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Prerequisiti Necessari dei Sistemi Darwiniani
HYC-1979Lesson 2: Catalytic, Which, System
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La selezione darwiniana è un attributo globale della materia? No. La selezione e l'evoluzione emergono solo in sistemi che possiedono un insieme specifico di proprietà molecolari, e questa diapositiva specifica le tre che sono necessarie: metabolismo, autoriproduzione, e mutabilità. La domanda di fondo dell'unità è rigorosa: «Qual è la base molecolare della selezione e dell'evoluzione? Ovviamente, un tale comportamento non è un attributo globale di una qualsiasi forma arbitraria di materia, ma è piuttosto la conseguenza di proprietà peculiari che devono essere specificate.»

Tre Prerequisiti dei Sistemi Darwiniani MolecolariQual è la base molecolare della selezione e dell'evoluzione?Selezione / Evoluzione DarwinianaMetabolismoFornisce energia eflusso di materia che alimentanola replicazione e tengono ilsistema lontano dall'equilibrioFonte di energia e materiaAutoriproduzionePropaga l'informazionemolecolare, così una lineadi discendenza sopravvive allasingola molecola che la portaPortatore di informazioneMutabilitàGenera variazioneereditabile — le differenzegrezze tra cui laselezione opera la sceltaFonte di variazioneNecessari — ma non sufficientiPermettono il comportamento darwiniano; integrazione e stabilità richiedono un'organizzazione di ordine superiore.

Concetti Fondamentali

  • Metabolismo: fornisce l'energia e il flusso di materia richiesti per la replicazione e mantiene il sistema lontano dall'equilibrio termodinamico. Un replicatore che dissipa energia solo verso l'equilibrio non può sostenere una linea di discendenza.
  • Autoriproduzione: consente la propagazione dell'informazione molecolare e assicura la continuità della linea di discendenza, così che un'organizzazione molecolare possa sopravvivere alla singola molecola che la incarna.
  • Mutabilità: genera variazione ereditabile. Senza varianti che differiscono per velocità o fedeltà di replicazione, la selezione non ha alcun substrato su cui agire.

Perché Proprio Queste Proprietà, e Non Altre

I tre prerequisiti non sono una comoda lista di controllo; ciascuno copre un requisito logicamente distinto. Il metabolismo risponde alla domanda su da dove provengano l'energia libera e i mattoni costitutivi. L'autoriproduzione risponde alla domanda su come l'informazione persista attraverso le generazioni. La mutabilità risponde alla domanda su da dove provengano le differenze tra cui la selezione opera la scelta. Una popolazione che manchi di uno qualsiasi di questi non può esibire riproduzione differenziale: nessuna spinta, nessuna memoria o nessuna varietà.

Necessari, Non Sufficienti

È importante leggere l'affermazione con precisione. I prerequisiti sono necessarie: rimuovine uno e il comportamento darwiniano scompare. Essi sono non sufficienti: un sistema che soddisfa tutti e tre può comunque non riuscire a produrre un'entità evolutiva stabile e integrata. È l'organizzazione di ordine superiore — per esempio gli accoppiamenti catalitici ciclici studiati più avanti in questa lezione — a occuparsi dell'integrazione, della coesistenza e della stabilità a lungo termine. Ecco perché i tre prerequisiti sono una condizione di partenza, non una teoria completa dell'evoluzione.

Esempio Svolto: Un Sistema Primordiale Simile all'RNA
Immagina un sistema primordiale simile all'RNA in cui una replicasi utilizza energia ambientale e precursori nucleotidici (metabolismo) per copiare filamenti stampo (autoriproduzione). Poiché la copiatura è imperfetta, gli errori di replicazione creano sequenze mutanti (mutabilità). Alcuni mutanti si replicano più rapidamente o con maggiore fedeltà di altri, e quelle varianti si accumulano — questa è la selezione molecolare. Nota che tutti e tre i prerequisiti sono attivi simultaneamente, e che la selezione diventa osservabile solo quando i mutanti differiscono nel loro comportamento di replicazione.