Биологи готовы сказать, на каких планетах есть жизнь и какая

[Ssid]

Представьте себе, насколько маловероятно то, что молекулы вдруг соберутся и создадут первый живой организм. Это все равно что положить детали в коробку и начать ее трясти, в надежде что детали соберутся ну допустим, в часы.

ну не стоит так упрощать механизмы эволюции
это все равно, что взять десять обезьян, запереть в клетку и начать лупить палкой, в надежде, что уже в течении одного поколения одна из них напишет "Илиаду"
а если не напишет - представить это в качестве доказательство создания человека в результате генетических экспериментов инопланетян

[Ssid]

На то, что самосборка живой клетки не может длиться аки постройка египетской пирамиды, тем более геологический процесс, критики указывали дубовым самозарожденцам ещё во времена Опарина.

вы Опарина читали? ни о какой сборке клеток из молекул там и речи нет
не путайте "самосборку" (из ничего) и "эволюцию органических молекул"
каждая биохимическая реакция протекает доли секунды... но их сотни, тысячи, миллионы... синтез и разрушение... на 1 000 000 синтезированных будет 999 999 разрушений в секунду
в процессе образуются где более, где менее устойчивые молекулы, более устойчивые объединяются в комплексы... и т.д.
а не так, что миллион нуклеотидов в сахарном растворе смешали, проведи миллион операций синтеза и получили один ген гемоглобина - это да, как самолет из свалки

[Combinator]

Наиболее высокая каталитическая активность рибозимов наблюдается при температурах ниже нуля градусов по Цельсию.

однако организмы при температурах выше 100 градусов живут.

Да, самые термостойкие живут вплодь до температуры 100С с копейками. Но это только потому, что у них за метаболизм уже давно процентов на 99 отвечают не рибозимы, а белки.

[Combinator]

вмороженные в лед... угу...
источник можно?

http://elementy.ru/news/164694
==============================
У рибозимов есть интересная особенность: максимум их активности приходится на низкие температуры. То есть они фактически обеспечивают низкотемпературный катализ.

Свойства рибозимов новосибирские исследователи проверили экспериментально. Они работали с так называемым «шпилечным рибозимом», который содержится в вирусе табачной мозаики. Эта ферментная РНК «собирает» в заданном порядке геномную РНК вируса, нарезая и сшивая участки молекулы РНК, которые синтезируются из нуклеотидов на ее цепи. Ученые синтезировали участок РНК вируса табачной мозаики, очистили от примесей, добавили в получившийся раствор немного рибозима и инкубировали пробы при разной температуре.

Когда они сравнили, что получилось, оказалось, что количество вновь синтезированной РНК находится в обратной зависимости от температуры раствора. При положительной температуре рибозим только расщеплял нуклеотидную цепочку, а сшивал кусочки очень неэффективно, в результате в растворе образовалось не более 4% новых продуктов. А при температуре минус 10 градусов фермент расщеплял РНК и сшивал ее в новом порядке, так что «неиспользованных» деталей практически не оставалось. По мнению ученых, рибозим начинает активно работать из-за дегидратации раствора при его охлаждении.

[Ssid]

А при температуре минус 10 градусов фермент расщеплял РНК и сшивал ее в новом порядке, так что «неиспользованных» деталей практически не оставалось
http://elementy.ru/news/164694

где они это делали?
явно не в водном растворе... (смущает кстати, что не описаны условия)
и с точки зрения возникновения жизни 4% выхода реакции (по приведенной статье) в растворе с постоянно циркулирующим большим объемом органических молекул будет гораздо эффективней, чем выход в куске льда или на какой-то уникальной/специально подготовленной поверхности...

[Kweni]

Хотя вывод насчёт "ничего экстраординарного" и "марсианских вариантов" целиком и полностью принадлежит Kweni.

С одной стороны, это так. Но, подобно выводу теоремы Пифагора из аксиом геометрии, такой вывод может сделать каждый, он просто неизбежен.

