¿Cómo evolucionó el ADN monocatenario a ADN bicatenario?

Honestamente, no sabemos cómo sucedió. Sin embargo, podemos adivinar.

La explicación más simple es esta. Asumamos el emparejamiento de nucleótidos de Watson-Crick (hay otros, pero la explicación lógica para ellos es similar). En condiciones fisiológicas, una cadena polinucleotídica monocatenaria casi seguramente formará una estructura secundaria, donde algunas bases de nucleótidos se emparejan con otras bases de nucleótidos ubicadas más a lo largo de la misma cadena. Entonces, habrá tramos de estructuras bicatenarias formadas ya en una molécula monocatenaria. Si genera muchas cadenas polinucleotídicas aleatorias (un proceso de baja fidelidad puede suceder que ocurre muy temprano en la evolución de los bloques de construcción celulares), y su concentración se vuelve lo suficientemente alta, habrá pares de nucleótidos no solo dentro de la misma cadena, pero también a través de dos cadenas diferentes. Este proceso generará estructuras de ADN multicatenario sueltas.

Cuanto mayor sea la concentración de este ADN aleatorio, más probable será que haya un emparejamiento de cadena cruzada que genere los complejos de ADN de múltiples cadenas sueltos. Si incuba toda la mezcla el tiempo suficiente, notará que cuanto más largos sean los pares de bases emparejadas que tiene un complejo de ADN dado, más se representará en la mezcla. ¿Porqué es eso? Debido a la termodinámica. El emparejamiento de bases es más favorable desde el punto de vista energético que mantener la cadena (o un estiramiento) independiente. Por lo tanto, cuanto mayor es la fracción de los nucleótidos apareados en un complejo de ADN dado, más estable es. Obviamente, la máxima estabilidad se obtiene cuando cada nucleótido de una cadena dada se combina con otro nucleótido. Eso ocurre solo en el ADN de doble cadena, que, potencialmente, puede ser de dos tipos: 1) dos cadenas de igual longitud; 2) dos grupos de cadenas (con posibles huecos llenos de nucleótidos simples) que coinciden exactamente entre sí para formar un único tramo de ADN de doble cadena. La estructura del primer tipo es, nuevamente, termodinámicamente más favorable. Entonces, inevitablemente terminamos con ADN de doble soporte.

La conclusión es: el ADN de doble cadena emerge del ADN de cadena simple como resultado de la termodinámica. Aquí debemos enfatizar que usamos dos supuestos: 1) la concentración de ADN debe ser alta; 2) un entorno que permita que el ADN sea estable durante mucho tiempo (digamos, años). Lo desconocido es: no estamos seguros de si existieron lugares, donde se cumplieron ambas condiciones, en la Tierra primordial.