Chemoton - Chemoton

Автокаталитическая реакция хемотона

Период, термин хемотон (сокращение от 'химический автомат ') относится к абстрактной модели фундаментальной единицы жизни, представленной Венгерский биолог-теоретик Тибор Ганти. Это старейший известный вычислительный аннотация протоклетка. Ганти задумал основную идею в 1952 году и сформулировал ее в 1971 году в своей книге. Принципы жизни (Первоначально написано на венгерском языке и переведено на английский только в 2003 году). Он предположил, что хемотон является изначальным предком всех организмов, или последний универсальный общий предок.[1]

Основное предположение модели состоит в том, что жизнь должна иметь три основных свойства: метаболизм, самовоспроизведение, а билипидная мембрана.[2] Функции метаболизма и репликации вместе образуют автокаталитический подсистема необходима для основных функций жизни, и мембрана включает эту подсистему, чтобы отделить ее от окружающей среды. Следовательно, любая система, обладающая такими свойствами, может считаться живой и подвергаться естественный отбор и содержат самоподдерживающуюся клеточную информацию. Некоторые считают эту модель значительным вкладом в происхождение жизни поскольку он обеспечивает философию эволюционные единицы.[3]

Свойство

Хемотон - протоклетка, которая растет путем метаболизма, воспроизводится биологическим путем. деление, и имеет по крайней мере рудиментарные генетические вариации. Таким образом, он содержит три подсистемы, а именно автокаталитическую сеть для метаболизма, липидный бислой для структурной организации и реплицирующий аппарат для информации. В отличие от клеточных метаболических реакций, метаболизм хемотона автономный химический цикл и не зависит от ферментов. Автокатализ создает свои собственные структуры и функции. Следовательно, сам процесс не имеет наследственных изменений. Однако модельная реакция утверждает, что другая молекула (Т на схеме) создается самопроизвольно, что встраивается в структуру. Эта молекула амфипатический подобно мембранные липиды, но он очень динамичен, оставляя небольшие промежутки, которые часто закрываются и открываются. Эта нестабильная структура важна для добавления новых амфипатических молекул, так что впоследствии образуется мембрана. Это станет микросферой. Из-за метаболической реакции, осмотическое давление будет накапливаться внутри микросферы, и это создаст силу для проникновения в мембрану и, в конечном итоге, разделения. Фактически, это близко к клеточному делению бактерий без клеточной стенки, таких как Микоплазма. Непрерывные реакции также неизменно будут давать вариабельные полимеры, которые могут быть унаследованы дочерними клетками. В расширенной версии хемотона наследственная информация будет действовать как генетический материал, что-то вроде рибозим из Мир РНК.[4]

Значимость

Происхождение жизни

Основное применение модели хемотона - изучение химического происхождения жизни. Потому что сам хемотон может быть, хотя и теоретически, примитивной или минимальной клеточной жизнью, поскольку он удовлетворяет определению того, что такое клетка (что это единица биологической активности, заключенная в мембрану и способная к самовоспроизведению). Экспериментальная демонстрация показала, что синтезированный хемотрон может выжить в широком диапазоне химических растворов, он формирует материалы для своих внутренних компонентов, метаболизирует свои химические вещества, увеличивается в размерах и размножается.[5]

Единица выбора

Поскольку с научной точки зрения предполагается, что первые реплицирующиеся системы должны иметь простую структуру, скорее всего, до того, как существовали какие-либо ферменты или матрицы, хемотон обеспечивает правдоподобный сценарий. Как автокаталитическая, но негенетическая сущность, она предшествует ферментно-зависимым предшественникам жизни, таким как мир РНК. Но, будучи способным к самовоспроизведению и продуцированию различных метаболитов, он, возможно, мог быть объектом с первой биологической эволюцией, следовательно, источником единицы дарвиновского отбора.[6][7][8]

Искусственная жизнь

Chemoton заложил фундамент некоторых аспектов искусственная жизнь. Вычислительная база стала темой разработки программного обеспечения и экспериментов в исследовании искусственной жизни.[1] Основная причина в том, что хемотон упрощает сложные биохимические и молекулярные функции живых клеток. Поскольку хемотон представляет собой систему, состоящую из большого, но фиксированного числа взаимодействующих молекулярных частиц, его можно эффективно реализовать в процессе, основанном на алгебре. язык например, язык программирования BlenX.[9][10]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Хьюз Берсини (2011). «Минимальная ячейка: взгляд компьютерного ученого». В Мюриэль Гарго; Пурификасьон Лопес-Гарсия; Эрве Мартин (ред.). Происхождение и эволюция жизни: астробиологическая перспектива. Издательство Кембриджского университета. С. 60–61. ISBN  9781139494595.
  2. ^ Ван Сегбрук С., Нове А., Ленертс Т. (2009). «Стохастическое моделирование хемотона». Artif Life. 15 (2): 213–226. CiteSeerX  10.1.1.398.8949. Дои:10.1162 / artl.2009.15.2.15203. PMID  19199383.
  3. ^ Хёнигсберг ХФ (2007). «От геохимии и биохимии до пребиотической эволюции ... мы обязательно входим в жидкие автоматы Ганти». Genet Mol Res. 6 (2): 358–373. PMID  17624859.
  4. ^ Джон Мейнард Смит; Эорс Сзатмари (1997). Основные переходы в эволюции. Издательство Оксфордского университета. С. 20–24. ISBN  9780198502944.
  5. ^ Чендес Т. (1984). «Имитационное исследование хемотрона». Kybernetes. 13 (2): 79–85. Дои:10.1108 / eb005677.
  6. ^ Лоран Келлер (1999). Уровни отбора в эволюции. Издательство Принстонского университета. п. 52. ISBN  9780691007045.
  7. ^ Мунтяну А., Соле Р. В. (2006). «Фенотипическое разнообразие и хаос в минимальной клеточной модели». J Теор Биол. 240 (3): 434–442. Дои:10.1016 / j.jtbi.2005.10.013. PMID  16330052.
  8. ^ Пратт AJ (2011). «Пребиологическая эволюция и метаболические истоки жизни». Пребиологическая эволюция и метаболическое происхождение жизни. 17 (3): 203–217. Дои:10.1162 / artl_a_00032. PMID  21554111.
  9. ^ Захар I, Федор А, Сатмари Э (2011). «Два разных репликатора шаблона, сосуществующие в одной протоклетке: стохастическое моделирование расширенной модели хемотона». PLoS ONE. 6 (7): 1380. Дои:10.1371 / journal.pone.0021380. ЧВК  3139576. PMID  21818258.
  10. ^ Дематте Л., Ларчер Р., Пальмизано А., Приами С., Романель А. (2010). Программирование биологии в BlenX. Системная биология для сигнальных сетей. Системная биология. 1. С. 777–820. Дои:10.1007/978-1-4419-5797-9_31. ISBN  978-1-4419-5796-2.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка