Genetic Code Evolution Reveals the Neutral Emergence of Mutational Robustness, and Information as an Evolutionary Constraint
Notice bibliographique
Résumé
The standard genetic code (SGC) is central to molecular biology and its origin and evolution is a fundamental problem in evolutionary biology, the elucidation of which promises to reveal much about the origins of life. In addition, we propose that study of its origin can also reveal some fundamental and generalizable insights into mechanisms of molecular evolution, utilizing concepts from complexity theory. The first is that beneficial traits may arise by non-adaptive processes, via a process of "neutral emergence". The structure of the SGC is optimized for the property of error minimization, which reduces the deleterious impact of point mutations. Via simulation, it can be shown that genetic codes with error minimization superior to the SGC can emerge in a neutral fashion simply by a process of genetic code expansion via tRNA and aminoacyl-tRNA synthetase duplication, whereby similar amino acids are added to codons related to that of the parent amino acid. This process of neutral emergence has implications beyond that of the genetic code, as it suggests that not all beneficial traits have arisen by the direct action of natural selection; we term these "pseudaptations", and discuss a range of potential examples. Secondly, consideration of genetic code deviations (codon reassignments) reveals that these are mostly associated with a reduction in proteome size. This code malleability implies the existence of a proteomic constraint on the genetic code, proportional to the size of the proteome (P), and that its reduction in size leads to an "unfreezing" of the codon - amino acid mapping that defines the genetic code, consistent with Crick's Frozen Accident theory. The concept of a proteomic constraint may be extended to propose a general informational constraint on genetic fidelity, which may be used to explain variously, differences in mutation rates in genomes with differing proteome sizes, differences in DNA repair capacity and genome GC content between organisms, a selective pressure in the evolution of sexual reproduction, and differences in translational fidelity. Lastly, the utility of the concept of an informational constraint to other diverse fields of research is explored.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,006 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,002 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».