Космологические и комбинаторные основания редкости жизни в наблюдаемой вселенной

[Combinator]

А как был ДО зарождения письменности?

Была другая дискретная система, хотя и менее надёжная - язык.

[Combinator]

Не согласен. Если ДНК копировать много раз, то быстрое накопление шума неизбежна. Та же логика, не учитывающая фактор отбора.

Одного отбора для начала эволюции мало. Скажем, форма скал отбирается совместным действием воды и ветра, но она за миллиарды лет нисколько не проэволюционировала. Нужна ещё возможность "размножения" процессов, возникших в результате удачной мутации. При этом, термин "мутация", сторого говоря, для недискретных систем вообще нельзя определить.

В общем, покажите мне "это" (способные к эволюции в сторону усложнения системы, основанные на "конфомационной памяти"), тогда будет что обсуждать. Пока же, насколько я понимаю, их, как, впрочем, и систем, самостоятельно эволюционирующих на основе отбора в мире РНК-полинуклеотидов, в реальности никто не наблюдал. Здравый смысл подсказывает, что всё действительно могло начаться, например, на основе упрощённого варианта ацетатного цикла (с СО вместо СO2), протекающего в в породах, насышенных железом, никелем и серой (ещё, пожалуй, нужны кобальт, и, возможно, селен) и управляемого в простейшем случае, скажем, структурами типа динуклеотидов.  Но дьявол, как известно, кроется в деталях, вот на них бы взглянуть хотя бы одним глазком!
 

[Nucleosome]

Неясен лишь вопрос, сможет ли этот минимальный репликатор начать эволюционировать по Дарвину или требуется ещё один скачёк.

может, но только в том случае если этот репликатор либо даёт слишком много ошибок (скажем одну на 10 - 20 нуклеотидов, зависит от его длинны. точнее количества "критических" позиций для его функции самореплицирования - то есть его устребнённый "потомок" уже слишком пробит и не саморепликатор), либо - он слишком нестабилен, и в целом распадается быстрее, чем успевает реплицироваться. правда - в обоих случаях - он не будет саморепликатором - то есть он просто ничего не успеет сделать и его появление будет незаметным. может быть конечно - кажется Семёнов тоже призвал это на помощь Мазуру - что у саморепликатора не будет никакой вариабельность - шаг в лево шаг в право - расстрел, однако насколько я понимаю примеров подобного (то есть функция или есть или её нет вовсе, 0 активности для какой-то последовательности при любой замене нуклеотида), в общем такой случай очень маловероятен - очень близко от такой последовательности, если она вообще возможна, будут другие, содержащие чуть больше нуклеотидов  - в виде хвостов или вставок, которые и будут источников вариабельности, то есть понятие "мёртвый саморепликатор" это примерно как "горячий снег"

Почтенным кабальеро LUKA, Patsak, Nucleosome, Combinator, dzver и др. (простите, если кого забыла)

спасибо и за ссылки тоже - что-то я элементы давно не открывал

Даже сейчас невозможно свести всё к одной цифре в клетке. Равно как и к письменности, интернету, компьютерам. Разные уровни сосуществуют. Древние и современные. Обучение "Смотри и делай как я" вместе с технологиями на компакт-дисках. Промежуточный метаболизм с РНК-кофакторами вместе с ДНК-геномом. Вместе с эпигенами.

согласен - я вообще думаю, что и белки и нуклеиновые кислоты "варились" вместе...

[dzver]

может быть конечно - кажется Семёнов тоже призвал это на помощь Мазуру - что у саморепликатора не будет никакой вариабельность - шаг в лево шаг в право - расстрел, однако насколько я понимаю примеров подобного (то есть функция или есть или её нет вовсе, 0 активности для какой-то последовательности при любой замене нуклеотида), в общем такой случай очень маловероятен - очень близко от такой последовательности, если она вообще возможна, будут другие, содержащие чуть больше нуклеотидов  - в виде хвостов или вставок, которые и будут источников вариабельности, то есть понятие "мёртвый саморепликатор" это примерно как "горячий снег"

Скорей всего "опасность" не в том, что "шаг влево-шаг вправо - смерть".
Вариабельность конечно будет; но если первый саморепликатор оказался сполучливый, быстро повсеместно распространился и обустроился (без конкурентов-то); то альтернативные "близкие" мутации - теперь в его тени - могут просто "не потянуть" конкуренции; а до резко другие ниши скажем, дотянуться - уже вариабельности не хватает.
Т.е. этакий застой из-за "чрезмерной узурпации - хорошести" первого - которого с места не подвинуть...
Конечно периодичные встряски условий помогут расшатывая критерии отбора... либо с некоторого уровня вариабельность все же была достаточно большая, и все конкуренты были сравнимо убоги - так что эволюция шла параллельно по много фронтов достаточно быстро, чтобы не даст возможности/время какой-то из версий обосноваться слишком плотно и перекрыть кислород нововозникающих.

