오류 임계값 은 지속적으로 성장하는 단일 게놈이 유지할 수 있는 정보의 양을 제한합니다. 복제는 결코 정확하지 않기 때문에, 매 복제 회차마다 마스터 서열 주위에는 돌연변이 스펙트럼 이 형성됩니다. 이는 1개, 2개, 3개 및 그 이상의 오류를 가진 변이체들로 구성됩니다. 돌연변이-선택 평형 하에서 이 스펙트럼은 부수적인 문제가 아닙니다. 선택은 하나의 특권적인 분자가 아니라, 조직화된 전체 분포인 준종 에 작용하기 때문입니다.
단일 게놈을 무력화하는 것은 바로 이 스펙트럼의 산술입니다. 이는 게놈 길이에 따라 조합적으로 증가합니다. 100개 뉴클레오티드로 이루어진 게놈의 경우:
일반형:
여기서 세 가지 결과가 도출됩니다. 첫째, 돌연변이 구름은 마스터 서열 자체에 비해 방대합니다. 게놈 길이나 돌연변이율이 높아지면 구름이 마스터 복사본을 압도하고, 오류 임계값을 넘어서며, 암호화된 정보는 손상됩니다. 둘째, 지속적으로 성장하는 단일 게놈은 이러한 다양성을 통합할 수 없습니다. 복제자들은 서로 경쟁하고, 더 빠르거나 더 짧은 변이체가 마스터를 앞지르며, 개별 분자에 작용하는 선택에는 전체 돌연변이 집합을 하나의 안정적인 단위로 묶어둘 메커니즘이 없습니다.
초순환적 조직화가 추가하는 것
초순환적 조직화는 촉매적 상호 의존을 통해 서로 다른 유전자를 연결함으로써 이 문제에 답합니다. 각 유전자의 산물이 다음 구성원의 복제를 촉매하여 순환 I1 → I2 → … →
- 순환적 결합: 촉매적 의존은 독립적인 경쟁자들을 하나의 협력 네트워크로 전환하므로, 어떤 단일한 빠른 변이체도 집단을 단순히 장악할 수 없습니다.
- 분산된 기능: 정보가 여러 구성원에 걸쳐 분산되어 있으므로, 통합된 정보의 즉각적인 붕괴 없이도 어느 정도의 돌연변이 변이를 흡수할 수 있습니다.
- 상위 수준의 선택 단위: 개별 복제자가 아니라 순환 자체가 성장과 번식을 통해 생존을 결정하는 대상이 됩니다.
해결책의 한계
통합은 무한하지 않습니다. 초순환 자체도 오류 임계값을 가지며, 촉매에 기여하지 않고 순환을 이용하는 기생 구성원에게 취약합니다. 따라서 초순환적 조직화는 정보 문제를 제거하는 것이 아니라 재배치하고 분할하는 것입니다.
돌연변이 유전자의 초순환적 조직화가 필요한 이유왼쪽에서는 100개 뉴클레오티드의 마스터 서열이 돌연변이 스펙트럼으로 둘러싸여 있으며, 그 크기는 조합적으로 증가합니다. 100개의 1개 오류 돌연변이체, 4,950개의 2개 오류 돌연변이체, 161,700개의 3개 오류 돌연변이체입니다. 오른쪽에서는 동일한 다양성이 닫힌 촉매 순환 I 1 → I 2 → … → I n → I 1로 결합된 유전자들로 분할되어, 네트워크가 집단적으로 성장하고 상위 단위로 선택됩니다. 핵심은 초순환적 결합이 지속적으로 성장하는 하나의 게놈에 의존하는 대신 분산된 정보를 통합한다는 것입니다.
