9
การรวมตัวแบบไฮเปอร์ไซเคิล: ข้อดีและข้อจำกัด
HYC-1979Lesson 4: Advantage, Word, Words
00:00

การรวมตัวแบบไฮเปอร์ไซเคิลคือความร่วมมือเชิงหน้าที่ที่เกิดจากพันธะที่ไม่ใช่โคเวเลนต์ระหว่างโมเลกุลที่จำลองตัวเองได้อย่างอิสระ โดยเชื่อมหน่วยที่แข่งขันกันเข้าเป็นระบบการจำลองตัวเองระดับสูงขึ้นโดยไม่ต้องเชื่อมต่อกันเป็นจีนมขนาดใหญ่เพียงหนึ่งเดียว ความแตกต่างนี้สำคัญเพราะจีนมยาวเพียงหนึ่งเดียวต้องเผชิญกับขีดจำกัดความผิดพลาด (error threshold) เมื่อความแม่นยำในการจำลองตัวเองต่ำ ภาระการกลายพันธุ์จะเพิ่มขึ้นแบบเชิงผลรวม สำหรับลำดับเบส 100 ตำแหน่ง มี mutant ที่ผิดพลาด 1 ตำแหน่งจำนวน 100 ชนิด ผิดพลาด 2 ตำแหน่งจำนวน 4,950 ชนิด และผิดพลาด 3 ตำแหน่งจำนวน 161,700 ชนิด ตัวเลขเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าทำไมจีนมเดียวที่เติบโตอย่างต่อเนื่องจึงมีต้นทุนสูง และทำไมหน่วยเล็ก ๆ ที่เชื่อมโยงกันจึงอาจได้รับการสนับสนุนตั้งแต่ช่วงแรก

ในไฮเปอร์ไซเคิล แต่ละหน่วยช่วยเหลือหน่วยถัดไปในเชิงตัวเร่งปฏิกิริยา ก่อตัวเป็นวงปิด เนื่องจากแต่ละหน่วยยังคงสั้น จึงสามารถอยู่ต่ำกว่าขีดจำกัดความผิดพลาดและยังคงวิวัฒนาการต่อไปได้เมื่อเทียบกับ mutant ของตัวเอง การกลายพันธุ์ยังคงกระจายอยู่ตามหน่วยต่าง ๆ ขณะที่การพึ่งพาซึ่งกันและกันเชิงตัวเร่งปฏิกิริยาทำหน้าที่เป็นกลไกส่วนรวม หน่วยเหล่านี้จึงยังคงสามารถแข่งขันได้เมื่อเทียบกับกลุ่ม mutant ของตัวเอง โดยรักษาข้อมูลจำเพาะไว้แทนที่จะจมอยู่ในจีนมยาวเพียงหนึ่งเดียว

อย่างไรก็ตาม การจัดองค์กรแบบไฮเปอร์ไซเคิลก็มีข้อจำกัด ประการแรก มันเปราะบางต่อปรสิต นั่นคือตัวจำลองตัวเองที่เห็นแก่ตัวซึ่งรับการสนับสนุนเชิงตัวเร่งปฏิกิริยาแต่ไม่ตอบแทน การรวมตัวแบบร่วมมือไม่ได้เสถียรโดยอัตโนมัติ ประการที่สอง การเชื่อมโยงเชิงหน้าที่ไม่ใช่การรวมตัวเชิงโครงสร้างที่สมบูรณ์ หน่วยต่าง ๆ ต้องถูกจำลองตัวเองและถ่ายทอดร่วมกันอย่างประสานกัน ซึ่งก่อให้เกิดปัญหาด้านสัดส่วนสาร การแยกส่วน และการทำงานร่วมกัน ข้อจำกัดเหล่านี้เป็นแรงจูงใจให้เกิดการเปลี่ยนผ่านไปสู่จีนมที่รวมตัวกันและорганизацияระดับเซลล์ในภายหลัง

