Nguyên tắc liên tục và sự tiến hóa của độ trung thực trong quá trình tự sao chép

Acta Biotheoretica - Tập 69 - Trang 303-318 - 2020
Seymour Garte1
1Department of Pharmacology and Toxicology, Ernest Mario School of Pharmacy, Rutgers University, Piscataway, USA

Tóm tắt

Sự tiến hóa trong cuộc sống hiện đại đòi hỏi độ trung thực trong việc tự sao chép cao để cho phép chọn lọc tự nhiên. Một mô hình mô phỏng sử dụng dữ liệu hiện tượng mô phỏng về xác suất sống sót của tế bào đã được phát triển để xác định cách thức độ trung thực trong tự sao chép có thể tiến hóa trong đời sống sớm. Kết quả chỉ ra rằng khả năng sống sót ban đầu và độ trung thực trong tự sao chép đều góp phần vào sức khỏe tổng thể được đo bằng tỷ lệ tăng trưởng của quần thể tế bào. Xác suất sống sót là yếu tố chiếm ưu thế hơn, và tiến hóa có thể diễn ra ngay cả khi độ trung thực trong tự sao chép bằng không. Một công thức được suy diễn cho mối quan hệ giữa xác suất sống sót và độ trung thực trong tự sao chép với tỷ lệ tăng trưởng đã nhất quán với dữ liệu thực nghiệm được mô phỏng. Đánh giá định lượng về tính liên tục và các bằng chứng khác đã được thu thập cho một quy trình tiến hóa saltation (không liên tục) bắt đầu từ mức xác suất sống sót và độ trung thực trong tự sao chép thấp đến vừa phải để đạt đến những mức cao thấy trong các hình thái sống hiện đại.

