För att göra det ikoniska, vriden dubbelhelix som står för livets mångfald, DNA-regler anger att G alltid paras med C, och A med T.

Men, när allt har lagts ihop, mängden G+C vs A+T-innehåll bland arter är inte en enkel fast procentandel eller, standard ett-till-ett-förhållande.

Till exempel, inom encelliga organismer, mängden G+C -innehåll kan variera från 72 procent i en bakterie som Streptomyces coelicolor medan den protozoiska parasiten som orsakar malaria, Plasmondium falciparum, har så lite som 20 procent.

I encelliga eukaryoter, jäst innehåller 38 procent G+C -innehåll, växter som majs har 47 procent, och människor innehåller cirka 41 procent.

Den stora frågan är, Varför?

"Detta har varit ett av de långvariga problemen inom genomutveckling, och tidigare försök att förklara det har involverat betydande armviftningar, sa Michael Lynch, som leder ett nytt Center for Mechanisms of Evolution vid Arizona State Universitys Biodesign Institute.

Finns det något inom själva DNA:s kemiska natur som gynnar en nukleotid framför den andra, eller varierar mutationstryckets förspänning, och i så fall, varför skulle detta vara annorlunda mellan arter?

"I avsaknad av viktiga observationer om mutationsprocessen, det har varit en kamp för att förstå vad mekanismen är, sa Lynch.

Michael Lynchs grupp har nu experimentellt visat att G+C -sammansättning i allmänhet är starkt gynnad, medan detta ofta motarbetas av mutationstryck av olika styrkor i motsatt riktning.

"I genomsnitt, naturligt urval eller någon annan faktor (eventuellt förknippad med rekombinationella krafter) gynnar G+C-innehåll, oavsett klassen av DNA, storleken på en art genom, eller där arten finns på livets evolutionära träd, sa Lynch.

Studien publicerades i tidskriften Naturekologi och evolution .

Att fela är universellt

Drivkraften för evolutionen är DNA-mutationer, fel i arvsmassan som introduceras och skickas vidare till nästa generation, så att med tiden, tillhandahålla bränslet för uppfinningen av nya anpassningar eller egenskaper.

För att komma till kärnan i saken, forskarna ville ha ett sätt att kvantifiera hela spektrumet av DNA-mutationer i labbet över ett brett spektrum av arter.

Detta kan nu göras delvis genom ny teknik för att göra DNA -sekvensering snabbare och billigare. Det har drivit fram en guldålder för evolutionär experimentell biologi.

"Vi började med kunskap om mutationsspektrumet som förekommer på genomnivå i cirka 40 arter som undersöktes i mitt labb, ", sa Lynch. "Du kan använda sådan information för att beräkna vad GC-sammansättningen skulle vara i avsaknad av urval. Och då kan vi jämföra denna nollförväntning med det verkliga genominnehållet, skillnaden beror på urval."

I ett tour de force -experiment som är den största undersökningen hittills, de undersökte varje enskild DNA-mutation mellan olika arter, sekvensering av miljarder DNA -kemiska baser.

"Detta representerade en mycket betydande arbetsbörda, ansträngning och kostnad som var nödvändig för att testa olika evolutionära modeller med hög statistisk kraft, sa Hongan Long, en postdoktor som ledde experimenten.

De drog också fördel av en analys av 25 aktuella datamängder av mutationer och 12 nya mutationsackumuleringsexperiment (MA) (många från deras eget labb), inklusive bakterier och ett menageri av flercelliga organismer inklusive jäst, maskar, fruktflugor, schimpanser och människor.

Under varje MA-experiment, de utförde fullständig genom -sekvensering av cirka 50 olika bakteriella linjer som hade passerat genom svåra, encellsflaskhalsar för tusentals celldelningar.

"Denna encellspassage av varje linje fungerar som ett filter, eliminerar det naturliga urvalets förmåga att modifiera ackumuleringen av alla utom de allvarligaste och skadligaste mutationerna, ger oss en effektivt objektiv syn på mutationsprocessen, "sa Long.

Med varje generation, de mätte noggrant mutationshastigheten, eller varje förekomst av när bara en enda DNA-bokstav ändras.

Detta kan ske på två sätt:ett enda G- eller C-DNA-baspar som omvandlas till A+T-riktningen; eller motsatsen kan hända, med en A- eller T-bassomkoppling i G+C-riktningen.

Efter all siffra och dataknäppning, ett slående mönster uppstod mellan G+C-innehåll och förväntningar baserade på DNA-mutationer.

"Det visar sig, de är korrelerade, "sa Lynch .." G+C -kompositionen är alltid högre än du förväntar dig, bygger på neutralitet. Det säger oss att det finns ett genomgripande urval. Så mutation driver det övergripande mönstret, men urval för G och C över A och T ökar genominnehållet över den neutrala mutationsförväntningen.

Detta verkar vara nästan allmänt sant. "

Slutet av början

Nu när de har visat G+C-sammansättningskorrelationen, det har öppnat dörren för många fler frågor, och svar som förblir svårfångade.

"En fråga är, "varför förändras mutationsspektrumet så dramatiskt mellan arter"?" frågade Lynch. "Arter har inte samma mutationsspektrum. Det finns arter vars mutationsprofiler är mer AT -rika och andra mer GC -rika. Vi känner fortfarande inte till mekanismerna bakom en sådan divergens i mutationsspektrumet."

De kan bero på enkla skillnader i kemi och biofysik.

En allmän kraft som kan vara av relevans är DNA-stabilitet, drivs av DNA-bokstävernas kemi. De krafter som håller DNA-stegen intakt kallas vätebindningar. G:C -par involverar tre vätebindningar, medan, A:T-par involverar bara två.

"Den rådande tanken är att mer G:C-innehåll bidrar till genomets stabilitet, sa Lynch.

En annan möjlighet är under reproduktion, när DNA -strängarna sammanflätas från varje förälder för att göra ett befruktat ägg, felmatchningar kan uppstå i basparningen, leder till misstag som DNA-korrekturläsande enzymer måste fixa senare. Ibland, ett G kan ändras till ett A, eller ett T blir ett C, omvandlar gener under denna reparationsprocess för missmatchning.

"Det anses generellt vara partiskt mot Gs och Cs, sa Lynch.

Nu, med deras experimentella inställningar på plats, Lynchs team är redo att ytterligare utforska evolutionens mekanismer och de grundläggande krafterna bakom detta stora mysterium.