Перед ранней репликативной единицей стояло жёсткое физическое ограничение. Копирование никогда не бывает идеальным, и порог ошибок связывает объём информации, который может нести репликатор, с точностью его репликации: чем длиннее последовательность, тем больше позиций подвергается ошибочному копированию в каждом раунде и тем быстрее разрушается закодированное сообщение. Поэтому ранние репликаторы должны были оставаться достаточно малыми чтобы копироваться с приемлемой точностью, но при этом достаточно структурированными чтобы нести значимую функцию. Молекулы, удовлетворяющие обоим требованиям одновременно, на удивление скромны по размеру — порядка тРНК, примерно 70–90 нуклеотидов.

Компромисс между размером и точностью

Условие сохранения значимой последовательности записывается как q̄_m · : среднее качество репликации q̄_m, селективное преимущество правильной последовательности и число потомков вместе должны перевешивать потерю информации, вызванную мутациями. Поскольку мутационная нагрузка растёт с числом позиций, которые могут быть скопированы с ошибкой, длинный геном требует высокой точности — а примитивная репликаза без корректуры не может её обеспечить. Последовательность длиной около сотни нуклеотидов уже находится близко к практическому пределу; геном в несколько тысяч нуклеотидов в таком режиме недостижим. Именно поэтому поиск первых стабильных репликативных единиц обращается к коротким молекулам РНК, а не к протогеному.

Почему тРНК-подобные молекулы попадают в это окно

тРНК-подобная РНК мала, но не бесформенна. Она воспроизводимо складывается в компактный клеверный лист, который затем конденсируется в стабильную L-образную структуру, и может быть нагружена аминокислотой на своём 3′-конце. Воспроизводимость укладки — решающее свойство: одна и та же последовательность всегда даёт одну и ту же форму, поэтому одна молекула может быть одновременно и матрицей, и функциональным объектом. Малый размер удерживает её ниже порога ошибок; стабильная укладка позволяет ей осуществлять химию — распознавание, связывание, работу с аминокислотами и каталитическую помощь.

Интеграция без лигирования

Разделение всей информации между несколькими малыми репликаторами решает проблему размера, но создаёт новую: набор независимых репликаторов — это набор конкурентов, и побеждает самый короткий или самый быстрый. Ключевой аргумент этого слайда в том, что интеграция не требует объединения молекул в один крупный геном. Интеграция может быть функциональной: продукт каждой молекулы — РНК, аминокислота, пептид, каталитическая поверхность — становится ресурсом для другой молекулы. Когда эти зависимости замыкаются в цикл, набор ведёт себя как одна кооперативная единица, и эта циклическая взаимная поддержка — простейшая реализация гиперциклической организации. Именно функциональное сопряжение, а не ковалентное слияние, сохраняет распределённую информацию intact.

тРНК-подобные молекулы как адаптеры для примитивной пептидной химии

Те же молекулы служат мостом к синтезу пептидов. тРНК-подобная РНК может выступать как адаптер или посредник: она несёт определённую аминокислоту и может передать эту аминокислоту растущей пептидной цепи без какого-либо сложного аппарата. Поскольку приходится работать лишь с ограниченным числом достаточно распространённых аминокислот, а специфичность может заключаться в самой последовательности РНК, примитивная трансляционно-подобная химия становится мыслимой с использованием репликаторов, которые уже существовали по другим причинам.

Переключение конфигурации hf → FH

Находится ли данная тРНК в hf или в FH конфигурации — зависит от того, к чему она присоединена: к аминокислоте или к пептидной цепи. Перенос аминокислоты на пептидную цепь переключает молекулу из hf в FH. Модель хорошо объясняет, как при отсутствии сложного трансляционного аппарата может быть считано сообщение — состояние самой тРНК фиксирует, произошёл ли этап переноса, придавая процессу направление, которого не обеспечило бы простое химическое равновесие.

Главный вывод: малые молекулы, стабильные укладки и циклическое функциональное сопряжение — а не крупный геном — позволяют ранней информации пережить порог ошибок.