8
ไฮเปอร์ไซเคิลแบบแบ่งส่วนและโปรโตเซลล์
HYC-1979Lesson 9: Have, Translation, Will
00:00

การแบ่งส่วน (Compartmentation) เป็นการเปลี่ยนแปลงสำคัญยิ่งในการวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตยุคแรก มันเปลี่ยนไฮเปอร์ไซเคิลที่เชื่อมโยงกันเชิงหน้าที่ ซึ่งก็คือชุดของโมเลกุลที่จำลองตัวเองได้และกระตุ้นการจำลองกันและกัน ให้กลายเป็น โปรโตเซลล์ซึ่งเป็นหน่วยที่ถูกล้อมรอบด้วยเยื่อหุ้มและสามารถถูกคัดเลือกได้ทั้งหน่วย ภายในถุงหุ้มนี้ พลวัตของไฮเปอร์ไซเคิลยังคงดำเนินต่อไป ตัวจำลองแต่ละตัวกระตุ้นการจำลองของตัวถัดไป ก่อให้เกิดวงจรปิดแห่งการพึ่งพากัน อย่างไรก็ดี เยื่อหุ้มได้นำมาซึ่งระดับการจัดระเบียบใหม่ มันกักเก็บตัวเร่งปฏิกิริยาและผลผลิตของมันไว้ในระยะใกล้ชิด ทำให้ประโยชน์เชิงตัวเร่งปฏิกิริยายังคงเชื่อมโยงกับตัวจำลองที่สร้างพวกมันขึ้นมา การกักขังเชิงพื้นที่นี้ช่วยป้องกันการแพร่กระจายของโมเลกุลที่เป็นประโยชน์ออกห่างจากแหล่งกำเนิด และลดโอกาสที่วัฏจักรย่อยแบบปรสิตจะฉวยประโยชน์จากระบบโดยไม่สร้างประโยชน์ให้ส่วนรวม

การคัดเลือกบัดนี้เกิดขึ้นที่ ระดับถุงหุ้มถุงหุ้มที่แสดงอัตราการจำลองรวมสูงกว่า มีความเสถียรภายในมากกว่า และแบ่งตัวได้มีประสิทธิภาพกว่าจะเอาชนะพวกที่มีประสิทธิภาพน้อยกว่าหรือที่มีองค์ประกอบแบบปรสิตอยู่ ความเหมาะสม (fitness) ของโปรโตเซลล์ขึ้นอยู่กับลักษณะที่เกิดขึ้นใหม่ ได้แก่ ความแข็งแรงของการเชื่อมโยงตัวเร่งปฏิกิริยาระหว่างองค์ประกอบต่าง ๆ ความต้านทานต่อวัฏจักรย่อยแบบปรสิต ความแม่นยำในการแยกองค์ประกอบออกจากกันระหว่างการแบ่งตัว และอัตราการเติบโตและแบ่งตัว ที่สำคัญคือ การเติบโตและการแบ่งตัวของถุงหุ้มต้องเชื่อมโยงกับการจำลองภายในขององค์ประกอบโมเลกุล หากการแบ่งตัวเกิดขึ้นแบบสุ่มหรือไม่เชื่อมโยงกับการจำลอง ไฮเปอร์ไซเคิลที่เป็นประโยชน์อาจเจือจางหรือสูญหายไปได้

การแบ่งส่วนจึงแก้ข้อจำกัดพื้นฐานของการจัดระเบียบแบบไฮเปอร์ไซเคิล ด้วยการเปิดให้เครือข่ายที่ร่วมมือกันแข่งขันกันในฐานะองค์รวมที่บูรณาการ มันจึงเป็นกลไกหนึ่งสำหรับวิวัฒนาการของความซับซ้อน อย่างไรก็ดี ความสามารถในการดำรงอยู่ถูกจำกัดด้วยสภาพความเป็นจริงทางกายภาพ ทั้งการนำสารอาหารเข้าสู่เซลล์ผ่านเยื่อหุ้ม ความสามารถในการซึมผ่านของเยื่อหุ้ม อุณหภูมิ และความแม่นยำในการจำลอง ล้วนกำหนดเงื่อนไขขอบเขต ปฏิสัมพันธ์ระหว่างข้อจำกัดเหล่านี้กับพลวัตภายในเป็นตัวกำหนดว่าโปรโตเซลล์ใดจะอยู่รอดและเพิ่มจำนวน

ตัวอย่าง: การคัดเลือกระหว่างถุงหุ้ม

ลองพิจารณาถุงหุ้มสองใบ แต่ละใบมีเครือข่ายไฮเปอร์ไซเคิลที่แตกต่างกัน ถุงหุ้ม A มีการเชื่อมโยงตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพและแบ่งตัวเร็ว ขณะที่ถุงหุ้ม B มีวัฏจักรย่อยแบบปรสิตที่ดึงทรัพยากรไปหรือแยกองค์ประกอบสำคัญได้ไม่ดีนัก เมื่อผ่านการเติบโตและแบ่งตัวหลายรอบ ประชากรของถุงหุ้ม A จะเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับถุงหุ้ม B ลักษณะที่ถูกคัดเลือกคือเครือข่ายภายในโดยรวมของโปรโตเซลล์ ไม่ใช่โมเลกุลใดโมเลกุลหนึ่ง ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการคัดเลือกดำเนินการบนถุงหุ้มที่บูรณาการแล้ว

ไฮเปอร์ไซเคิลแบบแบ่งส่วนและโปรโตเซลล์การแบ่งส่วนเปลี่ยนเครือข่ายโมเลกุลที่เชื่อมโยงกันให้กลายเป็นหน่วยของการคัดเลือกโปรโตเซลล์สารอาหารตัวเร่งปฏิกิริยา Aตัวเร่งปฏิกิริยา Bตัวเร่งปฏิกิริยา Cถุงหุ้มที่ถูกล้อมรอบด้วยเยื่อการเติบโตและการแบ่งตัวการแบ่งตัวที่เชื่อมโยงกับการจำลองการคัดเลือกในระดับประชากรสูงมีประสิทธิภาพต่ำถูกปรสิตครอบงำการคัดเลือกเกิดขึ้นกับโปรโตเซลล์ทั้งหน่วย