Гиперцикл

Здесь в модельной схеме, очевидно, учитывается способность белков проявлять широкий спектр каталитических свойств. Важнейшая особенность гиперцикла заключается в его замкнутости должна существовать такая цепь Е , которая катализирует образование 1ь Эйген далее показывает, что каждый такой цикл способен к автокаталитическому росту, а различные независимые циклы конкурируют и подвергаются жесткому отбору. Система в конце концов пространственно обособляется от среды и может эволюционировать, причем неблагоприятные мутации будут подавляться в ходе развития. [c.384]

В гиперциклах используется вся информация полинуклеотид-Еых цепей или значительная ее часть. Гиперцикл обладает следующими свойствами [c.546]

Гиперцикл конкурирует с любой отдельной репликативной единицей, не принадлежащей к циклу. [c.546]

Гиперцикл может увеличиваться или уменьшаться, если ето изменение дает селективное преимущество. [c.546]

Гиперциклы конкурируют друг с другом. Внутренние связи и кооперативные свойства гиперцикла могут развиться до оптимальной функции. Фенотипические преимущества, г. е. те вариации, которые дают прямое преимущество мутанту, немедленно стабилизуются. С другой стороны, генотипические преимущества, благоприятствующие возникновению последующего продукта, требуют пространственного разделения для конкурентной фиксации. [c.546]

Для гиперциклов селекционные преимущества всегда являются функциями численности популяции вследствие нелинейности. Поэтому гиперцикл, будучи однажды установленным, нелегко заменяется новым, гак как новый вид всегда возникает в малом числе копий. Информация, зафиксированная в гиперцикле, нелегко утрачивается. [c.546]

Эти свойства гиперциклов иллюстрируются модельными численными расчетам . Гиперциклы, содержащие достаточное число звеньев, характеризуются предельными циклами па фазовых портретах. Все компоненты гиперцикла сосуществуют, испытывая коррелированные нелинейные колебания. Этим обеспечивается взаимная стабилизация компонент. [c.546]

В теории Куна предлагаются простые оценки времени, необходимого для последовательных фаз добиологической п биологической эволюции (см. 17.6). Как мы видели, гиперцикл в этой модели образуется позже, чем мембраны. [c.550]

Переменные х, представляют численности или концентрации конкурирующих единиц, например гиперциклов Эйгена. Для одного из простейших случаев при п = 2 получаем [c.551]

Качественные скачки в развитии физики непременно сопровождались изменениями в представлении о пространстве и времени, кардинальным образом расширяющими и углубляющими эти понятия. Так было при создании физики Галилея и Ньютона, физики Эйнштейна и Бора. Так произошло и при создании физики Пригожина. Непреходящее значение теории диссипативных структур и бифуркаций Пригожина, а также теории гиперцикла Эйгена, катастроф Тома и т.д., иными словами, всего того, что составляет сейчас нелинейную термодинамику, заключается не только в объяснении совместимости физической и биологической концепций эволюции, но и понимании взаимной дополнительности этих концепций, их внутреннего единства. Было ликвидировано противоречие в трактовке самопроизвольных процессов разрушения и созидания структур. Появилась возможность координировать макроскопический и микроскопический уровни описания, одновременно учитывать детерминистические и стохастические особенности систем. [c.458]

Как уже упоминалось, в первичных гиперциклах существовала неполная комплементарность между полинуклеотидом и белком. Эти пустоты могли заполняться полиморфными веществами, которые, конденсируясь образовывали слепки, комплементарные как к участку биспирали, так и к участку белкового чехла (рис. 2.1). При образовании дочерних полинуклеотидов эти слепки-адаптеры могли участвовать в образовании новых белков-чехлов, транспортируя аминокислоты (или их комплексы) к тому же месту ДНК, что и в материнском гиперцикле таким образом, синтез белковой оболочки ускорялся, а свойства чехла становились наследуемыми. Появление каждого из адаптеров давало эволюционное преимущество, поэтому накопление их могло проходить постепенно, возникновение всей системы сразу не было необходимым. [c.29]

Вернемся к механизму образования адаптеров и обсудим два важных следствия из него. Характер и набор адаптеров зависят от последовательности нуклеотидов в каждой популяции гиперциклов возникает свой набор адаптеров, отличный от набора другой популяции. При этом возможно появление обратного вырождения [c.30]

