松散隔室间的水平转移稳定了碎片化核酶的复制

能够自我复制的复制酶的出现是生命起源的核心问题。近期实验表明，若将RNA聚合酶核酶分割为短到可被该核酶复制的片段，且这些片段自组装成有功能的核酶，则此类复制酶可以实现。然而，此类复制酶的持续自我复制要求每种必需片段的产生都保持平衡且持续。在此，我们使用数学建模研究碎片化复制酶能否以及在何种条件下实现持续自我复制。我们首先表明，在简单批次条件下，由于这些复制酶固有的正反馈，复制酶无法展现持续自我复制。该正反馈不可避免地使复制偏向部分片段，从而复制酶最终无法维持所有必需片段的产生。我们随后表明，这种固有不稳定性可通过松散隔室间小速率的随机内容物交换（即水平转移）来解决。在此情况下，所有片段的平衡产生是通过隔室种群动态中运作的负频率依赖选择实现的。该选择机制源于由水平转移介导的细胞内与细胞间对称性破缺之间的相互作用。水平转移还确保每个隔室中存在所有必需片段，维持自我复制。综上，我们的结果强调了区室化与水平转移在首个自我复制复制酶起源中的作用。