Mọi ràng buộc trước đây về độ chính xác sao chép giờ đây trở thành ràng buộc đối với quá trình tích hợp. Vì một đơn vị tự sao chép đơn lẻ chỉ có thể duy trì ổn định một lượng thông tin hạn chế, việc ghép các phân tử cạnh tranh thành một đơn vị sao chép hợp nhất dài không phải là một con đường khả thi. Việc nối ghép làm tăng chiều dài trình tự, tải lượng đột biến tăng theo chiều dài đó, và đơn vị thu được bị đẩy vượt qua ngưỡng sai số; mối quan hệ ngưỡng đối với vₘₐₓ khiến một đơn vị dài như vậy không thể duy trì. Do đó, nếu quá trình tích hợp có thể xảy ra, nó phải được thực hiện mà không cần hợp nhất cộng hóa trị.

Tại sao nối ghép thất bại

Nối ghép nhiều thể sao chép thành một phân tử tạo ra một trình tự dài hơn, đòi hỏi phải được sao chép chính xác tại mọi vị trí. Trình tự càng dài, tải lượng đột biến mang theo mỗi lần sao chép càng lớn, và khi chiều dài vượt quá khả năng mà độ chính xác sao chép có thể chống đỡ, đơn vị sẽ nằm ngoài vùng duy trì thông tin ổn định. Đây chính là rào cản giới hạn bất kỳ đơn vị tự sao chép đơn lẻ nào, giờ đây được áp dụng cho một bộ gen hợp nhất: mối quan hệ ngưỡng đối với vₘₐₓ loại trừ đơn vị rất dài mà việc nối ghép sẽ tạo ra.

Ghép cặp chức năng: Tích hợp không cần hợp nhất

Giải pháp thay thế là để các đơn vị tách riêng và liên kết chúng về mặt chức năng thay vì bằng liên kết cộng hóa trị. Mỗi đơn vị sao chép vẫn có thể tự sao chép riêng lẻ, nhưng các sản phẩm xúc tác mà chúng tạo ra lại tác động lẫn nhau, khiến sự sao chép của mỗi đơn vị được tăng cường bởi sự hiện diện của các đơn vị khác. Do đó, quá trình tích hợp diễn ra dưới dạng một mạng lưới hay chu trình xúc tác, chứ không phải một bộ gen hợp nhất duy nhất:

• Không cần nối ghép — các trình tự vẫn ngắn, nên chúng nằm trong phạm vi duy trì thông tin ổn định.
• Các sản phẩm xúc tác chung — sản phẩm của đơn vị này đóng vai trò xúc tác cho sự sao chép của đơn vị khác, tạo ra sự phụ thuộc lẫn nhau.
• Tích hợp phi cộng hóa trị — mối liên kết mang tính xúc tác và động, không phải một liên kết hóa học mới giữa các trình tự.

Một chu trình xúc tác – ví dụ đơn giản nhất

Hãy xét hai thể sao chép A và B. Sản phẩm xúc tác của A tăng cường sự sao chép của B, và sản phẩm xúc tác của B tăng cường sự sao chép của A. A và B không bao giờ được nối ghép thành một bộ gen, nhưng các sản phẩm xúc tác chung đã ghép cặp chúng thành một đơn vị chức năng tích hợp. Vì mỗi đơn vị vẫn được sao chép riêng, chu trình này không phải gánh chịu hình phạt về chiều dài mà một bộ gen A–B hợp nhất sẽ mang theo.

Tập hợp ghép cặp là đơn vị chọn lọc

Khi các đơn vị được ghép cặp theo cách này, chọn lọc không còn kiểm tra một trình tự dài đơn lẻ nữa. Nó kiểm tra toàn bộ tập hợp ghép cặp. Điều này tạo ra một yêu cầu bổ sung: hệ thống tích hợp phải duy trì khả năng cạnh tranh đối với các thể đột biến của chính nó. Nếu xuất hiện các tiểu đơn vị đột biến từ bỏ sự hợp tác và tự sao chép nhanh hơn, chúng sẽ lan rộng và cấu trúc ghép cặp sẽ mất đi thông tin đặc trưng. Do đó, tích hợp chức năng chỉ tồn tại khi toàn bộ tập hợp cạnh tranh tốt hơn các thể đột biến của nó — và chính khả năng cạnh tranh đó cho phép hệ thống ghép cặp tiến hóa xa hơn.