स्व-उत्प्रेरक समूह

स्व-उत्प्रेरक समूह संस्थाओं का एक संग्रह है, जिनमें से प्रत्येक को समूह के भीतर अन्य संस्थाओं द्वारा उत्प्रेरक रूप से बनाया जा सकता है, जैसे कि समग्र रूप से, समूह अपने स्वयं के उत्पादन को उत्प्रेरित करने में सक्षम है। इस प्रकार समग्र रूप से समूह को कटैलिसीस कहा जाता है। स्व-उत्प्रेरक समूह मूल रूप से और सबसे ठोस रूप से आणविक इकाई के संदर्भ में परिभाषित किए गए थे, लेकिन हाल ही में इन्हें समाजशास्त्र, पारिस्थितिकी और अर्थशास्त्र में प्रणालियों के अध्ययन के लिए रूपक रूप से विस्तारित किया गया है।

स्व-उत्प्रेरक समूहों में भी खुद को दोहराने की क्षमता होती है यदि वे दो भौतिक रूप से अलग स्थानों में विभाजित हो जाते हैं। कंप्यूटर मॉडल बताते हैं कि विभाजित स्व-उत्प्रेरक समूह, सेलुलर माइटोसिस की तरह, प्रत्येक आधे में मूल समूह की सभी प्रतिक्रियाओं को पुन: उत्पन्न करेगा। वास्तव में, रासायनिक प्रतिक्रिया के सिद्धांतों का उपयोग करके, एक छोटा चयापचय बहुत कम उच्च स्तरीय संगठन के साथ खुद को दोहरा सकता है। यही कारण है कि रासायनिक प्रतिक्रिया जटिल विकास के लिए मूलभूत तंत्र के रूप में एक दावेदार है।

वॉटसन और फ्रांसिस क्रिक से पहले, जीवविज्ञानियों ने सिद्धांत रूप में चयापचय के कार्य करने के तरीके को स्व-उत्प्रेरक समूह माना था, यानी एक प्रोटीन दूसरे प्रोटीन को संश्लेषित करने में मदद करता है और इसी तरह। डबल हेलिक्स की खोज के बाद, आणविक जीव विज्ञान की केंद्रीय हठधर्मिता तैयार की गई, जो यह है कि डीएनए को आरएनए में स्थानांतरित किया जाता है जो प्रोटीन में अनुवादित होता है। डीएनए और आरएनए की आणविक संरचना, साथ ही उनके प्रजनन को बनाए रखने वाला चयापचय, इतना जटिल माना जाता है कि रसायन विज्ञान के सूप से एक चरण में अनायास उत्पन्न हो सकता है।

जीवन की उत्पत्ति के कई मॉडल इस धारणा पर आधारित हैं कि जीवन एक प्रारंभिक आणविक स्व-उत्प्रेरक समूह के विकास के माध्यम से उत्पन्न हुआ होगा जो समय के साथ विकसित हुआ। इनमें से अधिकांश मॉडल जो जटिल प्रणालियों के अध्ययन से उभरे हैं, यह भविष्यवाणी करते हैं कि जीवन किसी विशेष गुण (जैसे स्व-प्रतिकृति आरएनए) वाले अणु से नहीं बल्कि एक स्व-उत्प्रेरक समूह से उत्पन्न हुआ है। पहला अनुभवजन्य समर्थन लिंकन और जॉयस से आया, जिन्होंने स्व-उत्प्रेरक समूह प्राप्त किए जिसमें "दो [आरएनए] एंजाइम कुल चार घटक सब्सट्रेट्स से एक दूसरे के संश्लेषण को उत्प्रेरित करते हैं।" इसके अलावा, एक विकासवादी प्रक्रिया जो इनकी आबादी के साथ शुरू हुई स्व-प्रतिकृतियों से आनुवंशिक पुनर्संयोजन प्रतिकृतियों के वर्चस्व वाली जनसंख्या प्राप्त हुई।

आधुनिक जीवन में एक स्व-उत्प्रेरक समूह के लक्षण हैं, क्योंकि कोई भी विशेष अणु या अणुओं का कोई भी वर्ग खुद को दोहराने में सक्षम नहीं है। स्टुअर्ट कॉफ़मैन समूह पर आधारित कई मॉडल हैं, जिनमें स्टुअर्ट कॉफ़मैन और अन्य सम्मिलित हैं।

परिभाषा
अणुओं के एक समूह M को देखते हुए, रासायनिक प्रतिक्रियाओं को मोटे तौर पर एम से उपसमूह के जोड़े r = (A, B) के रूप में परिभाषित किया जा सकता है: a1 + a2 + ... + ak → b1 + b2 + ... + bk माना R स्वीकार्य प्रतिक्रियाओं का समूह है। एक जोड़ी (M, R) एक प्रतिक्रिया प्रणाली (RS) है।

मान लीजिए C अणु-प्रतिक्रिया युग्मों का समूह है जो निर्दिष्ट करता है कि कौन से अणु कौन सी प्रतिक्रियाओं को उत्प्रेरित कर सकते हैं:

C = {(m, r) | m ∈ M, r ∈ R}

मान लीजिए F ⊆ M भोजन का एक समूह है (पर्यावरण से स्वतंत्र रूप से उपलब्ध अणुओं की छोटी संख्या) और R' ⊆ R प्रतिक्रियाओं का कुछ उपसमूह है। हम प्रतिक्रियाओं के इस उपसमूह के सापेक्ष भोजन समूह के बंद होने को परिभाषित करते हैं, ClR'(F) णुओं के समूह के रूप में जिसमें भोजन समूह और सभी अणु सम्मिलित होते हैं जिन्हें भोजन समूह से शुरू किया जा सकता है और प्रतिक्रियाओं के इस उपसमूह से केवल प्रतिक्रियाओं का उपयोग किया जा सकता है। औपचारिक रूप से ClR'(F) का एक न्यूनतम उपसमूह जैसे कि F ⊆ ClR'(F) और प्रत्येक प्रतिक्रिया r'(A, B) ⊆ R' है: A ⊆ ClR'(F) ⇒ B ⊆ ClR'(F) एक प्रतिक्रिया प्रणाली (ClR'(F), R') स्वतः उत्प्रेरक है यदि और केवल यदि प्रत्येक प्रतिक्रिया r'(A, B) ⊆ R' के लिए:
 * 1) एक अणु c ⊆ClR'(F) इस प्रकार मौजूद है कि (c, r') ⊆ C,
 * 2) A ⊆ ClR'(F).

उदाहरण
मान लीजिए M = {a, b, c, d, f, g} और F = {a, b}। माना कि समूह R में निम्नलिखित प्रतिक्रियाएँ हैं: a + b → c + d, catalyzed by g  a + f  → c + b, catalyzed by d  c + b  → g + a, catalyzed by d or f F = {a, b} से हम {c, d} उत्पन्न कर सकते हैं और फिर {c, b} से हम {g, a} उत्पन्न कर सकते हैं, इसलिए समापन इसके बराबर है:

ClR'(F) = {a, b, c, d, g}

परिभाषा के अनुसार अधिकतम स्व-उत्प्रेरक उपसमूह R' में दो प्रतिक्रियाएँ सम्मिलित होंगी:

a + b → c + d, catalyzed by g  c + b  → g + a, catalyzed by d (ए + एफ) के लिए प्रतिक्रिया आर' से संबंधित नहीं है क्योंकि एफ क्लोजर से संबंधित नहीं है। इसी प्रकार स्व-उत्प्रेरक समूह में (सी + बी) के लिए प्रतिक्रिया केवल डी द्वारा उत्प्रेरित की जा सकती है, एफ द्वारा नहीं।

संभावना है कि एक यादृच्छिक समूह स्वत: उत्प्रेरक है
उपरोक्त मॉडल के अध्ययन से पता चलता है कि यादृच्छिक आरएस कुछ मान्यताओं के तहत उच्च संभावना के साथ स्व-उत्प्रेरक हो सकता है। यह इस तथ्य से आता है कि अणुओं की बढ़ती संख्या के साथ, यदि अणु जटिलता में बढ़ते हैं, तो संभावित प्रतिक्रियाओं और उत्प्रेरकों की संख्या और भी बड़ी हो जाती है, जिससे आरएस के एक हिस्से को स्व-समर्थित बनाने के लिए स्टोकेस्टिक रूप से पर्याप्त प्रतिक्रियाएं और उत्प्रेरक उत्पन्न होते हैं। एक स्व-उत्प्रेरक समूह उसी कारण से अणुओं की बढ़ती संख्या के साथ बहुत तेजी से फैलता है। ये सैद्धांतिक परिणाम जीवन की प्रारंभिक उत्पत्ति की वैज्ञानिक व्याख्या के लिए स्व-उत्प्रेरक समूह को आकर्षक बनाते हैं।

