케모톤

Chemoton
대사, 정보 및 구조적 폐쇄의 상호작용을 보여주는 케모톤의 반응 방식.Ganti(2003)[1]의 그림 1.1에 근거함

케모톤(chemoton)이라는 용어는 헝가리의 이론 생물학자 티보르 간티(Tibor Ganti)가 도입한 생명체의 기본 단위에 대한 추상적인 모델을 말합니다.칸티는 1952년에 기본적인 아이디어를 구상했고 1971년에 그의 책 The Principles of Life (원래 헝가리어로 쓰여졌고 2003년에 영어로 번역되었다)에서 그 개념을 공식화했습니다.[1][2]그는 케모톤이 모든 유기체의 원래 조상이라고 제안했습니다.

이 모델의 기본적인 가정은 생명체가 근본적으로 그리고 본질적으로 대사, 자기 복제, 그리고 이액막의 세 가지 특성을 가져야 한다는 것입니다.[3]대사 기능과 복제 기능은 함께 생명체의 기본 기능에 필요한 자가 촉매 서브시스템을 형성하고, 멤브레인은 이 서브시스템을 둘러싸서 주변 환경과 분리합니다.따라서, 그러한 성질을 가진 시스템은 살아있는 것으로 간주될 수 있으며, 그것은 자연 선택의 대상이 될 것이고 자생적인 세포 정보를 포함할 것입니다.어떤 사람들은 이 모델이 진화적 단위의 철학을 제공하기 때문에 생명의 기원에 중요한 기여를 한다고 생각합니다.[4]

소유물

케모톤은 대사에 의해 성장하고, 생물학적 핵분열에 의해 번식하며, 적어도 기본적인 유전적 변이를 가지고 있는 원형 세포입니다.따라서 대사를 위한 자가 촉매 네트워크, 구조적 조직을 위한 지질 이중층, 정보를 위한 복제 기계 등 세 가지 하위 시스템을 포함하고 있습니다.세포 대사 반응과 달리, 케모톤의 대사는 자율적인 화학 주기를 가지며 효소에 의존하지 않습니다.자기 촉매 작용은 자체적인 구조와 기능을 만들어냅니다.따라서 공정 자체에는 유전적 변동이 없습니다.그러나, 모델은 자발적으로 생성되어 구조에 통합되는 또 다른 분자(도면의 T)를 포함합니다.이 분자는 막 지질과 같이 양친매성이지만, 매우 역동적이어서 자주 닫히고 열리는 작은 틈을 남깁니다.이 불안정한 구조는 새로운 양친매성 분자가 추가되어 막이 형성되는 데 중요합니다.이것은 마이크로스피어가 될 것입니다.대사 반응으로 인해 미세권 내부에 삼투압이 쌓이고, 이것은 막을 침습시키는 힘을 발생시키고, 궁극적으로 분열을 일으킬 것입니다.사실, 이것은 마이코플라즈마와 같은 세포벽이 없는 박테리아의 세포 분열에 가깝습니다.지속적인 반응은 또한 항상 딸 세포에 의해 유전될 수 있는 가변적인 중합체를 생성할 것입니다.진화된 형태의 케모톤에서 유전 정보는 RNA 세계의 리보자임과 같은 유전 물질로 작용할 것입니다.[5]

의의

생명의 기원

케모톤 모델의 주된 용도는 생명체의 화학적 기원에 대한 연구입니다.왜냐하면 케모톤 자체는 세포가 무엇인지에 대한 정의를 만족시키기 때문에 원시적이거나 최소한의 세포 생명체로 간주될 수 있기 때문입니다.실험 결과 합성된 케모톤은 광범위한 화학 용액에서 생존할 수 있으며, 내부 구성 요소를 위한 재료를 형성하고, 화학 물질을 대사하고, 크기가 커지고 증식하는 것으로 나타났습니다.[6]

선택단위

최초의 복제 시스템은 단순한 구조여야 한다는 것이 과학적으로 가정되어 있기 때문에 효소나 템플릿이 존재하기 전에 케모톤은 그럴듯한 시나리오를 제공합니다.자가 촉매적이지만 비유전적 개체로서, RNA World와 같은 생명체의 효소 의존적 전구체보다 앞서 있습니다.하지만 자가 복제가 가능하고 변이 대사물질을 생산할 수 있기 때문에 다윈 선택 단위의 기원인 최초의 생물학적 진화를 가진 개체일 수 있습니다.[7][8][9]

인공생명

케모톤은 인공 생명체의 일부 측면의 기초를 마련했습니다.계산 기반은 인공 생명체 조사에서 소프트웨어 개발과 실험의 주제가 되었습니다.[10]주된 이유는 케모톤이 살아있는 세포의 복잡한 생화학적, 분자적 기능을 단순화하기 때문입니다.케모톤은 다수의 상호작용하는 분자종으로 구성된 시스템이기 때문에 프로세스 대수 기반 컴퓨터 언어로 효과적으로 구현할 수 있습니다.[11]