Từ khóa

#tiến hóa #độ trung thực #tự sao chép #chọn lọc tự nhiên #xác suất sống sót

Tài liệu tham khảo

Carter CW Jr (2016) An Alternative to the RNA World. Natural history 125(1):28–33 Cech TR (2012) The RNA worlds in context. Cold Spring Harb Perspect Biol 4(7):a006742. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a006742 Coate JE, Doyle JJ (2011) Divergent evolutionary fates of major photosynthetic gene networks following gene and whole genome duplications. Plant Signal Behav 6:594–597 Crick FHC (1968) The origin of the genetic code. J Mol Biol 38:367–379 Dehal P, Boore JL (2005) Two rounds of whole genome duplication in the ancestral vertebrate. PLoS Biol 3:E314 Edelmann P, Gallant J (1977) On the translational error theory of aging. Proc Natl Acad Sci 74(8):3396–3398. https://doi.org/10.1073/pnas.74.8.3396 Eigen M (2002) Error catastrophe and antiviral strategy. Proc Natl Acad Sci 99(21):13374–13376. https://doi.org/10.1073/pnas.212514799 Eldredge N, Gould SJ (1972) Punctuated equilibria: an alternative to phyletic gradualism. In: Schopf TJM (ed) Models in paleobiology. Freeman Cooper and Co., San Francisco, pp 82–115 Fontana W, Schuster P (1998) Continuity in evolution: on the nature of transitions. Science 280:1451–1455. https://doi.org/10.1126/science.280.5368.1451 Gabora L (2006) Self-other organization: why early life did not evolve through natural selection. J Theor Biol 241:443–450. https://doi.org/10.1016/j.jtbi.2005.12.007 Goel NS, Yčas M (1975) The error catastrophe hypothesis with reference to aging and the evolution of the protein synthesizing machinery. J Theor Biol 55:245–282. https://doi.org/10.1016/S0022-5193(75)80118-4 Hordijk W (2016) Evolution of autocatalytic sets in computational models of chemical reaction networks. Origins Life Evol Biospheres 46(2):233–245 Keightley PD, Lynch M (2003) Toward a realistic model of mutations affecting fitness. Evolution 57(3):683–685 Koonin EV (2007) The Biological Big Bang model for the major transitions in evolution. Biol Direct 2:21. https://doi.org/10.1186/1745-6150-2-21 Laland KN, Uller T, Feldman MW, Sterelny K, Müller GB, Moczek A, Jablonka E, Odling-Smee J (2015) The extended evolutionary synthesis: its structure, assumptions and predictions. Proc R Soc B 282:20151019. https://doi.org/10.1098/rspb.2015.1019 Lee MSY, Soubrier J, Edgecombe GD (2013) Rates of phenotypic and genomic evolution during the cambrian explosion. Curr Biol 23:1889–1895 Levin SR, West SA (2017) The evolution of cooperation in simple molecular replicators. Proc R Soc B 284:20171967. https://doi.org/10.1098/rspb.2017.196710 Margulis L (1996) Archaeal-eubacterial mergers in the origin of Eukarya: phylogenetic classification of life. Proc Natl Acad Sci USA 93(3):1071–1076. https://doi.org/10.1073/pnas.93.3.1071 Martin WF, Garg S, Zimorski V (2015) Endosymbiotic theories for eukaryote origin. Philos Trans R Soc Lond B  370(1678):330. https://doi.org/10.1098/rstb.2014.0330 Mathworks (2015) MATLAB version 8.6.0.267246 (R2015b). Natick, MA Minelli A, Chagas A, Edgecomb GD (2009) Saltational evolution of trunk segment number in centipedes. Evol Dev 11:3:318–322. https://doi.org/10.1111/j.1525-142X.2009.00334.x Morris SC (1989) Burgess Shale Faunas and the Cambrian explosion. Science 246:339–346 Muchowska KB, Varma SJ, Moran J (2019) Synthesis and breakdown of universal metabolic precursors promoted by iron. Nature 569:104–107 Peretó J (2012) Out of fuzzy chemistry: from prebiotic chemistry to metabolic networks. Chem Soc Rev 41:5394–5403 Preiner M, Asche S, Becker S, Betts HC, Boniface A, Camprubi E, Chandru K, Erastova V, Garg SG, Khawaja N, Kostyrka G, Machné R, Moggioli G, Muchowska KB, Neukirchen S, Peter B, Pichlhöfer E, Radványi Á, Rossetto D, Salditt A, Schmelling NM, Sousa FL, Tria FDK, Vörös D, Xavier JC (2020) The future of origin of life research: bridging decades-old divisions. Life 10:20 Raggi L, Bada JL, Lazcano A (2016) On the lack of evolutionary continuity between prebiotic peptides and extant enzymes. Phys Chem Chem Phys 18:20028–20032 Robertson MP, Joyce GF (2012) The origins of the RNA world. Cold Spring Harb Perspect Biol 4(5):a003608. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a003608 Simons AM (2002) The continuity of microevolution and macroevolution. J Evol Biol 15:688–701. https://doi.org/10.1046/j.1420-9101.2002.00437.x Summers J, Litwin S (2005) Examining the theory of error catastrophe. J Virol 80:20–26. https://doi.org/10.1128/JVI.80.1.20-26.2006 Szathmáry E (2006) The origin of replicators and reproducers. Philos Trans R Soc B Biol Sci 361(1474):1761–1776 Szathmáry E, Smith JM (1997) From replicators to reproducers: the first major transitions leading to life. J Theor Biol 187:555–571 Szostak JW (2012) The eightfold path to non-enzymatic RNA replication. J Syst Chem 3:2. http://www.jsystchem.com/content/3/1/2 Tamura K (2016) The genetic code: Francis Crick’s legacy and beyond. Life 6(3):36. https://doi.org/10.3390/life6030036 Theissen G (2009) Saltational evolution: hopeful monsters are here to stay. Theory Biosci 128:43–51. https://doi.org/10.1007/s12064-009-0058-z Vasas V, Fernando C, Santos M, Kauffman S, Szathmáry E (2012) Evolution before genes. Biol Direct 7(1):1 Wolf YI, Koonin EV (2007) On the origin of the translation system and the genetic code in the RNA world by means of natural selection, exaptation, and subfunctionalization. Biol Direct 2:14 Wolpert L (1994) The evolutionary origin of development: cycles, patterning, privilege and continuity. Development 1994:79–84 Xavier JC, Hordijk W, Kauffman S, Steel M, Martin WF (2020) Autocatalytic chemical networks at the origin of metabolism. Proc R Soc B 287:20192377. https://doi.org/10.1098/rspb.2019.2377