole di RNA in
grado di autoriprodursi (i nudi replicanti a cui spesso
allude Dawkins) attraverso un modello matematico. Il suo lavoro è stato di
importanza fondamentale per la precisazione del concetto darwiniano di
“sopravvivenza del più adatto”, accusato da più parti di essere un
principio
tautologico. Il suo modello ha evidenziato che all’interno di
una popolazione di replicanti emerge un insieme di molecole avente
valore selettivo ottimale, a cui ha dato il nome di quasispecie,
mentre molecole con un ritmo di crescita inferiore o soggetto ad un
numero elevato di errori durante le replicazione vengono eliminate.
Questa popolazione è caratterizzata da una rapida crescita e da una
maggiore adattabilità a variazioni ambientali indotte sperimentalmente. Il modello
è stato confermato da altri studiosi (Weissmann, 1978;
Domingo, 1980) e ha permesso di mettere in relazione il tasso di
errore
con la quantità di informazione posseduta da una data sequenza nucleotidica: se le copie difettose prendono il sopravvento sulla sequenza
dominante, si ha l’estinzione della popolazione attraverso un processo a
cascata definito da Orgel ed Eigen la “catastrofe dell’errore”.
L'analisi matematica del
La quasispecie, pertanto, dal momento che non possedeva enzimi sofisticati, doveva possedere una sequenza nucleotidica sufficientemente corta. Un possibile candidato a rappresentare la prima molecola autoreplicante apparsa sulla terra è il tRNA (RNA di trasporto); queste le osservazioni:
In qualche modo, secondo il modello di Eigen, una volta affermatesi
diverse popolazioni di quasispecie, gli RNA autoreplicantesi possono aver Le brevi catene ad RNA, collaborando fra loro per la costruzione di proteine, avrebbero potuto evitare la “catastrofe dell’errore”, in quanto la competizione era stata sostituita dalla collaborazione; non mancano però critiche a questo modello.
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