Asam amino, satu set dasar blok pembangun kehidupan, mungkin adaptif sepanjang evolusi mereka, menunjukkan kemungkinan bahasa biologis universal. – Sains Terkini


Sebuah tim internasional dan interdisipliner yang bekerja di Earth-Life Science Institute (ELSI) di Tokyo Institute of Technology telah memodelkan evolusi dari salah satu set blok bangunan paling mendasar dari biologi dan menemukan bahwa itu mungkin memiliki sifat khusus yang membantu mem-bootstrap sendiri ke dalam bentuk modern.

Semua kehidupan, dari bakteri hingga paus biru hingga manusia, menggunakan sekumpulan 20 asam amino kode (CAA) yang hampir universal untuk membangun protein. Perangkat ini kemungkinan "dikanonalisasi" atau terstandarisasi selama evolusi awal; sebelum ini, set asam amino yang lebih kecil secara bertahap diperluas sebagai organisme mengembangkan kemampuan proofreading dan coding baru. Studi baru, yang dipimpin oleh Melissa Ilardo, sekarang di Universitas Utah, mengeksplorasi bagaimana evolusi set ini mungkin terjadi.

Ada jutaan kemungkinan jenis asam amino yang dapat ditemukan di Bumi atau di tempat lain di Semesta, masing-masing dengan sifat kimianya sendiri yang khas. Memang, para ilmuwan telah menemukan sifat-sifat kimia yang unik inilah yang memberi protein biologis, molekul besar yang melakukan banyak katalis kehidupan, kemampuan unik mereka sendiri. Tim sebelumnya telah mengukur bagaimana set CAA dibandingkan dengan set asam amino acak dan menemukan bahwa hanya sekitar 1 dalam satu miliar set acak memiliki sifat kimia yang didistribusikan secara tidak biasa seperti pada CAA.

Tim kemudian berangkat untuk mengajukan pertanyaan seperti apa, set kode yang lebih kecil sebelumnya mungkin dalam hal sifat kimianya. Ada banyak himpunan bagian yang mungkin dari CAA modern atau asam amino lain yang saat ini tidak terkode yang bisa terdiri dari set sebelumnya. Tim menghitung cara yang mungkin untuk membuat satu set asam amino 3-20 menggunakan perpustakaan khusus 1913 asam amino "virtual" yang berbeda secara struktural yang mereka hitung dan menemukan ada 1048 cara membuat set 20 asam amino. Sebaliknya, hanya ada ~ 1019 butiran pasir di Bumi, dan hanya ~ 1024 bintang di seluruh Semesta. "Ada begitu banyak asam amino yang mungkin, dan begitu banyak cara untuk membuat kombinasi dari mereka, pendekatan komputasi adalah satu-satunya cara komprehensif untuk mengatasi pertanyaan ini," kata anggota tim Jim Cleaves dari ELSI. "Implementasi algoritma yang efisien berdasarkan pada model matematika yang tepat memungkinkan kami untuk menangani ruang kombinatorial yang bahkan sangat besar," tambah rekan penulis Markus Meringer dari Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt.

Karena jumlah ini sangat besar, mereka menggunakan metode statistik untuk membandingkan nilai adaptif dari sifat fisikokimia gabungan dari set CAA modern dengan miliaran set acak asam amino 3-20. Apa yang mereka temukan adalah bahwa CAA mungkin telah disimpan secara selektif selama evolusi karena sifat kimia adaptif mereka yang unik, yang membantu mereka untuk membuat protein yang optimal, pada gilirannya membantu organisme yang dapat menghasilkan protein tersebut menjadi lebih bugar.

Mereka menemukan bahwa set hipotetis yang hanya mengandung satu atau beberapa CAA modern sangat adaptif. Sulit untuk menemukan set bahkan di antara banyak alternatif yang memiliki sifat kimia unik dari set CAA modern. Hasil ini menunjukkan bahwa setiap kali CAA modern ditemukan dan tertanam dalam toolkit biologi selama evolusi, itu memberikan nilai adaptif yang tidak biasa di antara sejumlah besar alternatif, dan setiap langkah selektif mungkin telah membantu mem-bootstrap set yang sedang dikembangkan untuk memasukkan lebih banyak CAA, pada akhirnya mengarah ke set modern.

Jika benar, para peneliti berspekulasi, itu mungkin berarti bahwa meskipun diberi berbagai macam titik awal untuk mengembangkan set asam amino berkode, biologi mungkin berakhir menyatu pada set yang sama. Karena model ini didasarkan pada sifat fisika dan kimia invarian dari asam amino itu sendiri, ini dapat berarti bahwa bahkan Kehidupan di luar Bumi mungkin sangat mirip dengan kehidupan Bumi modern. Rekan penulis Rudrarup Bose, sekarang dari Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics di Dresden, lebih lanjut menghipotesiskan bahwa "Kehidupan mungkin bukan hanya serangkaian peristiwa kebetulan. Sebaliknya, mungkin ada beberapa hukum universal yang mengatur evolusi kehidupan. "

Referensi:

Bahan disediakan oleh Institut Teknologi Tokyo. Catatan: Konten dapat diedit untuk gaya dan panjangnya.

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.