【宇宙】生命の起源【生物学】コミュのアイゲン方程式について

アイゲンの“進化方程式”では、
「自己触媒を含む化学反応ネットワークの中から、情報の根源である遺伝コードが生まれる」と定義し、
「自己複製の結果＝情報生成」
という結論になる。
原核細胞のＤＮＡでは、遺伝コード（塩基組の鎖）は、記号としてだけではなく、
蛋白質合成の間接的触媒になり得るとした。その真偽はとも角として、
その段階から、より進化しようとしたときに、環境への適応において、
細胞組織のネットワーク的組み換えや新たな生成が必要になる。

その細胞組織の組み換えや新たな生成が、既成組織の複製のプロセスなら、
遺伝コードで制御されてよい。
それは、複製の結果、その複製に情報（遺伝コード）が入って（生成）いることに他ならない。
進化が、もし、そのメカニズムでのみ可能となれば、
進化過程は、遺伝コードの生成の段階にのみ存在することになる。

その生成は、自己触媒を含む化学反応ネットワークで行われると、アイゲンは考えている。
ということは、例えば、
ＤＮＡの構成単位（塩基＋結合官能基）が大量に集まり、
相互に化学反応を繰り返して安定な配列（遺伝コード）ができた(アトラクタ)ことに等しい。

ＤＮＡは、４値（塩基）で、フレーム長は可変、最大長は原則フリーであるから、
深さがまちまちの天文学的数値のアトラクタができる
（とは言っても、ＤＮＡの遺伝コードは、捩れてはいるが1次元の繋がりであるから、
　塩基間の物理化学的反応は単純である。なぜなら、その繫がりが多重に捩れて、
　多数の塩基相互間に物理化学的作用が働く場合と違うからである）。
それらアトラクタの高低を見ただけでは、コードの正否判定はできず、
途中まででも細胞体／生体にして実地検証しないと、生き残り得る種か否かの判別はできない。

実地検証は、自然淘汰しかないから膨大な時間がかかる。
事実、膨大な数の種が出現したが、このＤＮＡありきのメカニズムでは、
ヒトのような高等動物が、多細胞生物ができて１２億年未満、
後世動物ができて１０億年で生まれるという説明は難しいように思われる。

自然淘汰が有効に働き、
分子レベルで自由エネルギー最小則や、
電気的・幾何形状的な関係が働いて、効率的に生成されるとしても疑問が残る。

環境に適応する場合、
そのための進化の方向が分かるのは現場であって、ＤＮＡのいる中枢部ではない。
それを遺伝コードに組み込むためには、少なくとも、
現場の情報を中枢に伝える情報伝達手段が要るし、
判定機能も要る。

従って、かなり進化した生体でないと、この仕組みは実現しない。
ただ、アイゲンの“進化方程式”は、どの段階の生体にも適用できる仕組みと思われる。
いずれにしても、親から卵へのフィードフォワードが必要であり、
段階に応じて、ネットワーク情報のレベルと内容が変わればよいからである。
従って、未進化段階における遺伝コード（ＤＮＡ）生成メカニズムの解明が残されている。

「生物は進化した自己複製の結果」は肯けるが、
「自己複製系は、情報を生成」の解明は
、上記の通り、これからの仕事が残る。

放送大学の講座「複雑システム科学」で、永山昭二氏の「生体の“進化”」が興味深かった。
生体の“進化”過程のメカニズムが明らかにされたが、
現在、どこまで具体的に解明されているのか分からない。
ここでは、アイゲンの“進化方程式”をより現実化（本質は同じ）し、
“進化”過程について簡単に考察した。

（抜粋）
http://h-mind.blog.ocn.ne.jp/mindramble/2007/04/post_ebb8_1.html

コメント(9)

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[1] mixiユーザー 01月28日 05:20

すまんが、この進化方程式ってのは初耳だ。
アイゲンって、ノーベル化学賞とったマンフレッド・アイゲンのこと？

方程式は「自己複製の結果」＝「情報生成」ってとこなんかな？

[2] mixiユーザー 01月28日 21:18

うわっ！ほんとだ！こいつノーベル賞とってやがる！！

受賞理由
「短時間エネルギーパルスによる高速化学反応の研究」

ここで問題にしてるのはハイパーサイクルの問題なんだな
要するに何がいいたいかというと、
RNAが100塩基以上連なると酵素的働きをするはずなんだが、

高度な機能には数百塩基は必要と思われる。

すると複製忠実度が低く自已複製する短いRNAは
どのようにしてタンパク質合成機能を持つほどの長さになりえたのか?

