10
Siklus Hiper Katalitik dalam Kerangka Darwinian
HYC-1979 Lesson 2: Catalytic, Which, System
00:00

Siklus hiper katalitik adalah perwujudan molekuler dari sebuah sistem Darwinian: siklus tertutup unit-unit yang mereplikasi diri di mana setiap anggota secara katalitik mempercepat reproduksi anggota berikutnya. Karena setiap unit bergantung pada pasangannya di hilir, entitas yang bereproduksi bukanlah molekul tunggal mana pun melainkan siklus itu sendiri, yang bereproduksi secara kolektif dan karenanya dapat diperlakukan sebagai replikator tingkat tinggi.

Prasyarat Darwinian 1 Metabolisme perputaran energi dan materi 2 Reproduksi diri penyalinan templat 3 Kemampuan bermutasi variasi sekuens Siklus Hiper Katalitik keterkaitan tertutup dari unit-unit yang mereplikasi diri dijelaskan oleh Seleksi dalam organisasi konstan Wα΅’α΅’ : keunggulan replikasi bersih E(t) : rata-rata produktivitas berlebih dxα΅’/dt = Wα΅’α΅’ βˆ’ E(t) dibatasi oleh Kendala Kuasi-spesies keseimbangan mutasi–seleksi menghasilkan awan di sekitar tipe dominan Ambang kesalahan fidelitas harus tetap tinggi relatif terhadap informasi yang tersimpan keterkaitan kolektif tidak menghilangkannya Reproduksi diri kolektif tidak ada satu anggota pun yang mandiri setiap unit mengkatalisis unit berikutnya R1 R2 R3

Mengapa siklus replikator dihitung sebagai sistem Darwinian

Evolusi molekuler tidak terjadi secara otomatis. Evolusi ini memerlukan tiga kondisi yang harus terpenuhi secara bersamaan, dan siklus hiper menarik justru karena ia menyediakan ketiganya melalui satu perangkat struktural, yaitu lingkar katalitik tertutup.

  • Metabolisme: sistem harus memanen energi bebas dan material untuk mendorong sintesis komponennya sendiri. Dalam siklus hiper, produk katalitik setiap anggota memberi masukan bagi kerja sintetik anggota lain, sehingga lingkar tersebut mempertahankan perputaran internal materi dan energi.
  • Reproduksi diri: sistem harus menghasilkan salinan dirinya sendiri. Di sini unit reproduksinya adalah siklus, bukan molekul yang terisolasi: setiap anggota meningkatkan replikasi anggota berikutnya, sehingga lingkar secara keseluruhan bereproduksi diri secara kolektif sementara anggota-anggota individualnya tidak mandiri.
  • Kemampuan bermutasi: templat harus disalin dengan kesalahan sesekali, sehingga menghasilkan variasi yang dapat diwariskan. Tanpa variasi sekuens, tidak ada apa pun yang dapat menjadi sasaran seleksi, dan siklus tersebut hanya akan menjadi keadaan tunak kimiawi alih-alih sistem yang berevolusi.

Dengan demikian, siklus hiper memenuhi prasyarat metabolisme, reproduksi diri, dan kemampuan bermutasi secara bersamaan dan, dalam pengertian yang tepat itu, merupakan sistem Darwinian pada tingkat molekuler.

Seleksi dalam organisasi keseluruhan yang konstan

Untuk menjelaskan bagaimana sistem semacam itu diseleksi, siklus ditempatkan dalam rezim organisasi keseluruhan yang konstan: konsentrasi total replikator dijaga tetap, sehingga kompetisi dinyatakan sebagai redistribusi porsi alih-alih pertumbuhan tak terbatas. Setiap varian i kemudian diberi nilai selektif Wii, yaitu keunggulan replikasi bersihnya, dan dinamikanya mengambil bentuk yang lazim

( Wii βˆ’ E(t) ), E(t) = ( Ξ£k Wkk ) /

Dua ciri dari pasangan persamaan ini penting bagi siklus hiper. Pertama, Wii adalah keunggulan bersih dari varian i, sehingga mutan dengan dukungan katalitik yang lebih baik dari pasangan siklus hipernya memperoleh Wii yang lebih besar tanpa perubahan apa pun pada lingkungannya. Kedua, E(t) adalah rata-rata produktivitas berlebih, yaitu rata-rata populasi dari nilai-nilai selektif; nilai ini dikurangkan dari setiap varian secara sama dan justru inilah yang menjaga konsentrasi total tetap konstan. Karena E(t) adalah rata-rata populasi, nilainya meningkat seiring menyebarnya varian-varian yang mula-mula paling fit, dan keunggulan pertumbuhan varian-varian tersebut terkikis secara progresif hingga distribusinya menjadi stasioner.

Sasaran seleksi yang sebenarnya adalah kuasi-spesies

Seleksi tidak bekerja pada satu sekuens terbaik tunggal. Mutasi terus-menerus mengubah varian yang satu menjadi varian yang lain, dan keseimbangan mutasi-seleksi menghasilkan distribusi sekuens terorganisasi yang stabil dan berpusat pada tipe dominan: kuasi-spesies. Organisasi siklus hiper menambahkan lapisan keterkaitan kolektif lebih lanjut, karena unit yang dikaitkan bukanlah sekuens individual melainkan kuasi-spesies secara keseluruhan, yang masing-masing memasok dukungan katalitik bagi yang berikutnya. Uraian ini karena itu berkembang dari kuasi-spesies sebagai unit seleksi molekuler menuju siklus hiper sebagai unit seleksi tingkat kedua atau lebih tinggi.

Ambang kesalahan tidak dapat dihindari

Organisasi kolektif tidak melonggarkan persyaratan fidelitas yang membatasi setiap replikator. Pemeliharaan informasi yang dapat direproduksi menuntut agar fidelitas penyalinan tinggi relatif terhadap jumlah informasi yang tersimpan: di atas laju mutasi kritis, awan mutan melebar tanpa batas dan distribusi terorganisasi pun terurai. Kondisi yang sama berlaku bagi setiap anggota siklus, dan karena para anggota saling bergantung secara katalitik, kehilangan informasi mereka bersifat kooperatif. Siklus hiper mewarisi ambang kesalahan dari komponen-komponennya; ia tidak terlepas darinya.

Kesalahan umum
Jangan menafsirkan siklus hiper sebagai cara untuk mengelabui batas fidelitas. Katalisis kolektif mengubah cara keunggulan replikasi didistribusikan di antara para anggota, dan karena itu mengubah setiap Wii, tetapi ia membiarkan keseimbangan mutasi-seleksi setiap komponen tetap utuh. Siklus yang anggotanya tidak lagi dapat disalin secara akurat bukanlah unit berevolusi yang lebih tangguh; ia justru unit yang sedang terurai.