У рибозимов есть интересная особенность: максимум их активности приходится  на низкие температуры. Свойства рибозимов новосибирские исследователи проверили экспериментально. Они работали с так называемым «шпилечным рибозимом»,

Отучаемся говорить за все рибозимы. Если бы взяли белок трипсин из желудочного сока, обнаружили, что он работает только в кислоте, и сделали вывод «у белков есть интересная особенность: они могут работать только в кислоте», это было бы то же самое и так же неверно.

Вообще-то данное исследование несколько не о том. Фактически было выяснено, что каталитические свойства данного рибозима лучше проявляются при уменьшении активности воды в растворе. Это не обязательно понижение температуры – «При обычной температуре можно добиться такого же эффекта, введя в реакционную смесь спирты», написано там. Какая была активность водного раствора в пору образования жизни, по одной температуре не скажешь, и поэтому так сразу не скажешь, какую каталитическую активность имели рибозимы тогда.

[Combinator]

где они это делали?
явно не в водном растворе... (смущает кстати, что не описаны условия)

Как раз именно в водном растворе.

http://elementy.ru/lib/431077:
===========================
Весомый вклад в эти исследования вносят ученые из Института химической биологии и фундаментальной медицины (г. Новосибирск) и Института белка (г. Пущино) под руководством академиков В. В. Власова и А. С. Спирина. Любопытно, что многие рибозимы работают лучше всего при низких температурах, иногда даже ниже точки замерзания воды — в крошечных полостях льда, где достигаются высокие концентрации реагентов. Некоторые считают это свидетельством того, что жизнь зарождалась при низких температурах.

[Kweni]

Не совсем понятно, вы пытаетесь этим опровергнуть возможность РНК-мира? Если РНК лучше работает на холоде, чем в жару, значит, РНК должна была дожидаться остывания Земли для работы – таков, что ли, ваш вывод?

[Combinator]

Отучаемся говорить за все рибозимы. Если бы исследователи взяли белок трипсин из желудочного сока, обнаружили, что он работает только в кислоте, и сделали вывод «у белков есть интересная особенность: они могут работать только в кислоте», это было бы то же самое и так же неверно.

Вообще-то данное исследование несколько не о том. Фактически было выяснено, что каталитические свойства данного рибозима лучше проявляются при уменьшении активности воды в растворе. Это не обязательно понижение температуры – «При обычной температуре можно добиться такого же эффекта, введя в реакционную смесь спирты», написано там.

А откуда бы на Земле 4 млрд. лет назад взяться такому количеству спирта, что он вытеснит почти всю воду? ))
Несомненно, -10 градусов это экстрим, и большинство рибозимов работают и при более высоких температурах, тем не менее, повторяю, "мир РНК" при 100 градусах Цельсия, это полная утопия. Вот, например, фрагмент обсуждения доклада Спирина «ДРЕВНИЙ МИР РНК»
=====================================
А.Б. Макалкин: Увеличение амплитуды колебаний температуры замедлит процесс синтеза? Почему интервал от 20 до 40 °С, а не от 0 до 50?

А.С.С: При 50 °С сильно (на порядок) увеличивается скорость деградации полирибонуклеотидов. При низких температурах реакции сильно замедлятся. При 20 °С замораживается плавление спиралей РНК.

[Combinator]

Не совсем понятно, вы пытаетесь этим опровергнуть возможность РНК-мира? Если РНК лучше работает на холоде, чем в жару, значит, РНК должна была дожидаться остывания Земли для работы – таков, что ли, ваш вывод?

РНК-мир скорее всего действительно существовал, но отнюдь не в горячих источниках. Кстати, и молекулярные данные указывают на то, что LUCA был скорее мезофилом, чем термофилом.

До кучи, вот ещё одна независимая ссылка: http://www.biology-direct.com/content/pdf/1745-6150-7-23.pdf
=====================================
RNA is often considered too unstable to have accumulated in the prebiotic environment.
RNA is particularly labile at moderate to high temperatures, and thus a number of groups
have proposed the RNA world may have evolved on ice, possibly in the eutectic phase (a
liquid phase within the ice solid) [29-33]. Two of these studies [31,32] demonstrated
maximal ribozymic activity at −7 to −8 °C, possibly due to the combined effects of increased
RNA concentration and lowered water activity.

