从进化的角度来看,如图1所示的过渡方案的主要优点是,引导该过程的个体是原生细胞系统,其表型空间本质上比复制分子实体的范围更宽(如在传统的生命起源方法中 - 在[46]中进行了回顾- 或者在最近的理论建议中,如那些指向动态动力学稳定性概念的那些[63] - 见下面的评论)。原始细胞构成“支架”,其中可以钩住高度多样化的功能组分(包括那些非常复制的分子,但可能包括许多其他更简单的分子),导致每个选择单元的多个状态变量和动态行为。这使得这些系统有可能成为真正的达尔文实体,即自然选择有效运作的有机体(或“原生生物”,正如我们上面所称)。[60]。此外,这种情况下的主要进化瓶颈不应该简化为单个变量或属性,而应该至少与这些系统的能力相关:(i)保持强大的自我生产动力,这是基础他们远离平衡(个人)的组织和(ii)可靠地再生以在群体中传播这种类型的组织。在实践中,这需要从充满活力的观点(因此建立第一个能量转导机制的重要性[40])变得自主,并在原始细胞分裂的实际过程中实现规律性,以及发展遗传机制(即,控制跨代变异)[60,64]。
一个可能的 - 虽然仍然是试探性的 - 叙述将如下进行:最初,(图1a)脂肪酸囊泡可以通过获取外部脂质分子自我维持和生长,或通过与邻居融合,然后通过许多途径分裂,包括出芽(内部和外部)和丝状中间体[65]。这些生长和分裂途径在很大程度上受到主要环境条件的影响,并且通常会导致后代的平均大小减少。然后(图1b)原始细胞将发展出一种内在化学,帮助它们更加独立于环境因素(第一次自主原代谢)激活生长和分裂周期,并避免每一代体积减少的趋势。然而,在原始细胞融合和混合仍然普遍存在的情况下,这种分裂仍然是随机的,产生大量不可行的子代[43]。在后期阶段(图1c)原始细胞越来越接近LUCA('最后的普遍共同祖先'物种)将出现,现在新陈代谢在功能,子系统组件/模块之间的更复杂(代码介导)'基因型 - 表型'映射的基础上运行,所有被包围通过日益复杂,有效和选择性的边界(在某些时候,将包括对原始细胞壁的额外保护)。在这些条件下,(i)探索新功能的空间将大大扩大(越来越接近开放性)和(ii)通过专门用于控制的更精细的蛋白质机器,生殖周期将变得更加可靠分工过程。
挑战3:描述达尔文前原始细胞的进化动力学特征。而不是关注裸核酸分子群体的反应动力学和进化动力学('RNA世界'假设的核心思想),甚至是由多核苷酸(例如'核糖核酸'模型)运行的分区化学,原始细胞应该研究具有低得多的分子复杂度的分子成分的系统作为达尔文前期演化的单位。随后的首要问题是:如何在实验室中发现涉及低分子量物种的远离平衡的化学组装,以便它们能够有规律地划分,探索充足的 - 足够强大的 - 表型,以及有可能建立越来越可靠的遗传机制吗?
很容易画出视锥细胞,箭头,死角,分叉和瓶颈,就像我们在图1中所做的那样。真正的突破需要开发实验策略和特定的原始细胞模型,以证明通过这些图表预测的假设和想法 - 或迫使我们重新考虑它们。但是,这项任务并非微不足道; 不仅因为化学和生物学之间目前的差距仍然是压倒性的,还因为魔鬼隐藏在细节中。由于所涉及的化学系统必须抵抗热力学平衡的自然趋势(即,他们必须找到支付'不可逆转成本'的方法,因为益生菌转变特别棘手,因为Pascal及其同事[63]表达它)。但是为了理解什么可能是潜在的或“驱动”那些向更高复杂度水平的过渡(即蓝色箭头表示图1中的'MT' ),应该注意简化或过于简化的解释。首先,正如我们在前面提到的那样,应该寻求进化和组织原则的结合。然而,这种组合不应该简单地在一维轴上构思(例如,就“自组织”与“自然选择”力的相对权重而言,因为它在过去一直如此普遍[66] ,67])。其次,也与后一个评论有关,这些原则的实际形式(主要变量和涉及的关系)以及它们交织的方式仍应等待系统化学领域正在进行的研究成果[1, 2]。例如,尽管动力学控制机制必须在说明中起重要作用,动态动力学稳定性[63]不将回答(因为复制不是所有对进化,化学或生物学都重要的)。当我们仍然缺乏相关的实证结果时(例如,关于可以将外部自由能源转换为系统自身手段的耦合机制的初始集合 - 并且在此持续存在),得出结论并试图进行概括可能为时尚早。方式,自主功能的第一种形式[46])。
阐明导致生命起源过程中重大转变的分子,组织和进化创新肯定需要未来许多研究小组的努力。至少在我们看来,图1中所示的瓶颈看起来不容易克服:我们应该意识到问题不仅仅是开发和协调分子控制的新机制,而且还意味着更复杂的功能重组和相关个体的重新整合过程,在与人口中的其他个人不断互动。在这些方面,我们想结束这篇评论,强调“原始细胞群体动态”,这对于系统发育(即可靠的跨代)途径的逐步展开是必要的,也必然会产生其他更直接的原生态学意义。为了理解那些瓶颈转换,这可能变得非常相关。例如,在不同种类的原始细胞之间产生竞争关系,可能导致原始的食物网和多种选择压力模式,也可能伴随着其他类型的共生或协作互动,这可能在这个意义上发挥了非平凡的作用。实际上,这些集体动力学可以触发(通过原始细胞融合和互补组分的重组)功能(重新)整合事件,超出了最初的重点区域化学,这是主要关注点。仍然对Harold Morowitz最近的逝世表示遗憾,我们认为他的直觉是“维持生命是生态系统的属性,而不是单一的有机体或物种” 这些集体动力学可以触发(通过原始细胞融合和互补组分的重组)功能(重新)整合事件,超出了最初的重点区域化学,这里主要关注。仍然对Harold Morowitz最近的逝世表示遗憾,我们认为他的直觉是“维持生命是生态系统的属性,而不是单一的有机体或物种” 这些集体动力学可以触发(通过原始细胞融合和互补组分的重组)功能(重新)整合事件,超出了最初的重点区域化学,这里主要关注。仍然对Harold Morowitz最近的逝世表示遗憾,我们认为他的直觉是“维持生命是生态系统的属性,而不是单一的有机体或物种”[68]应引导未来的科学尝试,将光带入迷人的生物发生之谜。