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Enregistrement W4407160802 · doi:10.1021/acs.accounts.4c00546

Biological Polymers: Evolution, Function, and Significance

2025· article· en· W4407160802 sur OpenAlexfundno aff
Kavita Matange, Moran Frenkel‐Pinter, Loren Dean Williams

Notice bibliographique

RevueAccounts of Chemical Research · 2025
Typearticle
Langueen
DomainePhysics and Astronomy
ThématiqueOrigins and Evolution of Life
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesAzrieli FoundationIsrael Science FoundationNuclear Safety and Security CommissionHebrew University of JerusalemFederation of European Biochemical SocietiesGeorgia Institute of TechnologyNational Aeronautics and Space AdministrationMinerva FoundationNational Science Foundation
Mots-clésFunction (biology)PolymerChemistryPolymer scienceEvolutionary biologyBiologyOrganic chemistry

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

A holistic description of biopolymers and their evolutionary origins will contribute to our understanding of biochemistry, biology, the origins of life, and signatures of life outside our planet. While biopolymer sequences evolve through known Darwinian processes, the origins of the backbones of polypeptides, polynucleotides, and polyglycans are less certain. We frame this topic through two questions: (i) Do the characteristics of biopolymer backbones indicate evolutionary origins? (ii) Are there reasonable mechanistic models of such pre-Darwinian evolutionary processes? To address these questions, we have established criteria to distinguish chemical species produced by evolutionary mechanisms from those formed by nonevolutionary physical, chemical, or geological processes. We compile and evaluate properties shared by all biopolymer backbones rather than isolating a single type. Polypeptide, polynucleotide, and polyglycan backbones are kinetically trapped and thermodynamically unstable in aqueous media. Each biopolymer forms a variety of elaborate assemblies with diverse functions, a phenomenon we call polyfunction. Each backbone changes structure and function upon subtle chemical changes such as the reduction of ribose or a change in the linkage site or stereochemistry of polymerized glucose, a phenomenon we call function-switching. Biopolymers display homo- and heterocomplementarity, enabling atomic-level control of structure and function. Biopolymer backbones access recalcitrant states, where assembly modulates kinetics and thermodynamics of hydrolysis. Biopolymers are emergent; the properties of biological building blocks change significantly upon polymerization. In cells, biopolymers compose mutualistic networks; a cell is an Amazon Jungle of molecules. We conclude that biopolymer backbones exhibit hallmarks of evolution. Neither chemical, physical, nor geological processes can produce molecules consistent with observations. We are faced with the paradox that Darwinian evolution relies on evolved backbones but cannot alter biopolymer backbones. This Darwinian constraint is underlined by the observation that across the tree of life, ribosomes are everywhere and always have been composed of RNA and protein. Our data suggest that chemical species on the Hadean Earth underwent non-Darwinian coevolution driven in part by hydrolytic stress, ultimately leading to biopolymer backbones. We argue that highly evolved biopolymer backbones facilitated a seamless transition from chemical to Darwinian evolution. This model challenges convention, where backbones are products of direct prebiotic synthesis. In conventional models, biopolymer backbones retain vestiges of prebiotic chemistry. Our findings, however, align with models where chemical species underwent iterative and recursive sculpting, selection, and exaptation. This model supports Orgel's "gloomy" prediction that modern biochemistry has discarded vestiges of prebiotic chemistry. But there is hope. We believe an understanding of biopolymer origins will progress during the challenging and exciting integration of chemical sciences and evolutionary theory. These efforts can provide new perspectives on pre-Darwinian mechanisms and can deepen our understanding of evolution and of chemical sciences. Our working definition of chemical evolution is continuous chemical change with exploration of new chemical spaces and avoidance of equilibrium. In alignment with our model, we observe chemical evolution in complex mixtures undergoing wet-dry cycling, which does appear to undergo continuous chemical change and exploration of new chemical spaces while avoiding equilibrium.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,002
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Sans objet · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Synthèse · Signal consensuel: Synthèse
Score de désaccord entre enseignants0,004
Score d'incertitude au seuil0,010

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,000
Bibliométrie0,0010,002
Études des sciences et des technologies0,0010,004
Communication savante0,0040,004
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0020,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,001

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,035
Tête enseignante GPT0,350
Écart entre enseignants0,315 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSans objet
Domainenon disponible
GenreSynthèse

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations13
Publié2025
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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