स्व-उत्प्रेरक समूह

एक ऑटोकैटलिटिक सेट संस्थाओं का एक संग्रह है, जिनमें से प्रत्येक को सेट के भीतर अन्य संस्थाओं द्वारा उत्प्रेरित किया जा सकता है, जैसे कि समग्र रूप से, सेट अपने स्वयं के उत्पादन को उत्प्रेरित करने में सक्षम है। इस प्रकार संपूर्ण रूप से सेट को कटैलिसीस कहा जाता है। ऑटोकैटलिटिक सेट को मूल रूप से और सबसे ठोस रूप से आणविक इकाई के संदर्भ में परिभाषित किया गया था, लेकिन हाल ही में इसे समाजशास्त्र, पारिस्थितिकी और अर्थशास्त्र में प्रणालियों के अध्ययन के लिए रूपक रूप से विस्तारित किया गया है।

ऑटोकैटलिटिक सेटों 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 ऑटोकैटलिटिक सेट, सेलुलर पिंजरे का बँटवारा  की तरह, प्रत्येक आधे में मूल सेट की सभी प्रतिक्रियाओं को पुन: उत्पन्न करेगा। वास्तव में, ऑटोकैटलिसिस के सिद्धांतों का उपयोग करके, एक छोटा चयापचय बहुत कम उच्च स्तरीय संगठन के साथ खुद को दोहरा सकता है। यही कारण है कि ऑटोकैटलिसिस जटिल विकास के लिए मूलभूत तंत्र के रूप में एक दावेदार है।

जेम्स डी. वॉटसन और फ्रांसिस क्रिक से पहले, जीवविज्ञानियों ने सिद्धांत रूप में चयापचय के कार्य करने के तरीके को ऑटोकैटलिटिक सेट शाही सेना था, यानी एक प्रोटीन दूसरे प्रोटीन को संश्लेषित करने में मदद करता है और इसी तरह। दोहरी कुंडली  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 ऑटोकैटलिटिक सेट 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 वर्ल्ड) वाले अणु से नहीं, बल्कि एक ऑटोकैटलिटिक सेट से उत्पन्न हुआ है। पहला अनुभवजन्य समर्थन लिंकन और जॉयस से आया, जिन्होंने ऑटोकैटलिटिक सेट प्राप्त किया जिसमें दो [आरएनए] एंजाइम कुल चार घटक सब्सट्रेट्स से एक दूसरे के संश्लेषण को उत्प्रेरित करते हैं। इसके अलावा, एक विकासवादी प्रक्रिया जो इन स्व-प्रतिकृतियों की आबादी के साथ शुरू हुई, उसने आनुवंशिक पुनर्संयोजन प्रतिकृतियों के वर्चस्व वाली आबादी उत्पन्न की।

आधुनिक जीवन में एक ऑटोकैटलिटिक सेट के लक्षण हैं, क्योंकि कोई भी विशेष अणु या अणुओं का कोई भी वर्ग खुद को दोहराने में सक्षम नहीं है। स्टुअर्ट कॉफ़मैन सहित ऑटोकैटलिटिक सेट पर आधारित कई मॉडल हैं और दूसरे।

परिभाषा
अणुओं के एक सेट एम को देखते हुए, रासायनिक प्रतिक्रियाओं को मोटे तौर पर एम से उपसमुच्चय के जोड़े आर = (ए, बी) के रूप में परिभाषित किया जा सकता है: ए1 + ए2 + ... + एk → बी1 + बी2 + ... + बीk माना R स्वीकार्य प्रतिक्रियाओं का समुच्चय है। एक जोड़ी (एम, आर) एक प्रतिक्रिया प्रणाली (आरएस) है।

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

सी = {(एम, आर) | एम ∈ एम, आर ∈ आर}

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 सीएल के इस सबसेट के सापेक्ष भोजन सेट के एक समापन (गणित) को परिभाषित करते हैंR'(एफ) अणुओं के समूह के रूप में जिसमें भोजन सेट और सभी अणु शामिल होते हैं जिन्हें भोजन सेट से शुरू करके और प्रतिक्रियाओं के इस सबसेट से केवल प्रतिक्रियाओं का उपयोग करके उत्पादित किया जा सकता है। औपचारिक रूप से सीएलR'(एफ) एम का एक न्यूनतम उपसमुच्चय है जैसे कि एफ ⊆ सीएलR'(एफ) और प्रत्येक प्रतिक्रिया के लिए आर'(ए, बी) ⊆ आर':