[Kweni]

А откуда бы на Земле 4 млрд. лет назад взяться такому количеству спирта, что он вытеснит почти всю воду? ))

Веществ с таким же действием огромное количество. Спирт в статье явно приведён как пример.

Что касается фрагмента обсуждения – это всего лишь обсуждение, и оно наверняка касается только узких аспектов того, что обсуждали. Например, те же бактерии, живущие при +120. У них есть РНК, много разновидностей. Если принять  «При 50 °С сильно (на порядок) увеличивается скорость деградации полирибонуклеотидов.» за непреложный догмат, запрещающий РНК при высокой температуре,таких бактерий просто не могло бы существовать.

Просто очень многое зависит от условий, и не только от температуры. Вот, например, из текста по ссылкам в начале темы:

В поисках возможной функции белков, не зависящей от последовательности, исследователи обратили внимание на механизм связывания многих белков с РНК: там образуются водородные связи между альфа-спиралью и 2' гидроксилами рибозы, торчащими в малый желобок двуспиральной РНК. Со стороны белка связь образуют карбонильные группы пептидной цепи, а боковые цепи аминокислот не участвуют. Альфа-спираль в малом желобке закрывает 2' гидроксильные группы, что защищает РНК от многих неприятностей. С атаки на эти группы начинается гидролиз РНК щелочами, ионами металлов и ферментами-РНКазами, и пептид случайной последовательности или гомополимер одной аминокислоты уже обеспечивает заметную защиту.

Разве такой комплекс белка с РНК будет реагировать на температуру так же, как и чистая РНК?

Но вообще-то, уважаемый Combinator, мы отвлеклись от темы. Заметьте – в перечне необходимых для жизни условий я ничего не говорил о температуре, за исключением фразы об океанах/морях жидкой воды, подразумевающей настолько широкий температурный интервал, что в него прекрасно вместится и ваше суждение об РНК-мире. А вы взялись спорить с фразой из другого источника – сайта poteplenie.ru, которая вовсе не является частью предлагаемой к обсуждению компиляции биологических статей.

[Combinator]

А откуда бы на Земле 4 млрд. лет назад взяться такому количеству спирта, что он вытеснит почти всю воду? ))

Веществ с таким же действием огромное количество. Спирт в статье явно приведён как пример.

Вот когда будут проведены реальные эксперименты с веществами, которые РЕАЛЬНО могли присутствовать в то время на Земле в концентрациях, сравнимых с концентрацией воды, тогда и будет что обсуждать, а пока обсуждаем то, что есть...

Что касается фрагмента обсуждения – это всего лишь обсуждение, и оно наверняка касается только узких аспектов того, что обсуждали. Например, те же бактерии, живущие при +120. У них есть РНК, в рибосомах, участвующая в синтезе белка, и еще несколько видов без каталитической активности. Если принять  «При 50 °С сильно (на порядок) увеличивается скорость деградации полирибонуклеотидов.» за непреложный догмат, запрещающий РНК при высокой температуре,таких бактерий просто не могло бы существовать.

Во-первых, РНК в рибосомах живут не сами по себе, а в плотной "опалубке" белков, что, видимо, во многом повышает их стабильность. Во-вторых, устойчивость цепочек РНК к высоким температурам повышается при увеличении их длины, но самосборка сразу же на первых этапах эволюции РНК-мира рибозимов длиной в несколько сотен но, способных к тому же катализировать собственный синтез, вряд ли реалистична.  В третьих, у современных термофильных бактерий в результате длительной эволюции выработалось много достаточно сложных способов борьбы за живучесть (белки-шапероны, помогающие правильно сворачиваться другим белкам, система починки повреждений ДНК и т.д.), которых явно не было на самых ранних этапах эволюции жизни.

[Kweni]

Хорошо, хорошо, пускай РНК-мир живёт при температурах от 0 до +50 градусов, убедили. Но мы отвлеклись от темы. Заметьте – в перечне необходимых для жизни условий ничего не сказано о температуре, за исключением фразы об океанах/морях жидкой воды, подразумевающей настолько широкий температурный интервал, что в него прекрасно вместится и ваше суждение об РНК-мире. А вы взялись спорить с фразой из другого источника – сайта poteplenie.ru, которая вовсе не является частью предлагаемой к обсуждению компиляции биологических статей. Высокая температура там – лишь в жерле гидротермального источника, из которого отлагается сфалерит, но РНК не обязана обитать в самом жерле.

[Combinator]

Просто очень многое зависит от условий, и не только от температуры. Вот, например, из текста по ссылкам в начале темы:

В поисках возможной функции белков, не зависящей от последовательности, исследователи обратили внимание на механизм связывания многих белков с РНК: там образуются водородные связи между альфа-спиралью и 2' гидроксилами рибозы, торчащими в малый желобок двуспиральной РНК. Со стороны белка связь образуют карбонильные группы пептидной цепи, а боковые цепи аминокислот не участвуют. Альфа-спираль в малом желобке закрывает 2' гидроксильные группы, что защищает РНК от многих неприятностей. С атаки на эти группы начинается гидролиз РНК щелочами, ионами металлов и ферментами-РНКазами, и пептид случайной последовательности или гомополимер одной аминокислоты уже обеспечивает заметную защиту.

Разве такой комплекс белка с РНК будет реагировать на температуру так же, как и чистая РНК?

Наверное, он будет защищён гораздо лучше, но вообще-то "классическая" концепция РНК-мира предпологает, что на первых этапах РНК обходились без белков, которые появились лишь после образования комплекса тРНК - рибосома.

Но вообще-то, уважаемый Combinator, мы отвлеклись от темы. Заметьте – в перечне необходимых для жизни условий я ничего не говорил о температуре, за исключением фразы об океанах/морях жидкой воды, подразумевающей настолько широкий температурный интервал, что в него прекрасно вместится и ваше суждение об РНК-мире. А вы взялись спорить с фразой из другого источника – сайта poteplenie.ru, которая вовсе не является частью предлагаемой к обсуждению компиляции биологических статей.

Я, собственно, особенно и не спорил, лишь высказал (в ответ на  ссылку, приведённую fyunt-ом) своё скромное мнение, что в реальности, на мой взгляд, всё несколько сложнее, чем может изначально показаться после прочтения обзорных статей по приведённым ссылкам. Сразу раз-раз и в дамки не очень получается. Тем не менее, я считаю эти статьи очень интересными и полезными о чём, кстати, и написал в паре комментариев к ним в ЖЖ автора, задав ему параллельно несколько интересующих меня вопросов. 

[Combinator]

Хорошо, хорошо, пускай РНК-мир живёт при температурах от 0 до +50 градусов, убедили. Но мы отвлеклись от темы. Заметьте – в перечне необходимых для жизни условий ничего не сказано о температуре, за исключением фразы об океанах/морях жидкой воды, подразумевающей настолько широкий температурный интервал, что в него прекрасно вместится и ваше суждение об РНК-мире.

Если есть желание обсудить конкретные статьи, я лично совсем не против, только предлогаю всё же перенести обсуждение на завтра. ))

[Nucleosome]

Но это только потому, что у них за метаболизм уже давно процентов на 99 отвечают не рибозимы, а белки.

как такое возможно? а рибосомы что тоже не используют РНК?

Любопытно, что многие рибозимы работают лучше всего при низких температурах, иногда даже ниже точки замерзания воды — в крошечных полостях льда, где достигаются высокие концентрации реагентов.

если это так, то тут явное не проверенное условие - пузырёк и слишком мелкий да ещё и из переохлаждённой воды, и реагенты ещё и в высокой концентрации...

А откуда бы на Земле 4 млрд. лет назад взяться такому количеству спирта, что он вытеснит почти всю воду? ))

в пузырьке  промоченной глины на дне лужи - почему бы и нет...

[fyunt]

Не с точки зрения бросить камень в огород, а токмо для понимания, что всё не так уж просто, как иногда кажется - ни при 100°С, ни, тем более, при 150°С мир РНК попросту не мог существовать. Наиболее высокая каталитическая активность рибозимов наблюдается при температурах ниже нуля градусов по Цельсию.

Уж лучше кидайте! В их огород.
В том огороде описаны достаточно конкретные условия ... которые согласно вышеприведённой ссылке вполне могли быть в начале архея.

Сульфид цинка хорошо адсорбирует нуклеиновые кислоты, так как шаг положительно заряженых ионов на его поверхности совпадает шагу фосфатов РНК и ДНК. В некоторых условиях фотоокисление фосфита до фосфата на ZnS сопрягается с фосфорилированием разных органических молекул и, возможно, с полимеризацией нуклеозидов (сахар+азотистое основание) в полинуклеотиды.
Кроме того, сульфид цинка способен принимать фотовозбуждение с нуклеотидов, их полимеров, полипептидов и других молекул. С одной стороны, это защищает полимеры от УФ-расщепления, с другой стороны, накопление полимеров на поверхности минерала позволяет собирать больше света и ускоряет фотосинтез в этом месте.
Чтобы геотермальные отложения сульфида цинка были освещены солнцем, они должны откладываться на поверхности Земли. Для этого необходимо, чтобы вода не закипала при температуре свыше 200 градусов, что требует давления выше 10 атмосфер. По современным геохимическим данным, древняя углекислотная атмосфера Земли была значительно плотнее современной и сравнима с атмосферой Венеры, давление которой на поверхности достигает 70 атмосфер. Следовательно, на древней Земле могли быть отложения ZnS и MnS вокруг наземных геотермальных источников. В подземной части этих источников, в зоне с температурой выше 300 градусов, откладывались FeS, CuS и NiS.
Теория «цинкового мира» предсказывает обогащение ионами цинка цитоплазмы клеток, РНК-структур и белков. Как мы видим из таблицы 1, цинк по содержанию в цитоплазме сравним с железом и превосходит все прочие переходные металлы. В структурах РНК железо совершенно отсутствует, а цинк встречается чаще других переходных металлов. За ним следует марганец, кобальт и вольфрам.

http://users.livejournal.com/_hellmaus_/119835.html

Принимая утверждение из http://elementy.ru/lib/431077: - "Любопытно, что многие рибозимы работают лучше всего при низких температурах, иногда даже ниже точки замерзания воды — в крошечных полостях льда, где достигаются высокие концентрации реагентов."
...
Можно ли предположить что некоторые рибозимы всё-таки "работали" при высоких температурах?
Фраза Kweni: - "Отучаемся говорить за все рибозимы." - звучит убедительно.

[Combinator]

как такое возможно? а рибосомы что тоже не используют РНК?

Используют конечно, не хочу повторяться, так как это уже обсуждалось (см. выше).

если это так, то тут явное не проверенное условие - пузырёк и слишком мелкий да ещё и из переохлаждённой воды, и реагенты ещё и в высокой концентрации...

Не понял, в чём "непроверенное условие", и как егог можно проверить?

в пузырьке  промоченной глины на дне лужи - почему бы и нет...

Не понял. Поясните, схему реакции "мечта алкоголика", плиз.

[fyunt]

Кстати ...
А ведь вполне могло быть так что высокотемпературные и низкотемпературные условия совмещались в одном месте. Почему нет?
Никого ведь не удивляет гейзер плюющий кипятком посреди снегов. Для Камчатки - нормальное дело.

[Combinator]

Сульфид цинка хорошо адсорбирует нуклеиновые кислоты, так как шаг положительно заряженых ионов на его поверхности совпадает шагу фосфатов РНК и ДНК. В некоторых условиях фотоокисление фосфита до фосфата на ZnS сопрягается с фосфорилированием разных органических молекул и, возможно, с полимеризацией нуклеозидов (сахар+азотистое основание) в полинуклеотиды.

В тех же кристаллах апатита шаг кристаллической решётки тоже примерно соответствует шагу фосфатов в РНК/ДНК, плюс он яваляется естественным источником фосфора и имеет уже сформированные группы PO4 : http://1sci.ru/a/17

Можно ли предположить что некоторые рибозимы всё-таки "работали" при высоких температурах?
Фраза Kweni: - "Отучаемся говорить за все рибозимы." - звучит убедительно.

Тут ещё очень важна длина цепочки РНК. Чем она длинее, тем выше её устойчивость при высоких температурах. Короткие (длиной в несколько десятков но) цепочки при темепертарах 100C и выше очень быстро разрушаются, так что ни о каком их накоплении, а тем более, эволюции говорить не приходится...