19、复杂晶体物种的简单进化

复杂晶体物种的简单进化

1. 引言

地球上生命起源的合理假说需要解释自发自我复制（即自我复制系统最初是如何出现的）和开放式进化（即该系统的达尔文进化如何导致复杂生物体的产生）。目前，许多假说能解释自发自我复制或开放式进化的过程，但尚无一个假说能详细描述导致这两者的事件序列。

地球上早期可能存在许多能够自我复制的简单系统，如火焰、自催化反应循环或脂质囊泡，但不清楚达尔文进化如何使这些系统产生复杂性。同时，一些复杂系统，如DNA与酶的组合、核酶与特定寡核苷酸底物、朊病毒、DNA晶体、机器人或计算机程序，虽然看起来可能进行复杂进化，但它们如何自发产生并不明确。

Graham Cairns - Smith提出，地球上早期常见的多型黏土晶体可能是最初的复制者。黏土晶体的每一层可以有不同的单体排列（层类型），层类型的序列包含信息。晶体生长传播这些信息，晶体破碎产生新的生长前沿来进一步传播信息。特定的黏土晶体序列可能促进催化功能，最终这些晶体序列会进化成更复杂的序列，直到晶体序列引发的化学反应能够自行进行自我复制，Cairns - Smith将此称为“基因接管”。然而，目前还没有人证明黏土晶体的信息复制，也没有直接实验证据表明特定的黏土序列具有使其成为高效复制者的特性。

更普遍地说，不清楚任何复杂晶体如何通过达尔文选择产生。本文使用DNA瓦片晶体作为研究二维晶体生长通用特征的模型系统，研究晶体生长动力学特征是否可能导致复杂晶体的进化。

2. DNA瓦片晶体的复制与进化

DNA瓦片晶体由瓦片单体组成，这些单体是寡核苷酸的刚性组件，带有短的单链DNA片段（粘性末端），用于与其他瓦片单体结合。瓦片可以组装成矩形晶格，形成二维晶体和带状结