การรวมตัวแบบไฮเปอร์ไซเคิล: ข้อดีและข้อจำกัดการเชื่อมโยงเชิงหน้าที่แบบไฮเปอร์ไซเคิลกลุ่มเมฆ mutantR1R2R3R4แต่ละหน่วยเร่งปฏิกิริยาหน่วยถัดไปPปรสิตการเชื่อมโยงแบบไม่ใช้พันธะโคเวเลนต์; ไม่มีการเชื่อมต่อหน่วยยังคงสั้น อยู่ต่ำกว่าขีดจำกัดความผิดพลาดเปราะบางต่อปรสิตที่ไม่ตอบแทนการรวมตัวเชิงโครงสร้างของจีนมจีนมที่เชื่อมโยงด้วยพันธะโคเวเลนต์g1g2g3g4ประเภทของ mutant สำหรับลำดับ 100 ตำแหน่งผิดพลาด 1 ตำแหน่ง100ผิดพลาด 2 ตำแหน่ง4,950ผิดพลาด 3 ตำแหน่ง161,700mutant ที่ผิดพลาด 1, 2 และ 3 ตำแหน่งหน่วยถ่ายทอดพันธุกรรมเดียวภาระการกลายพันธุ์เพิ่มขึ้นตามความยาวจีนมต้องใช้ความแม่นยำในการจำลองตัวเองสูงการรวมตัวเชิงโครงสร้างการเชื่อมโยงเชิงหน้าที่เป็นขั้นกลางของวิวัฒนาการ: ข้อดีและข้อจำกัดของมันเป็นแรงจูงใจสู่การรวมตัวเชิงโครงสร้าง

ข้อดีและข้อจำกัด

  • การรวมตัวแบบไม่ใช้พันธะโคเวเลนต์: เชื่อมโมเลกุลที่แข่งขันกันโดยไม่ต้องเชื่อมต่อ; หลีกเลี่ยงหรือเลื่อนความสัมพันธ์ของขีดจำกัดสำหรับ ซึ่งทำให้จีนมเดียวที่เติบโตอย่างต่อเนื่องมีต้นทุนสูงเกินไปเมื่อความแม่นยำต่ำ
  • การรักษาความสามารถในการวิวัฒนาการ: แต่ละหน่วยยังคงสามารถแข่งขันได้เมื่อเทียบกับ mutant ของตัวเองและวิวัฒนาการต่อไปได้; การกลายพันธุ์ยังคงกระจายอยู่ตามหน่วยต่าง ๆ
  • หน้าที่ส่วนรวม: การพึ่งพาซึ่งกันและกันเชิงตัวเร่งปฏิกิริยาประสานกลุ่ม quasi-species/กลุ่มเมฆ mutant ขนาดเล็กจำนวนมาก
  • ความเปราะบางต่อปรสิต: ตัวจำลองตัวเองที่เห็นแก่ตัวสามารถรับการสนับสนุนโดยไม่ตอบแทน ความร่วมมือจึงไม่ได้เสถียรโดยอัตโนมัติ
  • ความเป็นเอกภาพเชิงโครงสร้างที่ไม่สมบูรณ์: หน่วยแยกกันต้องอาศัยการจำลองตัวเองและการถ่ายทอดร่วมกันอย่างประสานกัน ก่อให้เกิดปัญหาด้านสัดส่วนสาร การแยกส่วน และการทำงานร่วมกัน

ดังนั้นการรวมตัวแบบไฮเปอร์ไซเคิลจึงมีข้อได้เปรียบในฐานะขั้นกลางของวิวัฒนาการ แต่มีข้อจำกัดในฐานะทางออกระยะยาว การรวมตัวในภายหลังต้องรักษาความสามารถในการแข่งขันไว้พร้อมกับเอาชนะข้อจำกัดด้านความแม่นยำและ ข้อจำกัดต่าง ๆ คำถามไม่ใช่ว่าการเชื่อมโยงเชิงหน้าที่มีประโยชน์หรือไม่ ซึ่งดูเหมือนจะเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเริ่มต้นของการแปลรหัสพันธุกรรม แต่เป็นเพราะเหตุใดมันจึงถูกแทนที่ในที่สุดด้วยการรวมตัวเชิงโครงสร้างที่สมบูรณ์ของยีนทั้งหมด ดังที่เห็นได้แม้ในเซลล์ดั้งเดิมที่สุดเท่าที่รู้จัก ซึ่งจีนมของเซลล์เหล่านั้นเป็นหน่วยเชิงโครงสร้าง