औपचारिक सीमाएँ
औपचारिक रूप से, अणुओं को असंरचित संस्थाओं के अलावा कुछ भी मानना ​​मुश्किल है, क्योंकि संभावित प्रतिक्रियाओं (और अणुओं) का समूह अनंत हो जाएगा। इसलिए, डीएनए, आरएनए या प्रोटीन को मॉडल करने के लिए आवश्यक मनमाने ढंग से लंबे पॉलीमर की व्युत्पत्ति अभी तक संभव नहीं है। आरएनए वर्ल्ड के अध्ययन भी इसी समस्या से ग्रस्त हैं।

भाषाई पहलू
उपरोक्त परिभाषा के विपरीत, जो कृत्रिम रसायन विज्ञान के क्षेत्र पर लागू होती है, स्व-उत्प्रेरक समूह की कोई सर्वसम्मत धारणा आज मौजूद नहीं है।

जबकि ऊपर, उत्प्रेरक की धारणा गौण है, जहां तक ​​कि संपूर्ण समूह को ही अपने उत्पादन को उत्प्रेरित करना होता है, यह अन्य परिभाषाओं में प्राथमिक है, जो "स्व-उत्प्रेरक समूह" शब्द को एक अलग जोर देता है। वहां, प्रत्येक प्रतिक्रिया (या कार्य, परिवर्तन) की मध्यस्थता एक उत्प्रेरक द्वारा की जानी होती है। परिणामस्वरूप, अपनी संबंधित प्रतिक्रिया की मध्यस्थता करते समय, प्रत्येक उत्प्रेरक अपनी प्रतिक्रिया को भी दर्शाता है, जिसके परिणामस्वरूप एक स्व-निरूपण प्रणाली बनती है, जो दो कारणों से दिलचस्प है। सबसे पहले, वास्तविक चयापचय इस तरीके से संरचित होता है। दूसरा, स्व-निरूपण प्रणालियों को स्व-वर्णन प्रणालियों की दिशा में एक मध्यवर्ती कदम माना जा सकता है।

संरचनात्मक और प्राकृतिक ऐतिहासिक दृष्टिकोण दोनों से, कोई एसीएस को औपचारिक परिभाषा में अधिक मूल अवधारणा के रूप में पहचान सकता है, जबकि दूसरे में, सिस्टम का प्रतिबिंब पहले से ही एक स्पष्ट प्रस्तुति में लाया जाता है, क्योंकि उत्प्रेरक उनके द्वारा प्रेरित प्रतिक्रिया का प्रतिनिधित्व करते हैं। एसीएस साहित्य में, दोनों अवधारणाएं मौजूद हैं, लेकिन अलग-अलग जोर दिया गया है।

दूसरी ओर से वर्गीकरण को पूरा करने के लिए, सामान्यीकृत स्व-पुनरुत्पादन प्रणालियाँ स्व-संकेत से आगे बढ़ती हैं। वहां, कोई असंरचित संस्थाएं अब परिवर्तन नहीं करतीं, बल्कि संरचित, वर्णित इकाइयां करती हैं। औपचारिक रूप से, एक सामान्यीकृत स्व-पुनरुत्पादन प्रणाली में दो फ़ंक्शन, यू और सी सम्मिलित होते हैं, साथ में उनके विवरण Desc(u) और Desc(c) निम्नलिखित परिभाषा के साथ होते हैं: u : Desc(X) -> X c : Desc(X) -> Desc(X) जहां फ़ंक्शन 'यू' "यूनिवर्सल" कंस्ट्रक्टर है, जो उचित विवरण से अपने डोमेन में सब कुछ बनाता है, जबकि 'सी' किसी भी विवरण के लिए एक कॉपी फ़ंक्शन है। व्यावहारिक रूप से, 'यू' और 'सी' कई उप-कार्यों या उत्प्रेरकों में विभाजित हो सकते हैं।

ध्यान दें कि (तुच्छ) कॉपी फ़ंक्शन 'सी' आवश्यक है क्योंकि यद्यपि सार्वभौमिक कंस्ट्रक्टर 'यू' किसी भी विवरण का निर्माण करने में सक्षम होगा, साथ ही, वह विवरण जिस पर आधारित होगा, उसमें होगा आम तौर पर परिणाम से अधिक लंबा होता है, जिससे पूर्ण स्व-प्रतिकृति असंभव हो जाती है।