ए ⊆ सीएलR'(एफ) ⇒ बी ⊆ सीएलR'(एफ)

एक प्रतिक्रिया प्रणाली (सीएलR'(एफ), आर') ऑटोकैटलिटिक है, यदि और केवल यदि प्रत्येक प्रतिक्रिया के लिए आर'(ए, बी) ⊆ आर':
 * 1) वहां एक अणु c ⊆Cl मौजूद हैR'(एफ) ऐसा कि (सी, आर') ⊆ सी,
 * 2) ए ⊆ सीएलR'(एफ)।

उदाहरण
मान लीजिए M = {a, b, c, d, f, g} और F = {a, b}। माना कि समुच्चय R में निम्नलिखित प्रतिक्रियाएँ हैं:

ए + बी → सी + डी, जी द्वारा उत्प्रेरित ए + एफ → सी + बी, डी द्वारा उत्प्रेरित सी + बी → जी + ए, डी या एफ द्वारा उत्प्रेरित

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:

क्लोरीनR'(एफ) = {ए, बी, सी, डी, जी}

परिभाषा के अनुसार अधिकतम ऑटोकैटलिटिक उपसमुच्चय R' में दो प्रतिक्रियाएँ शामिल होंगी:

ए + बी → सी + डी, जी द्वारा उत्प्रेरित सी + बी → जी + ए, डी द्वारा उत्प्रेरित

(ए + एफ) के लिए प्रतिक्रिया आर' से संबंधित नहीं है क्योंकि एफ क्लोजर से संबंधित नहीं है। इसी प्रकार ऑटोकैटलिटिक सेट में (सी + बी) के लिए प्रतिक्रिया केवल डी द्वारा उत्प्रेरित की जा सकती है, एफ द्वारा नहीं।

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

जबकि ऊपर, उत्प्रेरक की धारणा गौण है जहां तक ​​कि केवल सेट है संपूर्ण को अपने स्वयं के उत्पादन को उत्प्रेरित करना होता है, यह अन्य परिभाषाओं में प्राथमिक है, ऑटोकैटलिटिक शब्द पर एक अलग जोर दिया गया। वहाँ, हर प्रतिक्रिया (या कार्य, परिवर्तन) की मध्यस्थता एक उत्प्रेरक द्वारा की जानी चाहिए। एक परिणाम के रूप में, प्रत्येक उत्प्रेरक अपनी-अपनी प्रतिक्रिया की मध्यस्थता करते हुए निरूपित करता है इसकी प्रतिक्रिया से भी स्व-निरूपण प्रणाली का निर्माण हुआ, जो दिलचस्प है दो कारणों से. सबसे पहले, वास्तविक चयापचय इस तरीके से संरचित होता है। दूसरा, सेल्फ डिनोटिंग सिस्टम को एक मध्यवर्ती कदम माना जा सकता है स्व-वर्णन प्रणालियों की ओर।

संरचनात्मक और प्राकृतिक ऐतिहासिक दोनों दृष्टिकोण से, कोई भी ऐसा कर सकता है औपचारिक परिभाषा में जब्त किए गए एसीएस को अधिक मूल के रूप में पहचानें अवधारणा, जबकि दूसरे में स्वयं व्यवस्था का प्रतिबिम्ब है पहले से ही एक स्पष्ट प्रस्तुति में लाया गया है, क्योंकि उत्प्रेरक प्रतिनिधित्व करते हैं उनके द्वारा प्रेरित प्रतिक्रिया. एसीएस साहित्य में, दोनों अवधारणाएँ मौजूद हैं, लेकिन अलग ढंग से जोर दिया गया।

दूसरी ओर से वर्गीकरण को पूरा करने के लिए सामान्यीकृत स्व पुनरुत्पादन प्रणालियाँ स्व-संकेत से आगे बढ़ती हैं। वहां नहीं असंरचित इकाइयाँ अब परिवर्तनों को आगे बढ़ाती हैं, लेकिन संरचित, वर्णित हैं। औपचारिक रूप से, एक सामान्यीकृत स्व-प्रजनन प्रणाली शामिल होती है दो फ़ंक्शन, यू और सी, उनके विवरण के साथ Desc(u) और निम्नलिखित परिभाषा के साथ Desc(c):

यू : विवरण(एक्स) -> एक्स c : Desc(X) -> Desc(X)