[Stalk.er]

К вопросу о комбинаторной вероятности.
Советую прочитать вот эту работку:
аннотация: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11539421?dopt=Abstract
статья: http://molbio.mgh.harvard.edu/szostakweb/publications/Szostak_pdfs/Lorsch_Szostak_Acc_Chem_Res96.pdf

Очень хорошая статейка.
Ставили эксперимент
Синтезировали молекулы РНК различной длины.
Например было там - брали цепочки в 220 мономеров. Число возможных комбинаций 4^220. Брали пул 10^15 таких случайных цепочек по 220 мономеров. Из этих 10^15 цепочек 65 обладали обладали устойчивой ферментативной способностью РНК-лигазы . Это активный центр, главный кирпич в репликаторе.
Ну как?

В среднем получается каждая из 10^13 молекул.
Там приводятся и другие примеры.

Кстати они там же показали что уже для таких молекул действует отбор.

[alex_semenov]

LUCA, насколько я вас понял, вы полагаете что в начале сложился "солярис"?
То есть своего рода - геохимическая макро-клетка где все жизненные циклы были уже замкнуты?
Какие-нибудь курильщники на дне океана, поставляли некие потоки вещества, которые на поверхности земли выносило на берег, а там луна циклически создавала приливы, где проходили некие процессы… И все это ЗАМЫКАЛОСЬ в масштабе планеты в гигантские циклы.
Так?
То есть сначала замкнулись метоборические циклы на МАКТРО-уровне, а потом они сжались, переписались на МИКРО-уровень первой жизни (в нуклеотидные цепочки, белки и липиды).
По сути, в начале сложился химический завод с массой регулирующей аппаратуры (ваша волшебная атрактивная "аналоговая" память, я так понял)?

Сразу возникает вопрос. А сам "завод" КАК сложился? Случайно?
Солярис породил жизнь, а кто продил "солярис"?

Я тут в начале говорил о "проблеме стапеля". Но все это ушло в песок. И вот теперь есть повод к ней вернуться. Стапель, где собирают и спускают на воду корабль (давайте заменим на самолет) должен быть не проще изделия - самолета. Допустим, клетка-"самолет", возникла не случайным вихрем над свалкой запчастей, а закономерно как результат "усилий" рабочих на стапеле (всех этих ваших геохимических циклов).



Но кто собрал столь сложное сооружение как стапель? Случай?
Так какая разница собралась ли первая клетка чудесно-случайно вихрем "на свалке" из более простых молекул-мономеров  или чудесно-случайно собрался стапель, где закономерно собралась первая клетка?
Все равно что самолет, что стапель - крайне редкое, маловероятное явление. И еще не факт что макро-струтура "солярис" более вероятна, чем нано-структура "прото-клетка".
Напротив. Я вслед за электронным умником Лема считаю что жизнь могла зародиться ТОЛЬКО на наноуровне, потому что эта среда более "дискретна" чем макроуровень. То есть мир молекул более похож на мир клеточных автоматов, чем наш макромир, а число случайных комбинаций тут куда больше. Сколько планет в видимой части? ~10^20
Но в капле воды примерно столько же атомов!
Говоря о глинах, о разнообразии условий в курильщиках, о геоциклах мы не  заметаем ли "проблему чуда"  "под кровать"? 
Какова вероятность того что на некой планете сложатся те самые геохимические циклы, появится тот самый "солярис"? Как по мне, в макромире вариабельность настолько чудовищна, что превосходит все мыслимые W= R^m для мира молекул.

