Cooperação e competição na evolução pré-biótica: o efeito da população finita

• Processo: 22/05544-8
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de setembro de 2022
• Data de Término da vigência: 31 de agosto de 2023
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física Geral
• Pesquisador responsável: José Fernando Fontanari
• Beneficiário: Matheus Stefanini Mariano
• Instituição Sede: Instituto de Física de São Carlos (IFSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Assunto(s): Cinética química Processos estocásticos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Algoritmo de Gillespie | equação de replicadores | Evolução da cooperação | Evolução Pré-biótica | Física Biológica

Resumo

Um dos problemas fundamentais em evolução pré-biótica é explicar a coexistência de moléculas auto-replicadoras estruturalmente distintas, condição necessária para o surgimento e estabilização de aglomerados moleculares suficientemente complexos capazes de codificar (ou mesmo atuar como) um metabolismo rudimentar. Modelos clássicos de evolução pré-biótica, como o modelo de quase-espécies, não permitem esse tipo de coexistência: apenas o replicador mais eficiente e seus mutantes estruturalmente similares sobrevivem. Uma solução é a introdução de elementos cooperativos na dinâmica de interação molecular, originalmente puramente competitiva, levando aos ciclos moleculares catalíticos, denominados hiperciclos. A dificuldade é que o hiperciclos é vulnerável à invasão de replicadores mutantes não cooperativos (parasitas), ou seja, moléculas auto-replicadoras que não catalisam a replicação de nenhuma outra molécula no ciclo. Nesse projeto, vamos explorar como os princípios que garantem a evolução e manutenção da cooperação na natureza podem ser utilizados para proteger os hiperciclos contra parasitas. Como tanto o surgimento de replicadores mutantes como a evolução da população próxima a extinção necessitam de uma formulação capaz de descrever a dinâmica de um número pequeno de replicadores, vamos utilizar o algoritmo de Gillespie para simular a versão estocástica das equações de cinética química que caracterizam os vários modelos clássicos de replicadores.(AU)