4
ปัญหาการก่อตัวเริ่มต้นของไฮเปอร์ไซเคิล
HYC-1979 Lesson 8: Acid, Amino, Acids
00:00

ตัว รีพลิเคเตอร์แบบออโตแคตาไลติก สามารถเริ่มต้นได้จากต้นแบบเพียงโมเลกุลเดียว เมื่อมีโมเลกุลหนึ่งปรากฏขึ้น มันสามารถกำกับการสังเคราะห์ของตัวเองและเพิ่มจำนวนได้ ส่วน ไฮเปอร์ไซเคิล นั้นแตกต่างออกไป มันคือวัฏจักรปิดของรีพลิเคเตอร์ที่ต้องพึ่งพากันและกัน สมาชิกแต่ละตัวจะถูกเพิ่มจำนวนหรือได้รับการสนับสนุนผ่านฤทธิ์เร่งปฏิกิริยาของสมาชิกตัวอื่น และ การปิดวง เป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่ง สิ่งนี้ก่อให้เกิด ปัญหาการก่อตัวเริ่มต้น.

เนื่องจากไฮเปอร์ไซเคิลต้องอาศัยสมาชิกทุกตัวของวัฏจักรปรากฏอยู่และเชื่อมโยงกันในเชิงหน้าที่ ยีนกลายพันธุ์เพียงตัวเดียว แม้จะเป็นยีนที่มีฤทธิ์เร่งปฏิกิริยาก็ตาม ไม่สามารถสร้างไฮเปอร์ไซเคิลได้ วัฏจักรยังคงเปิดอยู่ การจำลองแบบหรือการเร่งปฏิกิริยาแบบโดดเดี่ยวไม่ได้สร้างเครือข่ายการพึ่งพากันและกันซึ่งเป็นนิยามของไฮเปอร์ไซเคิล

ปัญหาการก่อตัวเริ่มต้นของไฮเปอร์ไซเคิล ต้นแบบเพียงหนึ่งเดียวสามารถจุดเริ่มออโตแคตาไลซิสได้ แต่ไฮเปอร์ไซเคิลต้องอาศัยชุดที่ปิดและพึ่งพากันและกัน รีพลิเคเตอร์ออโตแคตาไลติกเดี่ยว ไฮเปอร์ไซเคิลแบบปิด กลุ่มเมฆของกลายพันธุ์เชิงการจัดหมู่ การเพิ่มจำนวนตัวเอง A จำนวนสำเนาเพิ่มขึ้น สำเนาเดียวจุดเริ่มการเพิ่มจำนวน ไม่ต้องมีการปิดวงหรือพันธมิตร ✓ เริ่มจากสำเนาเดียวได้ A B การเร่งปฏิกิริยาซึ่งกันและกัน วงปิด สมาชิกทุกตัวปรากฏอยู่และเชื่อมโยงกัน กลายพันธุ์เพียงตัวเดียวทำให้วงยังเปิดอยู่ การปิดวงเป็นสิ่งจำเป็น ผิดพลาด 1 ตำแหน่ง 100 ผิดพลาด 2 ตำแหน่ง 4,950 ผิดพลาด 3 ตำแหน่ง 161,700 กลายพันธุ์ผิดพลาด k ตำแหน่ง: Nₖ = C(100, k) ตัวแปรมีมากมาย แต่ไม่ใช่ชุดที่ปิด พื้นที่การค้นหาขยายอย่างมหาศาล การก่อตัวเริ่มต้นมีลักษณะคล้ายขีดขั้น ชุดตัวแปรที่ทำงานได้แบบปิดต้องเกิดขึ้นพร้อมกัน ไม่ใช่ทีละกลายพันธุ์ สมาชิกทุกตัวต้องการสำเนาเริ่มต้นที่เพียงพอ เพื่อให้วัฏจักรเติบโตได้เร็วกว่าการเจือจางและการเสื่อมสลาย

อุปสรรคเชิงสุ่มและเชิงการจัดหมู่

การก่อตัวเริ่มต้นยังต้องอาศัย ปริมาณเริ่มต้นที่เพียงพอ ของสมาชิกทุกตัวในวัฏจักร มิฉะนั้นการสูญเสียเชิงสุ่ม การเจือจาง และการสลายตัวจะกำจัดองค์ประกอบต่างๆ ออกไปก่อนที่วัฏจักรปิดจะเติบโตได้เร็วกว่าการเสื่อมสลายของชิ้นส่วน ดังนั้นการเปลี่ยนผ่านจากรีพลิเคเตอร์เดี่ยวไปสู่ไฮเปอร์ไซเคิลจึงมีลักษณะคล้ายขีดขั้นหรือต้องอาศัยความร่วมมือ วัฏจักรบางส่วนและชุดที่ไม่สมบูรณ์อาจไม่แสดงการเติบโตแบบไฮเปอร์ไซเคิล

การจัดหมู่ของกลายพันธุ์ทำให้การเริ่มต้นยากยิ่งขึ้น สำหรับลำดับที่มีความยาว จำนวนกลายพันธุ์ผิดพลาด k ตำแหน่งคือ ซึ่งให้กลายพันธุ์ผิดพลาด 1 ตำแหน่ง 100 ตัว กลายพันธุ์ผิดพลาด 2 ตำแหน่ง 4,950 ตัว กลายพันธุ์ผิดพลาด 3 ตำแหน่ง 161,700 ตัว และอื่นๆ หากไฮเปอร์ไซเคิลต้องประกอบสมาชิกที่เข้ากันได้ n ตัว จำนวนชุดที่เป็นไปได้จะประมาณ สำหรับ ดังนั้นพื้นที่การค้นหาชุดปิดที่ประสานกันจึงมหาศาล ใหญ่กว่าการค้นหากลายพันธุ์ที่เหมาะสมเพียงตัวเดียวมาก

ด้วยเหตุผลเหล่านี้ ไฮเปอร์ไซเคิลมีแนวโน้มที่จะก่อตัวเริ่มต้นขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไปจากควอซีสปีชีส์ที่อุดมด้วย GC ผ่านการกลายพันธุ์และการคัดเลือก มากกว่าที่จะประกอบขึ้นใหม่ทั้งหมดจากต้นแบบเพียงหนึ่งเดียวหรือยีนกลายพันธุ์เพียงตัวเดียว

ข้อแตกต่างสำคัญ
ออโตแคตาไลซิสเพิ่มจำนวนต้นแบบหนึ่งตัว ส่วนการจัดระบบแบบไฮเปอร์ไซเคิลต้องอาศัยเครือข่ายปิดของต้นแบบที่พึ่งพากันและกัน กลายพันธุ์ตัวเดียวอาจมีฤทธิ์เร่งปฏิกิริยาแต่ยังล้มเหลวในการก่อตัวเริ่มต้นไฮเปอร์ไซเคิล