Еще.
Говоря о формуле R^m я не обязательно имею в виду одну единственную молекулу-саморепликатор. И даже не обязательно РНК… (тогда бы я говорил о 4^m) Это может быть целый комплекс молекул разной длины каждая по отдельности не является саморепликатором но все вместе они составляют эпифеномен- простейшую самовоспроизводящуюся машину-систему (и надо теперь добавить, генетически гибкую).
Скажем эта система изначально (в момент запуска) состоит из молекулы A, длиной n (вероятность появления 1/4^n), молекула B, дилиной k (вероятность 1/4^k) , молекула С , длиной i (вероятность 1/4^i), … молекула Z, длиной w (вероятность 1/4^w).
Я считаю вероятность "по Мазуру". Споры о применимости ее к макромолекулам, я так понял, будут еще долгими. Но за неимением лучшего, я пользуюсь ею.
Нам не важна сейчас ее применимость к реальности.
Кроме того, я использую везде в примере в качестве R 4, то есть считая все эти машины РНК из букв A, G, C, U ,. Но вообще говоря, это не обязательно. Сюда можно было бы воткнуть и какой-нибудь белок, тогда алфавит возрос до 20 букв…
Это все тонкости. Главное.
Какова вероятность того, что такой комплекс молекул "вдруг" сложится в одном месте и одновременно?
Упрощенно, это произведение вероятностей случайного появления каждого отдельного элемента первичной живой машины:

P(ABC…Z) =P(A)*P(B)*P(C)*…P(Z)=1/(4^[n+k+i+…+w]) =1/4^m

где  n+k+i+…+w =m

То есть вероятность появления такого комплекса (простейшей жизни) равна вероятности некой одной КВАВЗИЦЕПОЧКИ длиной m.
(сюда при желании можно было бы привести и белки, если воспользоваться логарифмами, то есть привести все к одному алфавиту)
Если быть точным, то следование подцепочек A, В,С… в такой квазицепочке скорей всего неважно. Мы считаем что в самой "машине жизни" взаимное расположение элементов не существенно. Главное что бы они оказались рядом. Тогда если подцепочке в  такой цепочки q,  то  будет q! (кю-факториал) неразличимых вариантов таиких квазицепочек и вероятность появления любой из них надо записать так:

P(A,B,C,…Z,) =(q!)/4^m

Нас устроит появление любой из q!

Но если q! << 4^m  , то эта поправка несушественна.
То есть.
К чему я?
Да, разумеется, наивно наедятся на появление некой единственной РНК-цепочки которая "решает все". Но появление в одном месте в одно время нескольких более коротких цепочек, которые запускают процесс жизни по величине вероятности - события того же порядка, что и появления той самой волшебной одной квази-цеопчки.
По сути, m - это длина ОПИСАНИЯ в алфавите букв, мощностью R,  простейшей жизни от которой пошла вся более сложная жизнь.
Понимаете?
Не важно как эта простейшая жизнь конкретно устроена. Одна цепочка, несколько… РНК или там уже были белки? На расчет чудесности события тонкости физического (химического) устройства этой простейшей "машины жизни" никак не влияет. Нам достаточно длины ее описания, чтобы сделать оценку размера минимально-необходимого чуда.

При этом я настаиваю на своей древней формуле. "Нет расчета - нет идеи".
Если у вас есть только КАЧЕСТВЕННОЕ описание идеи, но нет способа КОЛИЧЕСТВЕННОЙ  оценки (хоть какой нибудь!) - у вас нет полноценной идеи.

Яркий пример - проект любого вечного двигателя.



Качественно можно обосновать работу всех частей этой машины. Вода крутит колесо, колесо крутит винт Архимеда, который поднимает воду наверх, в результате все ПО ОТДЕЛЬНОСТИ - логично. Будет работать!
Но работать ведь не будет…
Почему? Потому что у нас есть количественное описание ВСЕХ подобных систем в этой вселенной. Закон сохранения энергии.
То же происходить, на мой взгляд и с самозарождением жизни. Люди описывают КАЧЕСТВЕННО всякие там хитрые химические процессы. Но кто из них построил количественную модель? Никто. Это слишком сложно?…
Да сложно.
Моторчик состоит из слишком большого числа всяких шестеренок…



Но  у нас есть второе начало термодинамики. И оно, по сути, и сводится к этой проклятой W=R^m (На могиле Больцмана написано: S=k*ln W). И возникает  сильнейшее ощущение что как шестеренки не соединяй, а в конечном итоге все равно проблема зарождения будет именно в этой проклятой формуле.
Как от нее не беги в тонкости химико-биологических процессов - убежать от ее "простоты" не получится, как не получается изобретателям вечных двигателей убежать от примитивной простоты закона сохранения энергии.
Может быть?
Чисто методологически. Вам, ЛУКА, страшно не становится порой, что ковыряясь в тонкостях биохимии вы бегаете по проклятому кругу и все ваши надежды объяснить появление жизни так как вы это пытаетесь сделать - надежды изобретателя вечного двигателя?