,限られた少ない情報しかコードできないRNAは
どのようにしたら大きな情報を蓄積できるのだろうか?

この問にハイパーサイクル理論はシステム論的に答えたんだって。

つまり,
「他者の複製を助ける」仲間(グループ)を形成することで,全体として大きな情報を保持する
【画像1：ハイパーサイクルの概念参照】

そして,このモデルの速度方程式を解析すると1つの興味深い結論が得られる。
いま,2つのメンバーI1,I2からなるハイパーサイクルを考えよう。
I1、I2の濃度をｘ１、ｘ２とする。
淘汰のための束縛条件として,ｘ1+ｘ２＝一定。
すなわち
ハイパーサイクル内のメンバーの数は一定とする。

【画像2　アイゲン方程式】

この増殖項は濃度の2次式になっていることから
ハイパーサイクルのメンバーは双曲線的成長をする
【画像3】
双曲線的成長は有限時間で無限大になる点が指数関数的増殖と異なる。
実際には束縛条件による
第2項？？？
があるので無限大にはならないが　　（・・・はあ？？？）
極めてシャープに淘汰現象が生じることがわかる。
この式を別の角度から見ることもできる。

・・・
・・・すまん、この式の意味するところがいまいちわからんのだが・・・？

[3] mixiユーザー 01月29日 12:58

つまりＲＮＡは、あたかもバイオコンピューターの如く
生命的情報を保ちながら、リンクシェアしてるってこと

[4] mixiユーザー 01月29日 13:12

これって
>どのようにしてタンパク質合成機能を持つほどの長さになりえたのか?
>,限られた少ない情報しかコードできないRNAは
>どのようにしたら大きな情報を蓄積できるのだろうか?
って問に何一つ答えてない気がするんだが・・・？

あと
ｘ1+ｘ２＝一定
ってのがわからん。。
なんで増殖していってるのに、足したら一定なんだ？？

[5] mixiユーザー 01月30日 12:36

ん～数式の全体像が見えてないので何とも言えないが、
細胞分裂と同じ考え方でいいのでは

一定に保とうとする情報がどこかにあるのかもね。

[6] mixiユーザー 01月30日 15:05

数式の全体像もなにも、これが書かれている全てなんだが。。

K12=k21=0としてCが極端に大きい（後ろの項が無視できる）と近似すると
ｄｘ/ｄｔ＝ｋｘ＾2
になるわけで、これは

ｘ～ｋ/ｔ
になって確かに双曲型なわけだが。。

[7] mixiユーザー 01月31日 20:14

全てと言われても、係数の説明もなければ何を意味しているのかさっぱりな訳で
満月君が抜粋して貼り付けてるだけだろ？

定義で濃度の和が一定として・・・、とあるが
数式を抜粋したところで、何も語ってないだろ？
定義付けもできてないものを全てだと言われても・・・

[8] mixiユーザー 02月01日 01:58

ｋは複製効率をあらわす定数って書いてあるじゃないか。
まあ、ｋがでかいと影響が大きいってことなんだろう。
これって、数理モデルだから、具体的な数値は不明のまま議論してるんだよね。

濃度一定についてだが、、

>いま,2つのメンバーI1,I2からなるハイパーサイクルを考えよう。
>I1、I2の濃度をｘ１、ｘ２とする。
>淘汰のための束縛条件として,ｘ1+ｘ２＝一定。
>すなわち
>ハイパーサイクル内のメンバーの数は一定とする。

とまあ、これが説明の全てなんだな。

この数式を理解できたとき、生命科学の真理を見出すことができるってことだな。

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