초순환 조직 초순환 조직은 촉매적 폐쇄를 통해 경쟁 관계에 있는 복제자들을 통합하지만, 기생적 착취와 오류 임계값 및 정보 한계에 취약한 상태로 남습니다. 고차 촉매적 결합, 즉 초순환이 다른 초순환을 촉매하는 것은 이 조직을 위계적으로 확장하지만, 동시에 새로운 통합과 기생 문제를 만들어냅니다.

기생적 결합

A 기생자 는 초순환 구성원 하나 이상으로부터 촉매적 지원을 받으면서도 초순환의 촉매 루프에 기여하지 않습니다. 이는 촉매적 도움을 반환하지 않고 순환을 착취합니다. 일정한 총 농도에서 초순환 구성원 x와 경쟁하는 자기 복제 기생자 A의 경우 ₐ + x일 때, 동역학은 다음과 같습니다:

ċₐ = kₐ cₐ² − (cₐ/c₀)(kₐ cₐ² + k cₐ x)

ₐ x − (x/c₀)(kₐ cₐ² + k cₐ x)

이 시스템은 농도 심플렉스 S의 모서리에 두 개의 고정점을 가집니다₂: 기생자 우세 (cₐ = c₀, ) 또는 초순환 구성원 우세 (, cₐ = 0). 기생자는 c₀ 가 임계값 k/kₐ를 초과할 때 침입할 수 있습니다. 이것은 침입 임계값입니다: 이 임계값을 넘으면 기생자가 협력적 순환을 능가하여 밀어냅니다.

통합 문제

하나의 거대한 복제 단위로의 직접 결합은 vₘₐₓ에 대한 임계값 관계 때문에 불가능합니다. 통합된 단위는 더 진화하고 특정 정보를 잃지 않기 위해 자신의 돌연변이체에 대해 경쟁력을 유지해야 합니다. 배정된 통합 질문은 다음과 같습니다: “vₘₐₓ에 대한 임계값 관계 때문에 불가능한 하나의 거대한 복제 단위로의 결합 외에, 경쟁하는 분자들의 통합을 어떻게 상상할 수 있는가? (통합될 단위들은 더 진화하고 특정 정보를 잃지 않기 위해 자신의 돌연변이체에 대해 경쟁력을 유지해야 한다는 점에 유의하라.)”

가능한 경로는 다음과 같습니다:

• 기능적 결합: 분자들이 공유 결합 없이 촉매적으로 협력합니다.
• 구획화: 구성 요소들이 경계가 있는 부피 안에 함께 있습니다.
• 초순환 조직: 경쟁자들이 촉매 순환을 통해 통합됩니다.

어떤 경로든 통합된 단위가 자신의 돌연변이체에 대해 경쟁력을 유지할 수 있어야 합니다.

왜 분리된 유전자의 초순환 조직인가?

하나의 거대한 게놈은 길이가 증가함에 따라 돌연변이 서열의 조합적 폭발을 축적합니다. 100개 부위에 대해 100개의 1-오류 돌연변이체, 4,950개의 2-오류 돌연변이체, 161,700개의 3-오류 돌연변이체 등이 있습니다. 오류 임계값을 넘으면 오류 없는 복제는 불가능해집니다. 초순환 조직은 정보를 분산시키고 돌연변이 모듈 간의 선택을 가능하게 하여 하나의 긴 게놈 유지 부담을 줄입니다.

한계와 개선

초순환 조직의 한계에는 기생자에 대한 취약성, 총 정보량에 대한 오류 임계값 제약, 그리고 분리된 유전자 간의 느리거나 비효율적인 조정이 포함됩니다. 제안된 개선 또는 전환에는 더 긴밀한 구조적 통합, 구획화, 그리고 협력하는 유전자의 공동 분리를 보장하는 단일 게놈의 진화가 포함됩니다.

고차 촉매적 결합

고차 촉매적 결합은 초순환이 다른 초순환을 촉매할 때 발생합니다. 이것은 통합을 단일 순환 이상으로 확장하지만 새로운 기생, 조정, 안정성 문제를 도입합니다. 번역 결합 초순환에서 복제를 폴리펩타이드 합성에 결합하는 것은 복합체 형성과 결합 상수를 추가합니다; 저농도 및 고농도 한계와 포화 동역학은 동일한 통합 및 기생 제약을 수정합니다.