[Прохожий]

  >:DВсе эти циклы по Лука поставляют энергию и сбрасывают энтропию. Жизнь с самого первого момента не замкнута. .

[alex_semenov]

Как я не избегал... но не менет меня чаша сея...

>:DВсе эти циклы по Лука поставляют энергию и сбрасывают энтропию. Жизнь с самого первого момента не замкнута. .

Что значит "сбрасывают энтропию"? Как это понимать? Есть наиболее общее, абстрактное описание такого процесса?
Вот у меня есть одно описание. Случайная флуктуация. Чудо.  Один случай из R^m. Жутко повезло одной данной системе перейти из наиболее вероятного в жутко невероятное состояние. Расплатой за это было то что (R^m) -1 таких же систем (примерно) не повезло.
Еще способ есть? Без чудес? Более продуктивный?...
Я не могу как-то найти... Тепловой насос? Гм... он ведь делает то же самое что и чудо флуктуации. Больше он сделать не может по определению второго начала. Увеличивая порядок здесь он уменьшает его там. Но это же делает и флуктуация! Кстати, и за ту же самую цену!
Нет?

[gans2]

Сразу возникает вопрос. А сам "завод" КАК сложился?

Геохимические циклы в земной коре включают магматические, постмагматические, гипергенные, осадочные и метаморфические процессы.
Кто спер пароль у Семенова и несет креоложеский бред из под его аккаунта?
Или его мозг сожрал Альцгеймер и остатлись только височные доли с боговерием?

[alex_semenov]

Геохимические циклы в земной коре включают магматические, постмагматические, гипергенные, осадочные и метаморфические процессы.

То есть, законы природы ИЗНАЧАЛЬНО были так тонко настроены, что "стапель" просто не мог не сложиться?
Ксати, получается что "стапель" складывается в любой  подходящей точке пространства?
То есть, в настройке законов природы все же был люфт...
Скажем, Луна... Ну явно не сложилось...
Но в целом был некий приказ с самого начала? План?

Проблема в чем? До Мазура в чудестный план ПРИХОДИЛОСЬ верить. Ибо выхода не было. Но теперь...

[Прохожий]

А как быть с репликатором из 60 нуклеатидов?

[Алексис]

Яркий пример - проект любого вечного двигателя.



Качественно можно обосновать работу всех частей этой машины. Вода крутит колесо, колесо крутит винт Архимеда, который поднимает воду наверх, в результате все ПО ОТДЕЛЬНОСТИ - логично. Будет работать!
Но работать ведь не будет…
Почему? Потому что у нас есть количественное описание ВСЕХ подобных систем в этой вселенной. Закон сохранения энергии.
То же происходить, на мой взгляд и с самозарождением жизни. Люди описывают КАЧЕСТВЕННО всякие там хитрые химические процессы. Но кто из них построил количественную модель? Никто. Это слишком сложно?…
Да сложно.
Моторчик состоит из слишком большого числа всяких шестеренок…
Но  у нас есть второе начало термодинамики. И оно, по сути, и сводится к этой проклятой W=R^m (На могиле Больцмана написано: S=k*ln W). И возникает  сильнейшее ощущение что как шестеренки не соединяй, а в конечном итоге все равно проблема зарождения будет именно в этой проклятой формуле.
Как от нее не беги в тонкости химико-биологических процессов - убежать от ее "простоты" не получится, как не получается изобретателям вечных двигателей убежать от примитивной простоты закона сохранения энергии.

Жизнь это паровоз, а не вечный двигатель. Пока есть уголек он едет.  А это значит пока светит солнышко есть и жизнь. Вся система резко неравновесная и приведенные уравнения Больцмана тут вообще говоря не подходят.
Это изначальное неравновесие и породило жизнь.  Вы же пытаетесь искать в условиях равновесия перебирая варианты. Мне кажется тут и кроется ошибка.

[gans2]

Но в целом был некий приказ с самого начала? План?

Отберите у больного клавиатуру!
Какой план? Крепкий и вштыривает который?
Божинька лепит каждую снежинку?

[vika vorobyeva]

Спокойно, спокойно. Не горячимся.

[Прохожий]

Так этож Ганс.....

[СТОкрат]

Что-то я запамятовал историю кораблестроения. Там первый корабль сразу так и возник на стапеле ?  Кажись, сначала были брёвна, потом -- плоты, лодки, парус придумали, управление прицепили...

[СТОкрат]

Кто спер пароль у Семенова и несет креоложеский бред из под его аккаунта?

