Chemoton
Termin chemoton (skrót od „ automatu chemicznego ”) odnosi się do abstrakcyjnego modelu podstawowej jednostki życia wprowadzonego przez węgierskiego biologa teoretycznego Tibora Gántiego . Popularne artykuły wyrażają zdziwienie, że twórczość Gántiego jest tak mało znana. Gánti wymyślił podstawową ideę w 1952 r. I sformułował ją w 1971 r. W swojej książce The Principles of Life (pierwotnie napisanej po węgiersku i przetłumaczonej na angielski dopiero w 2003 r.). Zasugerował, że chemoton był pierwotnym przodkiem wszystkich organizmów.
Podstawowym założeniem modelu jest to, że życie powinno zasadniczo i zasadniczo mieć trzy właściwości: metabolizm , samoreplikację i błonę bilipidową . Funkcje metaboliczne i replikacyjne razem tworzą autokatalityczny niezbędny do podstawowych funkcji życiowych, a membrana otacza ten podsystem, aby oddzielić go od otaczającego środowiska. Dlatego każdy system posiadający takie właściwości można uznać za żywy, poddany selekcji naturalnej i zawierający samopodtrzymującą się informację komórkową. Niektórzy uważają ten model za znaczący wkład w powstanie życia, ponieważ dostarcza on filozofii jednostek ewolucyjnych .
Nieruchomość
Chemoton jest protokomórką, która rośnie w wyniku metabolizmu, rozmnaża się przez rozszczepienie biologiczne i ma przynajmniej podstawową zmienność genetyczną. Zatem zawiera trzy podsystemy, a mianowicie sieć autokatalityczną dla metabolizmu, dwuwarstwę lipidową dla organizacji strukturalnej i maszynerię replikującą dla informacji. W przeciwieństwie do komórkowych reakcji metabolicznych, metabolizm chemotonu zachodzi w autonomicznym cyklu chemicznym i nie jest zależny od enzymów. Autokataliza wytwarza własne struktury i funkcje. Dlatego sam proces nie ma dziedzicznej zmienności. Jednak model zawiera inną cząsteczkę ( T na diagramie), która jest wytwarzana spontanicznie i jest włączana do struktury. Ta cząsteczka jest amfipatyczna jak lipidy błonowe , ale jest bardzo dynamiczna, pozostawiając małe szczeliny, które często się zamykają i otwierają. Ta niestabilna struktura jest ważna dla dodania nowych cząsteczek amfipatycznych, tak aby następnie utworzyła się membrana. To stanie się mikrosferą. Ze względu na reakcję metaboliczną, ciśnienie osmotyczne wzrośnie wewnątrz mikrosfery, a to wygeneruje siłę do wgłobienia błony i ostatecznie do podziału. W rzeczywistości jest to zbliżone do podziału komórkowego bakterii bez ściany komórkowej, takich jak Mycoplasma . Ciągłe reakcje niezmiennie będą również wytwarzać zmienne polimery, które mogą być dziedziczone przez komórki potomne. W zaawansowanej wersji chemotonu informacja dziedziczna będzie działać jak materiał genetyczny, coś w rodzaju rybozymu świata RNA .
Znaczenie
Pochodzenie życia
Podstawowym zastosowaniem modelu chemotonowego jest badanie chemicznego pochodzenia życia. Ponieważ sam chemoton może być uważany za prymitywne lub minimalne życie komórkowe, ponieważ spełnia definicję tego, czym jest komórka (jest jednostką aktywności biologicznej otoczoną błoną i zdolną do samoreprodukcji). Eksperymentalna demonstracja wykazała, że zsyntetyzowany chemoton może przetrwać w szerokiej gamie roztworów chemicznych, tworzył materiały na swoje wewnętrzne składniki, metabolizował swoje chemikalia, rósł i rozmnażał się.
Jednostka wyboru
Ponieważ naukowo wysunięto hipotezę, że pierwsze replikujące się systemy muszą mieć prostą strukturę, najprawdopodobniej zanim istniały jakiekolwiek enzymy lub matryce, chemoton zapewnia prawdopodobny scenariusz. Jako jednostka autokatalityczna, ale nie genetyczna, poprzedza zależne od enzymów prekursory życia, takie jak RNA World. Ale będąc zdolnym do samoreplikacji i wytwarzania wariantów metabolitów, prawdopodobnie może to być jednostka z pierwszą ewolucją biologiczną, a zatem pochodzenie jednostki doboru darwinowskiego.
Sztuczne życie
Chemoton położył podwaliny pod niektóre aspekty sztucznego życia . Podstawa obliczeniowa stała się tematem rozwoju oprogramowania i eksperymentów w badaniu sztucznego życia. Głównym powodem jest to, że chemoton upraszcza skądinąd złożone funkcje biochemiczne i molekularne żywych komórek. Ponieważ chemoton jest systemem składającym się z dużej, ale ustalonej liczby oddziałujących ze sobą gatunków molekularnych, można go skutecznie zaimplementować w języku komputerowym opartym na algebrze procesów.
Porównanie z innymi teoriami życia
Chemoton to tylko jedna z kilku teorii życia, w tym hipercykl Manfreda Eigena i Petera Schustera , który obejmuje koncepcję quasigatunków , systemy ( M,R ) Roberta Rosena , autopoiesis (lub samotworzenie ) Humberto Maturana i Francisco Varela i zestawy autokatalityczne Stuarta Kauffmana , podobne do wcześniejszej propozycji Freemana Dysona . Wszystkie z nich (w tym chemoton) znalazły swoją pierwotną inspirację w książce Erwina Schrödingera Czym jest życie? ale na pierwszy rzut oka wydają się mieć ze sobą niewiele wspólnego, głównie dlatego, że autorzy nie komunikowali się ze sobą i żaden z nich nie odniósł się w swoich głównych publikacjach do żadnej z innych teorii. (Książka Gántiego zawiera wzmiankę o Rosenie, ale została ona dodana jako komentarz redakcyjny i nie została napisana przez Gántiego). Niemniej jednak istnieje więcej podobieństw, niż może się wydawać na pierwszy rzut oka, na przykład między Gántim a Rosenem. Do niedawna prawie nie podejmowano prób porównania różnych teorii i wspólnego ich omówienia.
Ostatni uniwersalny wspólny przodek (LUCA)
Niektórzy autorzy utożsamiają modele pochodzenia życia z LUCA, ostatnim uniwersalnym wspólnym przodkiem całego istniejącego życia. Jest to poważny błąd wynikający z nieuznania, że L odnosi się do ostatniego wspólnego przodka, a nie do pierwszego przodka, który jest znacznie starszy: duża część ewolucji miała miejsce przed pojawieniem się LUCA.
Gill i Forterre wyrazili zasadniczą kwestię w następujący sposób:
LUCA nie należy mylić z pierwszą komórką, ale był to produkt długiego okresu ewolucji. Bycie „ostatnim” oznacza, że LUCA była poprzedzona długim szeregiem starszych „przodków”.