L'origine della traduzione è solitamente immaginata come l'improvviso assemblaggio di un ribosoma. Questa slide segue un percorso diverso: parte dalla abbondanza prebiotica degli amminoacidi e si chiede a quale organizzazione di ordine superiore dovesse appartenere il primo apparato di traduzione.

Dalla chimica prebiotica a un primo alfabeto

La sintesi prebiotica simulata (esperimenti di tipo Miller) e l'inventario organico del meteorite di Murchison convergono su una famiglia ristretta di amminoacidi alifatici. Piuttosto che una miscela uniforme, le rese e le abbondanze meteoritiche sono fortemente sbilanciate: domina la glicina, seguita da alanina, acido aspartico e valina. Questo sbilanciamento è la materia prima da cui si sarebbe potuto trarre un primo alfabeto genetico.

Ordine di abbondanza e primi codoni in cornice GC

L'ordine Gly > Ala > Asp > Val è usato per ordinare le prime assegnazioni dei codoni in cornice GC. I codoni composti da G e C corrispondono per primi agli amminoacidi più semplici e abbondanti, così che l'abbondanza chimica e lo schema di codifica precoce risultano allineati. In questa lettura il primo sistema di codifica è ricco di GC, e le sue assegnazioni sono una conseguenza della disponibilità anziché del caso.

Il problema di nucleazione di un iperciclo

Un iperciclo si comporta diversamente da un singolo replicatore autocatalitico. Un replicatore può, in linea di principio, iniziare da una singola copia stampo; una rete ciclica non può, perché chiudere il ciclo richiede che tutti i suoi membri siano presenti contemporaneamente. Il primo apparato di traduzione, quindi, non è un'invenzione molecolare isolata. Deve essere assemblato gradualmente a partire da una quasi-specie ricca di GC, con mutazione e selezione che aggiungono e perfezionano i suoi componenti passo dopo passo fino alla chiusura del ciclo.

Punti fissi dell'iperciclo a due membri

L'analisi dei punti fissi di un iperciclo a due membri mostra che il risultato dipende dalle costanti di accoppiamento relative che collegano i membri. Emergono tre regimi qualitativi: competizione aperta, in cui un membro prevale sull'altro; selezione di uno dei due membri, a seconda delle condizioni iniziali; e stabilizzazione iperciclica reciproca, in cui ciascun membro rafforza l'altro. Solo l'ultimo regime supporta un apparato accoppiato alla traduzione, perché è il caso in cui la replicazione dell'RNA e la sintesi peptidica si rafforzano a vicenda invece di competere.

La traduzione come soglia, non come invenzione

Il quadro che emerge è che il primo apparato di traduzione è una soglia in un sistema iperciclico che collega replicazione dell'RNA, sintesi peptidica e chiusura catalitica. La domanda guida è XI. Come iniziare la traduzione? La mappa sopra risponde: il punto di partenza è l'abbondanza chimica, e il punto di arrivo è un ciclo auto-rinforzante raggiunto attraverso mutazione, selezione e un accoppiamento sufficiente.