Ну это не грех, креоложество не скотоложество. Креационизма у Семёнова не больше, чем у сторонников карты аттракторов. Мало нам констант и всяких тонких настроек, теперь ещё карта аттракторов, на которой таки имеется остров сокровищ -- разум.

[alex_semenov]

Что-то я запяматовал историю кораблестроения. Там первый корабль сразу так и возник на стапеле ?  Кажись, сначала были брёвна, потом -- плоты, лодки, парус придумали, управление прицепили...

Но строитель был всегда... А сложность этого элемента превосходит сложность любого стапеля...

Жизнь это паровоз, а не вечный двигатель. Пока есть уголек он едет.  А это значит пока светит солнышко есть и жизнь.

Разумеется. Но мы говорим не о функционировании паровоза, а о его сборке…

Вся система резко неравновесная и приведенные уравнения Больцмана тут вообще говоря не подходят.

Причем. Такое фундаментальное уровнение просто не может быть "ни причем". Кстати, а почему "РЕЗКО"?

Это изначальное неравновесие и породило жизнь.  Вы же пытаетесь искать в условиях равновесия перебирая варианты. Мне кажется тут и кроется ошибка.

Может быть.
Я кстати, так долго и думал. Что моя физическая интуиция все же где-то ошибается… Пока не появилась работа Мазура.

[Алексис]

Кстати, а почему "РЕЗКО"?

Резко в том смысле, что применимость квазиравновесных приближений сомнительна.

Это изначальное неравновесие и породило жизнь.  Вы же пытаетесь искать в условиях равновесия перебирая варианты. Мне кажется тут и кроется ошибка.

Может быть.
Я кстати, так долго и думал. Что моя физическая интуиция все же где-то ошибается… Пока не появилась работа Мазура.

Возник же изначально вопрос об изотропности реликтового излучения. Применим ли в такой вселенной подход Мазура?

[alex_semenov]

Божинька лепит каждую снежинку?

Ну ести есть план, то по существу да.
В плане нет квадратных планет, но там записаны снежинки.

Что меня все же удивляет.
Существует ПРОПАСТЬ между сложностью самого примитивного живого и самого сложного неживого.
Существует? Существует.
Допустим, более резвая и более сложная жизнь скушала более простую древнюю. То есть нижний край сложности жизни поднялся выше, чем была изначально и замел следы былой низости.
Допустим.
Да. Но даже если представить себе мир РНК сложность которого описывается  ~1000 мономеров, все равно это много сложней чем все  неживые  структуры, известные нам.
Значит, если мы считаем что нежить ПОСТЕПЕННО (без всяких чудес, без прыжков) стала жизнью, то в прошлом неживой мир Земли был устроен много сложней теперешнего. По сути планета Земля была огромной мега-клеткой. С тех пор он резко опустился по сложности, упростился.
Допустим.
А что нам говорит геология? Да ничего подобного! Ну была иная атмосфера. Ну были сутки 4 часа, жуткие приливы от низкой Луны, ну была кошмарная вулканическая активность и метеоритная бомбардировка. Да, мир был поживее теперешнего. Грозу, тайфуны… Но не настолько чтобы  мы заподозрили в нем "солярис".
На том же Юпитере, НЕЖИТЬ, наверное, и то пошустрее (посложнее) будет.
Давайте представим себе что мы захотели построить завод, тот самый "стапель" чтобы произвести на свет жизнь. Представьте сложность процессов на нем.
Было ли все это на той ранней Земле?
Как? Откуда? Заурядная планетка…
Та самая пропасть между сложностью живого и неживого, что мы наблюдаем сейчас, может и была поуже (в итоге), но уж никак не  настолько, чтобы ее можно было перейти "в один шаг".

То, что жизнь сама себя может вытягивать за волосы (по выражению Докинза, она как кран на небоскребе, который поднимает свой фундамент) - это уже само по себе требует престольного изучения (а правильно ли мы это понимаем?). Но то, что нежить себя как-то подтянула (самоупорядочила) до очень высокого уровня простейшей жизни (и той нужно было сделать лишь шаг чтобы отделиться) - это уж совсем выглядит потусторонне на фоне всего нам известного о нашей планете.

А вот если Мазур прав, то мы и должны наблюдать такой вот парадокс. Такую вот удивительную пропасть между сложностью живого и неживого. Потому что причина зарождения жизни не в локальных механизмах данного места (их нет и мы должны теряться в недоумении: "как?"), а в самом невидимом нам гигантском размере вселенной.