다른 생활이론과의 비교

케모톤은 준종의 개념을 [12]포함하는[14] Manfred Eigen과 Peter Schuster의 하이퍼사이클, Robert Rosen의 (M,R) 체계[15], Humberto Maturana와 Francisco Varela의 자기생성,[17] 그리고 Stuart Kauffman의 자기촉매 집합을[18] 포함하는 생명의 여러 이론들 중 하나일 뿐입니다.프리먼 다이슨이 제안한 것과 유사합니다.[19]이 모든 것들(화학자 포함)은 에르빈 슈뢰딩거의 책 "삶이란 무엇인가?"[20]에서 그들의 원래 영감을 찾았지만, 처음에 그들은 서로 거의 공통점이 없는 것처럼 보였는데, 그 이유는 저자들이 서로 의사소통을 하지 않았기 때문이고, 그들 중 어느 누구도 다른 이론에 대해서도 그들의 주요 출판물에서 어떠한 언급도 하지 않았기 때문입니다. (가.nti의 책에는[1] Rosen에 대한 언급이 포함되어 있지만, 이는 편집 의견으로 추가된 것이며, Ganti가 쓴 것은 아닙니다.)그럼에도 불구하고, 간티와 로젠 사이에는 일견 명백한 것보다 더 많은 유사점이 있습니다.[21]최근까지[22][23][24] 서로 다른 이론들을 비교하고 함께 논의하려는 시도는 거의 없었습니다.

마지막 보편 공통 조상(LUCA)

어떤 저자들은 생명의 기원의 모델을 현존하는 모든 생명의 마지막 보편적인 조상인 LUCA와 동일시합니다.[25]이것은 L이 훨씬 더 오래된 첫 번째 조상이 아닌 마지막 공통 조상을 가리킨다는 것을 인식하지 못한 데서 비롯된 심각한 오류입니다. LUCA가 나타나기 전에 많은 양의 진화가 이루어졌습니다.[26]

질과 포르테레는 핵심적인 점을 다음과 같이 표현했습니다.[27]

LUCA는 첫 번째 세포와 혼동되어서는 안 되지만, 오랜 진화 기간의 산물이었습니다."마지막"이 된다는 것은 LUCA가 오래된 "조상"들의 긴 연속에 앞서 있었다는 것을 의미합니다.

참고문헌

  1. ^ a b c Gánti, Tibor (2003). Eörs Száthmary; James Griesemer (eds.). The Principles of Life. Oxford University Press. ISBN 9780198507260.
  2. ^ Gánti, Tibor (31 December 2003). Chemoton Theory: Theory of Living Systems. Translated by Elisabeth Csárán. Kluwer Academic/Plenum Publishers. ISBN 9780306477850.
  3. ^ Van Segbroeck S, Nowé A, Lenaerts T (2009). "Stochastic simulation of the chemoton". Artif Life. 15 (2): 213–226. CiteSeerX 10.1.1.398.8949. doi:10.1162/artl.2009.15.2.15203. PMID 19199383. S2CID 10634307.
  4. ^ Hoenigsberg HF (2007). "From geochemistry and biochemistry to prebiotic evolution...we necessarily enter into Gánti's fluid automata". Genet Mol Res. 6 (2): 358–373. PMID 17624859.
  5. ^ John Maynard Smith; Eörs Száthmary (1997). The Major Transitions in Evolution. Oxford University Press. pp. 20–24. ISBN 9780198502944.
  6. ^ Csendes T (1984). "A Simulation study of the chemotron". Kybernetes. 13 (2): 79–85. doi:10.1108/eb005677.
  7. ^ Laurent Keller (1999). Levels of Selection in Evolution. Princeton University Press. p. 52. ISBN 9780691007045.
  8. ^ Munteanu A, Solé RV (2006). "Phenotypic diversity and chaos in a minimal cell model". J Theor Biol. 240 (3): 434–442. Bibcode:2006JThBi.240..434M. doi:10.1016/j.jtbi.2005.10.013. PMID 16330052.
  9. ^ Pratt AJ (2011). "Prebiological Evolution and the Metabolic Origins of Life". Artificial Life. 17 (3): 203–217. doi:10.1162/artl_a_00032. PMID 21554111. S2CID 6988070.
  10. ^ Hugues Bersini (2011). "Minimal cell: the computer scientist's point of view". In Muriel Gargaud; Purificación López-Garcìa; Hervé Martin (eds.). Origins and Evolution of Life: An Astrobiological Perspective. Cambridge University Press. pp. 60–61. ISBN 9781139494595.
  11. ^ Zachar I, Fedor A, Szathmáry E (2011). "Two different template replicators coexisting in the same protocell: stochastic simulation of an extended chemoton model". PLOS ONE. 6 (7): 1380. Bibcode:2011PLoSO...621380Z. doi:10.1371/journal.pone.0021380. PMC 3139576. PMID 21818258.
  12. ^ Eigen, M; Schuster, P (1977). "The hypercycle: a principle of natural self-organization. A: emergence of the hypercycle". Naturwissenschaften. 64 (11): 541–565. doi:10.1007/bf00450633. PMID 593400. S2CID 42131267.
  13. ^ Eigen, M; Schuster, P. "The hypercycle: a principle of natural self-organization. B: the abstract hypercycle". Naturwissenschaften. 65 (1): 7–41. doi:10.1007/bf00420631. S2CID 1812273.
  14. ^ Eigen, M; Schuster, P. "The hypercycle: a principle of natural self-organization. C: the realistic hypercycle". Naturwissenschaften. 65 (7): 41–369. doi:10.1007/bf00420631. S2CID 1812273.
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외부 링크