Sciencemag.cz
Doporučujeme
Chargaffovo pravidlo tvrdí, že na 1 vláknu DNA je počet adeninů téměř stejný jako thyminů a počet cytosinů téměř stejný jako guaninů (nesouvisí s komplementaritou, jde o jeden řetězec). Obecněji to už neplatí, purinových a pyrimidinových bází může být a běžně také je různý počet (na jednom vláknu DNA, a kvůli komplementaritě pak pochopitelně i na obou). Proč má DNA zrovna tyto vlastnosti?
DNA není jen digitální médium z abstraktní informatiky, ale i konkrétní „chemická molekula“. Poměr purinů a pyrimidinů zřejmě souvisí s tím, že tyto vazby jsou různě silné (různý počet vodíkových vazeb), to může hrát roli hlavně při vyšších teplotách, nejvíc asi u termofilních bakterií.
Proč ale je adeninů na vlákně stejně jako thyminů, guaninů stejně jako cytosinů, má to nějaký význam? Piero Fariselli (University of Turin), Cristian Taccioli, Luca Pagani a Amos Maritan (University of Padua – Padova) nyní na základě vlastního matematického modelu tvrdí, že jde prostě o důsledek maximalizace entropie, nikoliv nějakého evolučního tlaku/selekce. K vysvětlení podle nich není třeba biologie, ale fyzika. Z matematického modelu mají vyplývat i další statistické vlastnosti genomů, které se podařilo ověřit napříč hlavními skupinami živých organismů, u archea, bakterií i savců včetně člověka. Genomy se vyvíjejí i z hlediska termodynamiky k minimální energii. Přírodní výběr zde působí ovšem alespoň nepřímo – v tom smyslu, že molekuly s menší energii a větší entropií jsou stabilnější.
Piero Fariselli et al. DNA sequence symmetries from randomness: the origin of the Chargaff’s second parity rule, Briefings in Bioinformatics (2020). DOI: 10.1093/bib/bbaa041
Zdroj: University of Turin/Phys.org a další
Poznámka: Zde trochu kulhá podobnost genomu s digitální elektronikou. Představme si třeba, že by při programování vedle funkčnosti programu hrálo roli i to, jaký bude po zkompilování poměr jedniček a nul (a třeba při výkonově náročných aplikacích s růstem teploty by se navíc tyto požadavky změnily).
