Кіріспе

Физикалық химия шеңберінде өзін-өзі көбейтуге қабілетті организмдердің Дарвиндік эволюциясы. Квазитүрлер моделі – физикалық химия шеңберінде өзін-өзі көбейтуге қабілетті белгілі бір организмдердің Дарвиндік эволюциясы процесін сипаттайды. Квазитүр – жоғары мутациялық деңгейде (стационарлық күйде) өмір сүретін, туысқан генотиптердің үлкен тобы немесе "бұлты". Мұндай жағдайда ұрпақтың көп бөлігі ата-анаға қарағанда бір немесе бірнеше мутацияны қамтиды деп күтіледі. Бұл, эволюциялық тұрғыдан алғанда, көбінесе тұрақты бір генотип болып табылатын және ұрпағы генетикалық тұрғыдан дәл көшірме болатын түрден өзгеше. Бұл модель РНК немесе ДНК сияқты өзін-өзі көбейтуге қабілетті макромолекулалардың, сондай-ақ бактериялар немесе вирустар сияқты қарапайым жыныссыз организмдердің эволюциялық процестерін сапалық тұрғыдан түсінуге көмектеседі (вирустық квазитүрлерді де қараңыз) және өмірдің пайда болуының бастапқы кезеңдерін түсіндіруде пайдалы. Модельге негізделген сандық болжамдар жасау қиын, себебі оның кіріс параметрін нақты биологиялық жүйелерден алу мүмкін емес. Квазитүрлер моделін Манфред Эйген мен Питер Шустер Эйгеннің бұрынғы жұмыстарын негізге алды.

Қарапайым түсіндірме

Эволюциялық биологтар түрлер арасындағы бәсекелестікті сипаттағанда, әдетте әр түрдің бір ғана генотипі бар деп есептейді, ал оның ұрпақтары көбінесе дәл көшірмелер болып табылады. (Мұндай генотиптерде жоғары репродуктивті тұрақтылық бар делінеді.) Эволюциялық тұрғыдан алғанда, бізді сол бір түрдің немесе генотиптің уақыт өте келе мінез-құлқы мен сәйкестігі қызықтырады. Дегенмен, кейбір организмдер немесе генотиптер төмен тұрақтылық жағдайында болуы мүмкін, онда көптеген ұрпақтарда бір немесе бірнеше мутациялар пайда болады. Мұндай генотиптер тобы үнемі өзгеріп отырады, сондықтан қай генотиптің ең сәйкес екені туралы талқылау мәнсіз болады. Маңыздысы, көптеген жақын туысқан генотиптер бір-бірінен бір мутация ғана қашықтықта болса, онда топтағы генотиптер бір-біріне айналып өзгеруі мүмкін. Мысалы, әр ұрпақта бір мутация болғанда, AGGT тізбегінің баласы AGTT болуы мүмкін, ал немересі қайта AGGT болуы мүмкін. Осылайша, біз жылдам мутацияға ұшырап, тізбектердің түрлі нүктелер арасында өзара алмасатын, байланысты генотиптердің «буылын» көзге елестете аламыз. Бұл буынның нақты математикалық анықтамасы бар болғанымен, ол шамамен квазитүр деп аталады. Квазитүр мінез-құлқы белгілі бір (жоғары) мутация деңгейінде өмір сүретін көптеген жеке тұлғалар үшін қалыпты жағдай.

Квазивиділер, дене шынықтыру және эволюциялық іріктеу

Бір түрде, көбею көбінесе дәл болса да, мерзімді мутациялар бір немесе бірнеше бәсекелес генотиптерді тудырады. Егер мутация көбейіп, тірі қалуға жағдай жасаса, мутантты генотип ата-ана генотипімен бәсекелесіп, түрге басымдық тануы мүмкін. Осылайша, жеке генотиптерді (немесе түрлерді) таңдау әрекет ететін бірліктер ретінде қарастыруға болады, және биологтар көбінесе бір генотиптің сәйкестігі туралы айтады. Бірақ квазитүрлерде мутациялар кең таралған, сондықтан жеке генотиптің сәйкестігі мағынасын жояды: егер нақты бір мутация көбеюге қабілеттілікті арттырса, ол көп әсер етпейді, себебі сол генотиптің ұрпақтары бірдей қасиеттері бар дәл көшірмелер болуы екіталай. Оның орнына, бұлттың байланыстылығы маңызды. Мысалы, AGGT тізбегінде 12 (3+3+3+3) мүмкін AGGA, AGGG және т.б. бір нүктелік мутанттар бар. Егер осы мутанттардың 10-ы тірі қала алатын генотиптер болса, олар көбейе алады (және олардың кейбір ұрпақтары немесе немерелері AGGT-ға қайта мутациялануы мүмкін), онда біз бұл тізбекті бұлттағы жақсы байланысқан түйін деп есептейміз. Егер тек екі мутант тірі қала алса, ал қалғандары өлімге алып келсе, онда бұл тізбек нашар байланысқан болады және оның көптеген ұрпақтары көбейе алмайды. Квазитүр үшін сәйкестіктің аналогы – бұлт ішіндегі жақын туыстардың жақсы байланысқан болу бейімі, яғни мутант ұрпақтарының көпшілігі тірі қалуға қабілетті болады және бұлт ішінде одан әрі ұрпақтар тудырады. Бір генотиптің сәйкестігі жоғары мутация деңгейіне байланысты мағынасын жойған кезде, бұлт тұтастай немесе квазитүр табиғи таңдау бірлігіне айналады.

Биологиялық зерттеулерге қолдану

Квазивирустар – ЖИТС сияқты жоғары мутациялық жылдамдығы бар вирустардың эволюциясы, кейде басқа организмдердің геномдарындағы жеке гендер немесе молекулалар. Хосе Фонтанари мен Эммануэль Дэвид Танненбаум жыныстық көбеюдің эволюциясын модельдеу үшін квазивирустық модельдерді де ұсынған. Квазивирустық құбылыс композициялық репликаторларда да (абиогенез үшін Гард моделіне негізделген) байқалды, сондай-ақ жасушаның репликациясын сипаттауға қолдануға болатыны айтылды, ол ата-ана және бүршіктің ішкі құрамын сақтау мен дамытуты талап етеді.

Бастапқы матрицалар туралы ескерту

W бастапқы болса, онда белгілі бір бүтін сан үшін W-ның дәрежесі > 0, яғни оның барлық элементтері оң болады. Егер W примитивті болса, онда әрбір тип мутациялар тізбегі арқылы (яғни W-ның қуаттары) бірнеше буын ішінде басқа барлық типтерге айналуы мүмкін. W примитивті болмаса, ол кезеңді болуы мүмкін, онда популяция әртүрлі бөлек композициялар жиындары арқылы үздіксіз циклды қайталай береді, немесе ол азайтылатын болса, дамыған басым түр (немесе квазитүр) бастапқы популяцияға байланысты болуы мүмкін, сияқты төмендегі қарапайым мысалда.