온도는 하이퍼사이클 및 유사종 선택에 대한 현실적 경계 조건 입니다. 온도는 복제 충실도를 변화시키고, 충실도는 돌연변이에 맞서 유지될 수 있는 폴리뉴클레오티드의 최대 길이를 결정하기 때문입니다. 오류 임계값 관점에서, 개체군이 유지할 수 있는 게놈 길이 L 는 염기당 충실도 q 가 충분히 높을 때만 가능합니다. 그렇지 않으면 오류 임계값을 넘어서 정보가 소실됩니다.

충실도, 오류 임계값, 그리고 길이

q 를 염기당 정확한 복제 확률, 그리고 1 − q 를 염기당 오류율이라고 합시다. 단순화된 오류 임계값 관계식은 다음과 같습니다: , 여기서 σ는 마스터 서열 또는 하이퍼사이클의 선택적 이점입니다. 이 관계식은 다음을 보여줍니다: 는 오류율에 반비례합니다: 약간의 충실도 손실만으로도 최대 유지 가능한 폴리뉴클레오티드 길이가 급격히 짧아집니다.

온도가 어떻게 작용하는가

• 일반적으로 온도가 높아지면 충실도가 낮아집니다. 열에너지가 증가하면 가닥 분리를 촉진하고 복제 오류 가능성이 높아지므로, q 는 T 가 상승함에 따라 감소하는 경향이 있습니다.
• 충실도가 낮아지면 가 짧아집니다. 는 1/(1 − q)에 비례하므로, σ가 고정된 상태에서 오류율이 10배 증가하면 유지 가능 길이가 약 한 자릿수만큼 감소합니다.
• 충실도가 높을수록 더 긴 폴리뉴클레오티드가 가능합니다. 복제 정확성을 유지할 만큼 온도가 적당하다면, 더 긴 유전자와 더 통합된 하이퍼사이클 기능이 선택될 수 있습니다.
• 온도는 또한 반응 속도와 이중체 안정성도 변화시킵니다. 매우 낮은 온도는 복제를 느리게 하고 이중체를 과도하게 안정화시켜 회전율을 제한할 수 있으며, 매우 높은 온도는 이중체를 녹이고 충실도를 붕괴시킬 수 있습니다.

하이퍼사이클 정보 용량에 대한 결합 제약

따라서 온도는 단일 경로를 통해 작용하지 않습니다. 생존 가능한 하이퍼사이클은 세 가지 제약을 동시에 충족해야 합니다: 복제가 경쟁할 수 있을 만큼 충분히 빨라야 하고, 이중체가 정보를 보존할 만큼 충분히 안정적이어야 하며, 염기당 충실도가 다음을 유지할 만큼 충분히 높아야 합니다: 가 필요한 게놈 길이 이상이어야 합니다. 그 결과가 중간 온도 창입니다. 그 범위를 벗어나면 반응 속도나 충실도 중 하나가 실패하게 되어, 하이퍼사이클은 구조적으로 통합된 기능에 필요한 더 긴 폴리뉴클레오티드를 유지할 수 없습니다.