En biología evolutiva , el modelo GARD ( dominio de replicación de autocatálisis graduada) es un modelo cinético general para el crecimiento homeostático y la fisión de conjuntos compositivos, con aplicación específica en los lípidos . [1]
En el contexto de la abiogénesis , el mundo lipídico [2] sugiere que conjuntos de moléculas simples, como los lípidos , pueden almacenar y propagar información y, por lo tanto, experimentar evolución .
Se ha sugerido que estos "conjuntos compositivos" desempeñan un papel en el origen de la vida. La idea es que la información que se transfiere a lo largo de las generaciones es información compositiva : los diferentes tipos y cantidades de moléculas dentro de un conjunto. Esto es diferente de la información codificada en el ARN o el ADN , que es la secuencia específica de bases en dicha molécula. Por lo tanto, el modelo se considera una alternativa o un antecesor de la hipótesis del mundo del ARN.
El vector de composición de un conjunto se escribe como: . Donde son los recuentos moleculares del tipo de lípido i dentro del conjunto, y NG es la cantidad de tipos de lípidos diferentes que existen ( tamaño del repertorio ).
El cambio en el recuento de moléculas tipo i se describe mediante:
y son las constantes de velocidad de avance (entrada) y retroceso (salida) de Basilea, β ij es una mejora de velocidad no negativa ejercida por el tipo de molécula j dentro del ensamblaje sobre el tipo i del entorno, y ρ es la concentración ambiental de cada tipo de molécula. β se considera una red compleja , ponderada y dirigida .
El tamaño actual del conjunto es . El sistema se mantiene alejado del equilibrio imponiendo una acción de fisión una vez que el conjunto alcanza un tamaño máximo, Nmax, generalmente del orden de NG. Esta acción de división produce dos descendientes del mismo tamaño, y uno de ellos se vuelve a cultivar.
El modelo se somete a simulaciones basadas en el algoritmo de Monte Carlo , utilizando el algoritmo de Gillespie .
En 2010, Eors Szathmary y sus colaboradores eligieron GARD como una realización arquetípica de metabolismo-primero. Introdujeron en el modelo un coeficiente de selección que aumenta o disminuye la tasa de crecimiento de los ensamblajes dependiendo de cuán similares o diferentes sean con un objetivo determinado. Encontraron que la clasificación de los ensamblajes no se ve afectada por la presión de selección y concluyeron que GARD no exhibe evolución darwiniana. [3]
En 2012, Doron Lancet y Omer Markovitch cuestionaron esto. Dos de los principales inconvenientes del artículo de 2010 fueron: (1) los autores se centraron en un ensamblaje general y no en un composoma o compotipo (replicación fiel y cuasiespecies , respectivamente); (2) realizaron solo una única simulación aleatoria para probar la selectividad. [4]
El modelo de cuasiespecies describe una población de replicadores que se replican con mutaciones relativamente altas. Debido a las mutaciones y las retromutaciones, la población finalmente se centra alrededor de un replicador maestro (secuencia maestra). Se demostró que las poblaciones de GARD forman una cuasiespecie alrededor de un compotipo maestro y exhiben una catástrofe de error , de manera similar a las cuasiespecies clásicas, como los virus de ARN. [5]