На третьем этапе эволюции — этапе возникновения единого кода — главную роль играет взаимодействие популяций. Последнее может быть обусловлено двумя причинами конкуренцией за питательный субстрат (если его приток ограничен) и прямым антагонизмом. Проблемы отбора на уровне конкурирующих гиперциклов в теории эволюции решаются методами математического моделирования. [c.31]

Может ли в результате взаимодействия образоваться чистая популяция, обладающая одним вариантом кода, если вначале имеется смешанная популяция, в которой присутствуют гиперциклы с различными вариантами кода [c.31]

В книге Эйгена и Шустера [П65] была рассмотрена модель, учитывающая конкуренцию за питательный субстрат (или жизненное пространство ) между всеми гиперциклами (как одинаковыми, так и разными). Модель имеет вид [c.31]

В случае конкуренции двух типов гиперциклов (п=2) система [c.32]

Здесь второй член описывает взаимодействие гиперциклов разного типа (поэтому в сумму не входят члены с =/). Самоограничение (или внутривидовая конкуренция) здесь не учитывается, так как предполагается, что отбор протекает в фазе неограниченного роста. Особый интерес представляет случай, когда все гиперциклы равноправны, т. е. все коэффициенты й и у,- одинаковы. Тогда,,введя без [c.32]

Анализ термодинамических критериев эволюции и стабильности подтверждает напратвлепный характер и устойчивость конечного состояния про-цесса селекции в модели Эйгена. Анализ термодинамических свойств автока-талитических уравнений, описывающих динамику превращений в гиперциклах Эйгена, провести труднее в силу нелинейного характера кинетики. Оказывается, что для двух- и трехчленных циклов стационарное состояние асимптотически устойчиво, в то время как стационарная точка четырехчленного цикла представляет собой центр , т. е. находится на грани устойчивости. Пятичленный цикл дает неустойчивое стационарное состояние с возможностью выхода из него на траекторию предельного цикла [85]. [c.312]

Из этих веществ Эйген строит са-мовоспроизводящийся гиперцикл . Модель цикла состоит из ряда нуклеотидных последовательностей — комплементарных цепей РНК (Ь) с ограниченной длиной цепи. Цепи кодируют одну или две активные полипептидные цепи (Ег). Каждый нуклеотидный коллектив способен к комплементарному инструктированию и состоит из двух ветвей ( положительной и отрицательной ), взаимновоспроизводящих друг друга. Процесс воспроизведения специфично катализируется предшествующей полипептидной цепью Е,-1, которая, в свою очередь, кодируется нуклеотидной цепью 1,-1. Полипептидная ветвь В,-, по мысли Эйгена, может выполнять различные функции она [c.384]

За образованием гиперцикла должка следовать стадия обособления от среды — компартментализация. При этом кодирующие единицы объединяются в единую замкнутую цепь, воспроизводящую себя. Эта стадия моделирует уже клеточный уровень. Надо сказать, что Эйген и Шустер, а также Эбелинг провели расчеты, основанные на теории гиперциклов, а опыты Шпигельмана с размножением фага РР в пробирке послужили для ее количественной проверки, причем получился хороший результат. [c.385]

Эйгеи приходит к заключению об эволюционной необходимости автокаталптпческого гиперцикла, построенного из элементарных полинуклеотидных циклов г (с. 544) с каталитическим участием белков, синтезируемых с помощью этих же полинуклеотидов. [c.545]

Каталитический гиперцикл Эйгена состоит из носителей информации— полинуклеотидных циклов 1 /а,. .., инструктирующих свою собственную реиродукцию и трансляцию при сип- [c.545]

Гиперциклы могут соеднияться в сети более высокого порядка. [c.546]

Как могли возникнуть гиперциклы — системы уже достаточно сложные В сущности, эго основной вопрос, относящийся к теории Эйгена. Согласно Эйгену и Шустеру, первая самовоспроиз-водящЯяся структура с устойчивым содержанием информации г— молекула типа тРНК, построенная из примерно 100 нуклеотидов. [c.546]