इस अंतिम अवधारणा को स्व-पुनरुत्पादन ऑटोमेटा पर जॉन वॉन न्यूमैन के काम के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है, जहां वह हस्तक्षेप से बचने के लिए किसी भी गैर-तुच्छ (सामान्यीकृत) स्व-पुनरुत्पादन प्रणाली के लिए आवश्यक आत्म विवरण रखता है। वॉन न्यूमैन ने मॉडल रसायन विज्ञान के लिए भी ऐसी प्रणाली डिजाइन करने की योजना बनाई।

गैर-स्वायत्त स्व-उत्प्रेरक समूह
स्व-उत्प्रेरक समूह पर लगभग सभी लेख इस बात को खुला छोड़ देते हैं कि समूह को स्वायत्त माना जाए या नहीं। अक्सर, समूह की स्वायत्तता चुपचाप मान ली जाती है।

संभवतः, उपरोक्त संदर्भ में स्वायत्त आत्म प्रतिकृति और जीवन की प्रारंभिक उत्पत्ति पर ज़ोर दिया गया है। लेकिन स्व-उत्प्रेरक समूह की अवधारणा वास्तव में अधिक सामान्य है और विभिन्न तकनीकी क्षेत्रों में व्यावहारिक उपयोग में है, जैसे जहां आत्मनिर्भर उपकरण श्रृंखलाओं को संभाला जाता है। स्पष्ट रूप से, ऐसे समूह स्वायत्त नहीं हैं और मानव एजेंसी की वस्तु हैं।

गैर-स्वायत्त स्व-उत्प्रेरक समूहों के व्यावहारिक महत्व के उदाहरण पाए जा सकते हैं। कंपाइलर निर्माण के क्षेत्र में और ऑपरेटिंग सिस्टम में, जहां संबंधित निर्माणों की स्व-संदर्भित प्रकृति को अक्सर बूटस्ट्रैपिंग के रूप में स्पष्ट रूप से चर्चा की जाती है।

जीवन के अन्य सिद्धांतों से तुलना
स्व-उत्प्रेरक समूह जीवन के कई मौजूदा सिद्धांतों में से एक है, जिसमें टिबोर गैंटी का केमोटन, मैनफ्रेड ओन और पीटर शूस्टर का हाइपरसाइकिल (रसायन विज्ञान),  (एम, आर) सिस्टम [9] सम्मिलित हैं।  रॉबर्ट रोसेन (सैद्धांतिक जीवविज्ञानी) और ऑटोपोइज़िस (या आत्म-निर्माण) हम्बर्टो मटुराना और फ़्रांसिस्को वेरेला का। इन सभी (स्व-उत्प्रेरक समूहों सहित) को उनकी मूल प्रेरणा इरविन श्रोडिंगर की पुस्तक व्हाट्स इज़ लाइफ में मिली? लेकिन पहली बार में उनमें एक-दूसरे के साथ बहुत कम समानता दिखाई देती है, मुख्यतः क्योंकि लेखकों ने एक-दूसरे के साथ संवाद नहीं किया, और किसी ने भी नहीं उनमें से किसी ने अपने प्रमुख प्रकाशनों में किसी अन्य सिद्धांत का कोई संदर्भ दिया। बहरहाल, पहली नज़र में जितनी समानताएँ स्पष्ट हो सकती हैं, उससे कहीं अधिक समानताएँ हैं, उदाहरण के लिए गंती और रोसेन के बीच।[13] हाल तक   विभिन्न सिद्धांतों की तुलना करने और उन पर एक साथ चर्चा करने का लगभग कोई प्रयास नहीं हुआ है।

अंतिम सार्वभौमिक सामान्य पूर्वज (LUCA)
कुछ लेखक जीवन की उत्पत्ति के मॉडल की तुलना सभी मौजूदा जीवन के अंतिम सार्वभौमिक सामान्य पूर्वज, LUCA से करते हैं। यह पहचानने में विफलता के कारण हुई एक गंभीर त्रुटि है कि एल अंतिम सामान्य पूर्वज को संदर्भित करता है, न कि पहले पूर्वज को, जो कि बहुत पुराना है: एलयूसीए की उपस्थिति से पहले बड़ी मात्रा में विकास हुआ था।

गिल और फोर्टेरे ने आवश्यक बात इस प्रकार व्यक्त की:

LUCA को पहली कोशिका के साथ भ्रमित नहीं किया जाना चाहिए, बल्कि यह विकास की लंबी अवधि का उत्पाद था। "अंतिम" होने का अर्थ है कि LUCA से पहले पुराने "पूर्वजों" का एक लंबा उत्तराधिकार था।