जहां फ़ंक्शन 'यू' वॉन न्यूमैन यूनिवर्सल कंस्ट्रक्टर है| यूनिवर्सल कंस्ट्रक्टर, जो निर्माण करता है इसके डोमेन में सब कुछ उचित विवरण से है, जबकि 'सी' एक प्रति है किसी भी विवरण के लिए कार्य करें। 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 का श्रेय जॉन वॉन न्यूमैन को दिया जा सकता है स्व-प्रतिकृति ऑटोमेटा पर काम करें, जहां वह किसी के लिए आवश्यक आत्म विवरण रखता है हस्तक्षेपों से बचने के लिए गैर-तुच्छ (सामान्यीकृत) स्व-पुनरुत्पादन प्रणाली। वॉन न्यूमैन ने डिज़ाइन करने की योजना बनाई मॉडल रसायन विज्ञान के लिए भी ऐसी प्रणाली।

गैर-स्वायत्त ऑटोकैटलिटिक सेट
ऑटोकैटलिटिक सेट पर लगभग सभी लेख खुले रहते हैं कि क्या सेट हैं स्वायत्त माना जाए या नहीं. अक्सर सेट की स्वायत्तता चुपचाप होती है मान लिया गया.

संभवतः, उपरोक्त संदर्भ में स्वायत्त स्व-प्रतिकृति पर ज़ोर दिया गया है और जीवन की प्रारंभिक उत्पत्ति. लेकिन ऑटोकैटलिटिक सेट की अवधारणा वास्तव में अधिक सामान्य और है विभिन्न तकनीकी क्षेत्रों में व्यावहारिक उपयोग में, उदा. जहां आत्मनिर्भर उपकरण श्रृंखलाएं हैं संभाला. स्पष्ट रूप से, ऐसे सेट स्वायत्त नहीं हैं और मानव एजेंसी की वस्तु हैं।

गैर-स्वायत्त ऑटोकैटलिटिक सेटों के व्यावहारिक महत्व के उदाहरण पाए जा सकते हैं। [[बूटस्ट्रैपिंग (संकलक)]]कंपाइलर) और स्व-होस्टिंग (संकलक)कंपाइलर) के क्षेत्र में, जहां संबंधित निर्माणों की स्व-संदर्भित प्रकृति पर स्पष्ट रूप से चर्चा की जाती है, अक्सर बूटस्ट्रैपिंग के रूप में।

जीवन के अन्य सिद्धांतों से तुलना
ऑटोकैटलिटिक सेट जीवन के कई मौजूदा सिद्धांतों में से एक है, जिसमें केमोटन भी शामिल है टिबोर गंती का, मैनफ्रेड ओन और पीटर शूस्टर का हाइपरसाइकिल (रसायन विज्ञान), रॉबर्ट रोसेन (सैद्धांतिक जीवविज्ञानी)#जटिलता और जटिल वैज्ञानिक मॉडल: (एम,आर) सिस्टम | (एम,आर) सिस्टम रॉबर्ट रोसेन (सैद्धांतिक जीवविज्ञानी), और स्वभाग्यनिर्णय (या आत्म-निर्माण) की हम्बर्टो मटुराना और फ़्रांसिस्को वेरेला की। इन सभी (ऑटोकैटलिटिक सेटों सहित) को उनकी मूल प्रेरणा इरविन श्रोडिंगर की पुस्तक व्हाट्स इज़ लाइफ में मिली? लेकिन पहली नज़र में ऐसा प्रतीत होता है कि उनमें एक-दूसरे के साथ बहुत कम समानता है, इसका मुख्य कारण यह है कि लेखकों ने एक-दूसरे के साथ संवाद नहीं किया, और उनमें से किसी ने भी अपने प्रमुख प्रकाशनों में किसी भी अन्य सिद्धांत का कोई संदर्भ नहीं दिया। फिर भी, पहली नजर में जितनी समानताएँ स्पष्ट हो सकती हैं, उससे कहीं अधिक समानताएँ हैं, उदाहरण के लिए गंती और रोसेन के बीच। हाल ही तक  विभिन्न सिद्धांतों की तुलना करने और उन पर एक साथ चर्चा करने का लगभग कोई प्रयास नहीं किया गया 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 परिणामस्वरूप 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 मतलब है कि LUCA पुराने पूर्वजों के एक लंबे उत्तराधिकार से पहले था। 