Эти соображения разумны, по вопрос о возникновении гиперцикла, генетического кода, аппарата трансляции остается в теории Эйгена открытым. Мы не можем счита- ь, что эти события произошли случайно, с очень малой вероятностью. Если бы это было так, то само возникновение жизни имело бы исчезающе малую вероятность. Мы ищем модельное истолкование добиологической и биологической эволюции, объясняющее их закономерное возникновение. [c.548]

Они образовывали химические микрореакторы, в которых и строились каталитические циклы и сети. Эволюция реализуется кагс результат конкуренции микрореакторов. Введение в рассмотрение пространственной неоднородности позволяет преодолеть трудности, связанные с возникновением гиперциклов. Микрореакторы играют роль праклеток . [c.552]

Идеи Эйгена модифицированы и дополнены в моделях сайзе-ров (Ратнер и Шамин, 1982). В гиперцикле фигурируют иеуни-версальные процессы репликации, идущие с участием специализированных ферментов. В сайзерах единым образом учитываются возможности участия белков в репликации, транскрипции и трансляции, что показано схематически на рис. 17.6. Сайзеры обладают рядом преимуществ перед гиперциклами, совмещая одновременное выполнение следующих требований способность к воспроизведению, замкнутость генетических процессов коллектива, структурная устойчивость, наличие широкого спектра дина- [c.552]

На стадии образования бульона еще не существовало ни биологической информации, ни информационной системы, способной ее породить. Вопрос о возникновении биологической информации впервые поставил Кастлер [П26], он же показал, что здесь существует упомянутая выше проблема. Возможные пути решения этой проблемы рассматривались в работах [П64, П65, П47, П22]. Эйгеном [П64] было введено понятие гиперцикл , означающее белковонуклеотидный комплекс, в котором белок способствует комплементарной авторепродукции, а полинуклеотид катализирует синтез белка. Было показано, что среди гиперциклов может протекать дарвиновский отбор и они способны эволюционировать. Гиперциклы являются промежуточными (между живыми и неживыми) объектами. Несмотря на обилие работ, решение основной проблемы остается дискуссионным. Ниже мы рассмотрим возможные пути ее решения, акцентируя внимание на математическом аспекте. [c.27]

Простейший гиперцикл должен содержать один полинуклеотид, способный к комплементарной авторепродукции, и один белок, способствующий этому (т. е. обладающий репликазной активностью). При этом полинуклеотид должен катализировать синтез белка-репликазы. [c.27]

Вопрос о том, каков механизм ускорения репликации, трудности не представляет. Такие белки известны и изучены можно думать, что и в первичном гиперцикле механизм в принципе был тем же. Напротив, вопрос о том, каким образом полинуклеотид катализирует белок с репликазной активностью, является наиболее острым и относится к основной проблеме. В современной биосфере подобный катализ осуществляется с помощью кода и всего аппарата трансляции. Вероятность случайного возникновения этого аппарата абсурдно мала [П26,26]). Поэтому необходимо представить процесс синтеза белка-репликазы, протекающий без уча-стия аппарата трансляции и осуществляющийся с достаточно большой вероятностью. Принципиальную возможность подобного процесса, а также его информационные аспекты мы обсудим в гл. 12. В этом параграфе мы рассмотрим возможные конкретные физикохимические процессы, приводящие к синтезу белка-репликазы на полинуклеотиде, а также образованию первичного аппарата трансляции. Существует два различных подхода к решению поставленной задачи. [c.27]

I. в первом подходе [П47, 7, 26] предполагается, что белок-реп-ликазу мог синтезировать на себе любой полинуклеотид. Последовательность нуклеотидов при этом не играла роли, т. е. первичный синтез белка не был информационным и не нуждался в аппарате трансляции, который возник позже. Сама информация возникла еще позже в результате взаимодействия гиперциклов. [c.28]

Отметим, что даже в таком простейшем варианте вероятность возникновения гиперцикла остается малой, так как в рамках этой гипотезы спонтанно возникший полинуклеотид уже должен был содержать информацию о белке-репликазе ( к200 бит, чему соответствует 10 см. гл. 12). Таким образом, в рамках этой гипотезы остается нерешенной проблема информационной малости. [c.29]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология