Космологические и комбинаторные основания редкости жизни в наблюдаемой вселенной

[Астронорм]

Общая идея в том, что такой суперсаморепликатор не просто должен делать копию самого себе, он должен, например, удваивать длину своей копии.

Это вполне могла быть обычная мутация короткого саморепликатора, части которого к самостоятельной саморепликации не способны.
Но считаю иначе, что все было наоборот. Короткий саморепликатор совершеннее длинного, вероятность его возникновения меньше, к нему еще нужно прийти эволюционным путем.
Длинных и несовершенных, не оптимизированных со средой по размеру и потому экспоненциально ее сжирающих, было больше.
Выше обсуждалась идея метаболических циклов. Так вот, те сущности, что вы назвали суперсаморепликатором и были метаболическими циклами, а их конкуренция и специализация, в общем, эволюция, оптимизировала и сжимала размер минимальных саморепликаторов.

То есть 1 универсальный саморепликатор А, который воспроизводит А, расточительней чем, скажем 10 в отдельности неуниверсальных репликаторов, где B производит что-то для С и D, С что-то для А, М и К… и так далее. То есть никто сам по-себе сам себя не реплицирует.

Не всегда. Точнее самореплицирующаяся система, не состоящая из саморепликаторов, т.е. не представляющая собой фрактал, менее живуча, и вообще, менее адекватна среде нашей Вселенной, которая демонстрирует свойства самоподобия материи и без признаков жизни (мертвой материи).

Фишка в том что если простейший квайн 50 нкулеотидов а простейший суперквкайн, скажем, 70 нуклеотидов, то прибавка в 20 нкулеотидов резко уменьшает вероятность зарождения. Ну прикинте. 4^50 ~10^30, а 4^70 ~10^42
Если предположить что в первом случае мы можем рассчитывать на зарождение жизни с вероятностью близкой к 1 на всякой подходящей планете (где сложились условия) то во втором уже на одной из 10^12. А сколько у нас будет ПОДХОДЯЩИХ планет в галактике?
То есть переход от 50 нуклеотидов к 70  уже РЕЗКО меняет вселенную, полную жизни (в окрестности Земли должно найтись масса планет кишащих жизнью, да и на Европе должна появитсья и на Энцеладе) на вселенную где в нашей Галактике одни только камни, камни, камни... А ближайшая жизнь где-то в центре скопления галактик Вирдж за миллионы световых лет...  Жизнь! Не разум!

Не верю (Станиславский)
Уже объяснил почему. Вероятность возникновения метастабильных циклов, повторяющих, по сути реплицирующих себя, вовлекая все большие участки среды в собственное движение, выше, они возникают проще и повсеместно. А вот возникновение внутри них коротких саморепликаторов, менее вероятно.
Для этого требуется, с одной стороны большое разнообразие метастабильных циклов, их частичное пересечение, синхронизация, т.е. объем среды должен быть большой (с океан), с другой стороны, исток и сток энергии не должны быть слишком бурными, чтобы не разрушать ураганом, тонкую структуру метаболических циклов.

[alex_semenov]

Да, на первых парах улучшения находяться методом тыка. Но вы же помните что жизнь...ЭТО вычислительный процес? Потому в определенном объеме бульена за N количество времени будет совершен весь возможный перебор значений, и выбраны оптимальные.

Оптимальный будет выбран если есть ХОРОШИЙ ЛАНДШАФТ. Если существует критерий оптимизации.
Вы показали критерий оптимизации для РНК-саморепликаторов,  который бы вел их к усложнению? НЕТ!
А я как раз пытаюсь показать, что усложнения эволюция и не делала. Усложнение было заложено в сам код первоначального, первородного квайна, суперквайа. Но такая саморепликация была мало того что расточительна, она не могла толком и мутировать (почему может расскажу ниже).  Поэтому на окраинах "реактора" (где началась борьба за ресурсы, в том числе и за энергию) сложность (длина) начала редуцироваться в что-то попроще (короче), но сложней взаимосвязанное (по сути одна сложность перетекала в другую). Так и получился мир ДНК, где нет одного длинного саморепликатора, но есть масса машин поменьше.
Эволция на окраинах не претендовала на ресурсы суперквайна (она с ним за этот ресурс борться не могла). Она не победила его. Она просто ушла в другую среду. А полу-жизнь суперквайнов угасла вместе с исчезновением источника своей энергии. Такова первоначальная идея.
Хотя я допускаю что я здесь где-то крупно ошибаюсь...
Идея сырая. Буквально вчера родилась...

[alex_semenov]

Это вполне могла быть обычная мутация короткого саморепликатора, части которого к самостоятельной саморепликации не способны.

Но такая мутация - явление ЧУДЕСТНОЕ.
Если кратчайший квайн лаконичен, то вам надо очень аккуратно вставить в него нужные буквы в нужные места что бы он стал суперквайном.
Скажем к 50 нуклеотидам добавить (в нужных местах и в нужной последовательности) 20 ...
Постепенно (шаг за шагом) это сделать нельзя.
Надо сразу добавить все 20 в нужные места.
То есть событие сначала случайно собрался квайн в 50 нуклеотидов а потом он эволюционировал до 70 нужных  - вероятность этого будет такой же как сразу сборка этого квайна из 70 нуклеотидов. Тут эволюция ничего не ускоряет. У нее просто нет пространства развернуться на такой лаконичной последовательности.

[ВадимZero]

Вы показали критерий оптимизации для РНК-саморепликаторов,  который бы вел их к усложнению? НЕТ!

Критерий к усложнению....один выживание, продление рода, успешная реплекация. Для эволюции не важно какой реплекатор длинны, важно чтобы выжить. Но так уж получаеться что выживают те кто выигрывает в эволюционной гонке. А чтобы хранить инструменты которые помогают выживать, нужен более длинный геном.
http://ru.wikipedia.org/wiki/Закон_необходимого_разнообразия
А чем длинней геном, тем выше разнообразие.

Усложнение было заложено в сам код первоначального, первородного квайна, суперквайа.

Это какаято вариация на тему номо-генеза.

[alex_semenov]

Это какаято вариация на тему номо-генеза.

Никакого номогенеза. Если вам не нужен номогенез для 50 правильно расположенных нуклеотидов (простой РНК-квайн), достаточно "счастливого случая", то зачем вам номогенез для 70 правильно сложенных нуклеотидов (супер РНК-квайн)? Случай должен быть несколько боее счастливым но и только!

[Проходящий Кот]

А диплоидность не подойдет чтобы начать живую эволюцию?

[alex_semenov]

А диплоидность не подойдет чтобы начать живую эволюцию?

Нет. Диплоидность это же уже эвкариоты! Ее даже у бактерий и археев нет! Это уже гораздо более позднее сильное обобщение.

[alex_semenov]

В развитие идеи, рожденной, выше.
Запишем простейший саморепликатор так:

ААА….АА

Длины мы его не знаем. Это не важно (как и конкретное устройство, мы идем не от возможного а от нужного нам).
Пускай запушенный в соответствующую среду (кишащую мономерами)  он просто делает свою копию

ААА….АА  - >  ААА….АА 

Саморепликатор лаконичен. То есть одна мутация в любом месте делает его неработоспособным. Такой саморепликатор не способен к эволюции. И нам не интересен.

Рассмотрим саморепликатор с прицепом или хвостом (так как мы дальше будем говорить только о таком саморепликаторе, то мы его мономеры тоже будем обозначать А). Такой репликатор допускает присоединение к нему (для простоты с обеих концов, но может быть только с одного) ничего не значащих для репликации мономеров (обозначим их Х)

ААА….ААХХХХХ…ХХХ

И такой саморепликатор, вброшенный в среду породит свою копию с хвостом:

ААА….ААХХХХХ…ХХХ ->  ААА….ААХХХХХ…ХХХ

Прелесть идеи в том, что в хвосте могут возникнуть ценные мутации безболезненно для репликации. И вроде как это уже дает возможность для эволюции. И именно такой саморепликатор (способный нести прицеп) надо считать минимально-необходимым.
Однако, может этого окажется мало?
Не вдаваясь в подробности того мало или нет (об этом можно спорить до конца света) давайте прикинем, а можно ли что-то улучшить, ускорить усилить изначально?
Первая мысль: Предложить само репликатор не просто копирует всю цепочку, а скопировав себя (голову) хвост, еще раз присоединяет к себе хвост. То есть удваивает хвост. Закодируем такой саморепликатор буквой В

ВВВ…ВВХХХХХ…ХХХ -> ВВВ…ВВХХХХХ…ХХХ ХХХХХ…ХХХ

Уже такой саморепликатор стремиться себя удлинить до бесконечности. Но так как в первичном бульоне всякая цепочка очень быстро разрушается то достаточно быстро (все зависит от массы параметров среды) хаосом (вторым творцом) разорвется, скорей всего где-то по середине:

ВВВ…ВВХХХХХ…Х                      ХХ ХХХХХ…ХХХ

Останется голова, способная реплицироваться с заметно укороченным хвостом и хвост, не способный к репликации. Получается этакая ящерица.
Что это дает?
Кое-что дает. Такие репликаторы наверняка и появлялись. Но не ящерицы -  должны быть цари мира РНК.
Царями должны быть суперквайны или гидры. Обозначим голову гидры С

ССС…ССХХХХ. . . ХХХ

Когда гидра самореплицируется она копирует себя всю и прибавляет себе в конец.

ССС…ССХХХХ. . . ХХХ -> ССС…ССХХХХ. . . ХХХССС…ССХХХХ. . . ХХХ->ССС…ССХХХХ. . . ХХХССС…ССХХХХ. . . ХХХ ССС…ССХХХХ. . . ХХХССС…ССХХХХ. . . ХХХ ->

Во-первых гирда экспоненциально растет в длину (и не рвись цепочки по естественным причинам, очень быстро появилась бы гидра длиной с экватор планеты).
Но она рвется. И чем длинней гидра, тем чаше рвется.
Но хвосты гидры в отличии от хвоста ящерицы сами имеют голову и начинают плодиться и расти с того размера, который получился (мы полагаем, что если голова получилась XXCCC…CCXXX то первые мономеры голове не помеха другой вариант, гидра проще рвется по связи XC чем по XX или СС).

Но самое интересное.
Если у гидры, скажем…

ССС…ССХХХХ. . . ХХХССС…ССХХХХ. . . ХХХ ССС…ССХХХХ. . . ХХХССС…ССХХХХ. . . ХХХ

Где-то в одной из внутренних (неактивных) голов произошла мутация, то эта голова превращается в хвост (все буквы C в нашей нотации превращаются в Х) предыдущей неактивной головы (или активной головы) и такая мутация оказывается В ЛЮБОМ СЛУЧАЕ реплицируемой дальше (приумножаемой). Чтобы не случилось, гирда растет упорно, настырно. Рвется и снова, ее половинки растут и растут в длину.
И при этом случаются мутации, которые накапливаются, накапливаются.
Из процесса выпадают только совсем уже мертвые  хвосты, оторвавшиеся от последней головы.
О чем это говорит? В системе НЕТ ОТБОРА.
Если и есть, то очень слабый. Но есть чудовищный генератор длинных нуклеотидных последовательностей (тех самых отпавших мертвых, безголовых хвостов).

Кстати, вполне возможно, что CCC…ССС не всегда мутирует в XXX…XXX. Он может достаточно часто мутировать в ВВВ…ВВВ. То есть гидра может превратиться в ящерицу (а хвост ящерицы, отпав - опять в гидру). Хотя такие события редкость, они случаются и в конце концов на периферии системы могут появится вполне "приличные" саморепликаторы, способные к ОТБОРУ.

Смотрите.
Гидра тем более бессмертна в смысле не подвержена отбору, чем больше внутри нее голов. То есть короткие хвосты и много-много голов. Это молодые гидры. Назовем их так.
Но по мере репликации (удлинения) только очень небольшая часть гидр будет оставаться относительно молодыми. Большинство же будут "стареть" то есть терять головы внутри но удлинять внутренние хвосты. И именно старые гидры будут чаще всего как превращаться в ящериц так и отбрасывать совсем мертвые хвосты.
Вынесенные на периферию праздника такой жизни, они как раз и оказываются тут под действием отбора…
То есть, суперсаморепликация, гидра - это метод борьбы прото-гена мира РНК с мутациям. Своего рода крайне примитивный и расточительный механизм репарации.
То есть существовать он мог только в особой очень узкой экологической нише. Но этот механизм порождал массу материала для эволюции на периферии, в так, сказать "гетто" мира РНК.
Складно я вам тут пою?
Мне аж самому нравиться!


Еще. ССС…ССС чаще всего будут мутировать в XXX…XXX (просто некий мусор), редко в AAA…AAA (в ящериц) но иногда и  в какие-то (это целый класс) DDD…DDD, которые на самом деле что-то собирают, но не СВОИ КОПИИ.
И этот мусор (с точки зрения РНК-мира гидр) тоже будет выноситься на периферию (если выживет) вот там они, если сильно повезет, могут  вступать в симбиозы с такими же КАЛЕКАМИ как они сами…
Чувствуете, чем это должно закончиться?

То есть первоначально гиперциклы преджизни должны кормиться объедками со стола праздника жизни гидр и без гидр поначалу не могли и выжить. Но время будет работать на них…

В общем мир РНК должен быть очень сильно не похож на мир ДНК. Некий процесс, ключевой для ДНК там должен быть настолько форсирован, что репликация ДНК с точки зрения этого мира выглядит каким-то неполноценно-левым.
Мир РНК был ярким но … быстро выгоревшим. А выжила ШВАЛЬ… Которая эволюционно нашла принцип - тише едешь -дальше будешь…

[Проходящий Кот]

Гипотеза возникновения жизни Семенова родилась?

[LUKA]

Нет. Диплоидность это же уже эвкариоты! Ее даже у бактерий и археев нет! Это уже гораздо более позднее сильное обобщение.

Большинство бактерий полиплоидны.
Так, мелочь.
Но вопрос про диплоидность был задан верно.
Дело в том, что простое клональное размножение невозможно в принципе. Почему?
Почитайте пару моих заметок.
1. Понимание биологии. Часть первая. http://pedsovet.org/forum/index.php?autocom=blog&blogid=2104&showentry=30450
2. Понимание биологии. Часть вторая http://pedsovet.org/forum/index.php?autocom=blog&blogid=2104&showentry=30492

[AlexAV]

Дело в том, что простое клональное размножение невозможно в принципе. Почему?
Почитайте пару моих заметок.

Вы могли бы дать ссылки?

Да, все вижу, просто рано написал.

[LUKA]

Дело в том, что простое клональное размножение невозможно в принципе. Почему?
Почитайте пару моих заметок.

Вы могли бы дать ссылки?

Да, все вижу, просто рано написал.

Про плоидность бактерий могу тоже загрузить презентацию своей лекции. http://rusfolder.com/39013523

[Проходящий Кот]

Нет. Диплоидность это же уже эвкариоты! Ее даже у бактерий и археев нет! Это уже гораздо более позднее сильное обобщение.

Большинство бактерий полиплоидны.
Так, мелочь.
Но вопрос про диплоидность был задан верно.
Дело в том, что простое клональное размножение невозможно в принципе. Почему?
Почитайте пару моих заметок.
1. Понимание биологии. Часть первая. http://pedsovet.org/forum/index.php?autocom=blog&blogid=2104&showentry=30450
2. Понимание биологии. Часть вторая http://pedsovet.org/forum/index.php?autocom=blog&blogid=2104&showentry=30492

Даже в первичном бульоне простое клональное размножение невозможно ?

[Астронорм]

А диплоидность не подойдет чтобы начать живую эволюцию?

Ширше надо смотреть, тут Инью и Янью пахнет.

Саморепликатор лаконичен. То есть одна мутация в любом месте делает его неработоспособным. Такой саморепликатор не способен к эволюции. И нам не интересен.

Самый простой суперсаморепликатор, это турбулентность. Он рождается мгновенно, когда потоки энергии и энтропии превышают числа Рейнольдса. Это - "гидра".

Из процесса выпадают только совсем уже мертвые  хвосты, оторвавшиеся от последней головы.
О чем это говорит? В системе НЕТ ОТБОРА.
Если и есть, то очень слабый. Но есть чудовищный генератор длинных нуклеотидных последовательностей (тех самых отпавших мертвых, безголовых хвостов).

Вы тут одну "головку" описали, а голов тьма и одна другую копирует. То, что вы назвали "хвостами", если выживает, тоже становится очередной головой. И отделить одно от другого, так чтоб все последовательно, как в Тьюринге было, не получится.
Этой "турбулентности" не приписать какую-то определенную последовательность ААА..АА, выполняемую по шагам, последовательно. Суперсаморепликатор - это одновременное множество разных последовательностей, повторяющих черти что, а заодно и "головы" друг друга. Их и не видно то по началу.
Отбор есть и он оставляет две комплементарные головы путем синхронизации всех частей.

И этот мусор (с точки зрения РНК-мира гидр) тоже будет выноситься на периферию (если выживет) вот там они, если сильно повезет, могут  вступать в симбиозы с такими же КАЛЕКАМИ как они сами…

Эти тоже, сначала на перефирии, а потом "на коне", потом снова на периферию, потом снова в центре внимания…
Единство и борьба, так сказать, Гегель, античные стихийные диалектики, восточная мудрость Инь и Янь...

Гипотеза возникновения жизни Семенова родилась?

Язык не испачкали ? 
"Послужной список" впечатляет.

[LUKA]

Нет. Диплоидность это же уже эвкариоты! Ее даже у бактерий и археев нет! Это уже гораздо более позднее сильное обобщение.

Большинство бактерий полиплоидны.
Так, мелочь.
Но вопрос про диплоидность был задан верно.
Дело в том, что простое клональное размножение невозможно в принципе. Почему?
Почитайте пару моих заметок.
1. Понимание биологии. Часть первая. http://pedsovet.org/forum/index.php?autocom=blog&blogid=2104&showentry=30450
2. Понимание биологии. Часть вторая http://pedsovet.org/forum/index.php?autocom=blog&blogid=2104&showentry=30492

Даже в первичном бульоне простое клональное размножение невозможно ?

Если подразумевать копирование, ну, скажем так, РНК, то точно нет. Вероятно проблема точности копирования в РНК-мире - пожалуй самая сложная (даже современные белки позволяют копировать РНК с точностью на 5 порядков ниже, чем ДНК). Она настолько низкая, что в нем допустимы только сверхмаленькие геномы (вспомните РНК-вирусы, в которых не больше 10 генов). А чтобы, к примеру, возник кодируемый пептидный синтез только кодаз должно быть 20.
Груз вредных мутаций за 1-2 поколения просто сотрёт значимую информацию. Что-что, а уж простое клонально размножение вряд ли возможно и на ранних стадиях тем более.
Должны быть механизмы "сверки" разных геномов, чтобы залатать случайные "дыры" (то есть мутации). И механизм этот - рекомбинация. Накопление вредных мутаций становится обратимым. Именно поэтому организмы и существуют в виде видов.
Жизнь "дымит" смертями - и избавляется от груза вредных мутаций.
Вряд ли вообще существует на Земле хотя бы один организм без рекомбинации - не играет роль какой у него половой процесc

О проблеме размера геномов в РНК мире http://www.scorcher.ru/theory_publisher/show_art.php?id=322

[Проходящий Кот]

Так у нас организмы начальные очень маленькие ---- 50  нуклеотидов.....

[LUKA]

Так у нас организмы начальные очень маленькие ---- 50  нуклеотидов.....

Кто сказал?

[alex_semenov]

Но вопрос про диплоидность был задан верно.
Дело в том, что простое клональное размножение невозможно в принципе. Почему?
Почитайте пару моих заметок.

То есть... вы хотите сказать что эволюция без кроссинговера или какого иного процесса обмена генами В ПРИНЦИПЕ НЕ ВОЗМОЖНА?
И простой саморепликатор в принципе не может попадать под действие эволюционного механизма?

Кстати в презентации вы это называете половым процессом.
И это лично мне несколько режет слух.
Пол, предполагает воспроизводящую самку и бесплодного самца. Зачем он (бесплодный самец) нужен - это отдельный вопрос (которым долго занимался Геодакян). А то, о чем у вас идет речь, это вопрос рекомбинации или кроссинговера. Кроссинговеру способны, скажем, улитки-гермофрадиты.
То есть вопрос пола (зачем нужен не воспроизводящий самец) и вопрос того зачем нужо скрещивание особей одного вида и их умирание - это РАЗНЫЕ вопросы как по мне и термин "пол" тут явно сбивает с толку.
Но это терминология и не суть важно.

Возвращаясь к теме происхождения жизни.
Поясните свою мысль.
Вы хотите сказать, что первородная жизнь (что бы она не представляла) должна быта изначально сразу иметь два условия?

1 Способность воспроизводиться.
2 При воспроизводстве непременно скрещивать информацию?

То есть просто реплицироваться - этого будет для запуска эволюции ПРОСТО МАЛО?

[alex_semenov]

Так у нас организмы начальные очень маленькие ---- 50  нуклеотидов.....

Кто сказал?

Это наше все. Тут речь о том, что если нам удается случайными перебором перебрать 4^50 вариантов нуклеотидов то мы получим жизнь на каждой подходящей планете согласно ныне царствующей идеи мира РНК. За что и битва!

[LUKA]

Здравствуйте, Алекс.

То есть... вы хотите сказать что эволюция без кроссинговера или какого иного процесса обмена генами В ПРИНЦИПЕ НЕ ВОЗМОЖНА?
И простой саморепликатор в принципе не может попадать под действие эволюционного механизма?

То есть просто реплицироваться - этого будет для запуска эволюции ПРОСТО МАЛО?

Однозначно да. И причина тому - неизбежное захламление шумом копируемой информации.
Дело в том, что шумовая катастрофа НЕОБРАТИМА без рекомбинации. Сверка и смерть большинства. Иначе никак.
Аналогия - упорядочённые системы "дымят" теплом. А эволюционирующие биологические системы "дымят" смертями генетических неудачников копирования.

Кстати в презентации вы это называете половым процессом.
И это лично мне несколько режет слух.
Пол, предполагает воспроизводящую самку и бесплодного самца. Зачем он (бесплодный самец) нужен - это отдельный вопрос (которым долго занимался Геодакян). А то, о чем у вас идет речь, это вопрос рекомбинации или кроссинговера. Кроссинговеру способны, скажем, улитки-гермофрадиты.
То есть вопрос пола (зачем нужен не воспроизводящий самец) и вопрос того зачем нужо скрещивание особей одного вида и их умирание - это РАЗНЫЕ вопросы как по мне и термин "пол" тут явно сбивает с толку.

Но возвращаясь к теме происхождения жизни.
Вы хотите сказать, что первородная жизнь (что бы она не представляла) должна быта изначально сразу иметь два условия?

1 Способность воспроизводиться.
2 При воспроизводстве непременно скрещивать информацию?

То есть просто реплицироваться - этого будет для запуска эволюции ПРОСТО МАЛО?

Пол НЕ предполагает обязательно самца.  Это - вообще-то антрапоцентризм. Большинство высших растений и значительная часть беспозвоночных ОБОЕПОЛЫЕ. А у нематод - вообще ужас - два пола - один гермафродит, а другой самка.
В формировании пола вообще нет универсальности. Нам, людям, только хочется иногда подогнать ситуацию под нас.
В мире простейших могут быть десятки и СОТНЯ полов. Кого из них прикажете называть самцом, а кого самкой?
Режет слух - это от антрапоцентризма.

В случае бактерий ситуация также очень разная. Называть самцами бактерий с половыми выростами, к примеру,  - тоже антрапоцентризм.

Половой процесс даже в случае эукариот может прекрасно происходить и без половых клеток, и даже без мейоза.

Чудеса полового процесса - http://old.computerra.ru/own/shabanov/663786/

Кстати, Вы не задумывались, на кой ляд такому большому количеству растений самоопыление?
И почему это при партеногенезе есть мейоз?

Он самый, груз мутаций заставляет. Иначе никак от него не избавиться.