プロトセルにおける遺伝子以前の意味情報が可変的遺伝忠実度下で進化する過程

科学分野:

• 生命の起源の研究
• システム化学
• 宇宙生物学

背景:

• 古典的なモデル（クワジ種、RNAワールド）は、情報の進化のために複製を前提としています。
• 前生物学的システムは、遺伝可能な構造の出現のためのメカニズムを必要とします。
• 初期生命における意味情報の起源は、ほとんど理解されていません。

研究 の 目的:

• 複製なしで、前生物学的システムに意味構造が出現できるかどうかを調査すること。
• 組成的遺伝を介した遺伝可能な情報の出現をモデル化すること。
• 意味情報、遺伝忠実度、および適応的機能の関係を決定すること。

主な方法:

• RNA様オリゴマーと代謝物を持つ最小のエージェントベースのプロトセルモデルを開発しました。
• 物理的な分割のノイズを介してプロトセルの遺伝をシミュレートしました。
• モチーフの同一性と代謝物のクラス間の相互情報量を使用して意味構造を定量化しました。
• 意味情報と適応度に対する遺伝忠実度の変化の影響を分析しました。

主要な成果:

• モチーフと代謝物の相関関係の蓄積に対して、鋭い意味のしきい値（約0.7の忠実度）が特定されました。
• このしきい値を超えると、意味情報は急速に増加し、遺伝可能な特性として安定しました。
• 意味のある構造は、適応度の顕著な向上よりも前に出現し、遺伝子以前の情報システムを示唆しています。
• 組成的遺伝のみが、空間的編成と環境の意味論を生成できます。

結論:

• 意味情報と遺伝可能な構造は、テンプレートベースの複製なしで、前生物学的システムに出現できます。
• 組成的遺伝に基づく遺伝子以前の情報システムは、配列ベースの進化へのつながりを提供します。
• このモデルは、機能よりも意味を強調する、生命の起源の初期段階に関する新しい視点を提供します。