Физические пределы живых систем

[Maki]

в фотоисеском слое над абисаальными равнинами очень низнкая  концентрация питательных веществ

Пусть низкая. Но минеральные соли - есть. Кислород - есть. Углекислоты - навалом. Солнце светит. Так что какой-то планктон всё равно имеется. А значит есть и те, кто его ест.
И, тем более, океан - динамическая система. Сегодня ты рачок возле зимней (то есть летней)) Антарктиды - завтра тебя унесло течением куда-нибудь в Атлантику. Рыба постоянно мигрирует. Кальмары на месте тоже наверняка не сидят. И кашалоты (а мы про них знаем крайне мало) возможно нагуливают жир где-нибудь в районе шельфа, а потом мигрируют в другое кормное место чтобы от пуза пожрать. А проплывая над абиссальными равнинами просто закусывают тем, что Посейдон послал.

Интересно какие есть бактерии на других планетах и их возможности.

Есть подозрение, что бактерии бывают только на землеподобных планетах. И их устройство, а значит и свойства, подобны нашим бактериям. Жизнь ведь кроме как на углероде и его полимерах пока даже и вообразить невозможно. А углеродная жизнь требует определённых температур.
Что касается давления - можно, конечно, представить суперземлю с какой-то сверхмассивной атмосферой, и при этом достаточно удалённую от своего солнца, дабы парниковый эффект всё не загубил. Но какое давление там будет? На Венере - 95 атмосфер. Пусть будет 195. Но в земных океанах бактерии живут и при 1000. Так что, наверное, возможности инопланетных бактерий примерно такие же, как у наших. 

[nhil]

Есть подозрение, что бактерии бывают только на землеподобных планетах. И их устройство, а значит и свойства, подобны нашим бактериям. Жизнь ведь кроме как на углероде и его полимерах пока даже и вообразить невозможно. А углеродная жизнь требует определённых температур.
Что касается давления - можно, конечно, представить суперземлю с какой-то сверхмассивной атмосферой, и при этом достаточно удалённую от своего солнца, дабы парниковый эффект всё не загубил. Но какое давление там будет? На Венере - 95 атмосфер. Пусть будет 195. Но в земных океанах бактерии живут и при 1000. Так что, наверное, возможности инопланетных бактерий примерно такие же, как у наших. 

А как же планеты, где есть жидкий океан под толщей льда?

[Maki]

А как же планеты, где есть жидкий океан под толщей льда?

Боюсь, там жизнь даже не появляется. Есть мнение, что для этого нужны геотермальные поля - лужи с органикой, их выкипание, высыхание, замерзание - то есть циклические процессы и концентрация "кирпичиков жизни". А в воде такое представить сложно.
По той же причине, океаниды тоже выглядят для жизни очень сомнительно.

[Mercury127]

а также ультрафиолет...
поэтому есть мнение, что даже на вполне землеподобной планете, с лужами и прочим, но с чрезмерно толстой атмосферой - тоже никак.
но есть и обратное мнение: что земная жизнь зарождалась в прохладной сверхкритической углекислотной атмосфере, а-ля "холодная Венера".
что, конечно, не отменяет необходимости наличия водных луж на твердом дне оной атмосферы...

[Maki]

но есть и обратное мнение: что земная жизнь зарождалась в прохладной сверхкритической углекислотной атмосфере, а-ля "холодная Венера".

А тут одно другому не мешает. Даже на холодной планете с относительно жидкой атмосферкой и при слабом солнышке, будет активная тектоника, извержения, приливы, гидротермальные явления, и плюсом к тому регулярные импакты. Полный кавардак. Тут хочешь-не хочешь, а зародишься...))

[Сергей Н]

А тут одно другому не мешает. Даже на холодной планете с относительно жидкой атмосферкой и при слабом солнышке, будет активная тектоника, извержения, приливы, гидротермальные явления, и плюсом к тому регулярные импакты. Полный кавардак. Тут хочешь-не хочешь, а зародишься...))

Основные характеристики планеты должны способствовать возникновению мест с пониженной энтропией. Такие места должны быть именно на поверхности планеты так как поверхность это само по себе зона пониженной энтропии. Если такие места еще и максимально разнообразны то они породят места с еще более низкой энтропией и тд.
Высокое атмосферное давление всему этому не способствует.

[mbrane]

мест с пониженной энтропией.

вы наверное дкмаете что энтропия нечто напоминаюзее стремительный домкрат?

[-Asket-]

Начало лекции довольно попсовое, но дальше весьма интересный материал идет:

www.youtube.com/watch?v=-uLfCYSzZLE

[Rattus]

Многие тезисы и почти теми же словами были написаны за полтора десятилетия до стартового реферата-"миниобзора" темы: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC33372/

[gan]

Хорошая статья о способе разутеплить дома сделанные из пенопласта, при помощи насекомых или раскрытие темы, жить захотите(насекомые имеются в виду) еще не то будите есть.

(кликните для показа/скрытия)

Дядь Саш, заходите иногда к нам на Астрофорум, http://www.youtube.com/watch?v=KZLRVhPTJ9w#

 


https://www.microbiologyresearch.org/content/journal/mgen/10.1099/mgen.0.000842


Научная статья: Взгляд на биодеградацию пластика: состав сообщества и функциональные возможности микробиома суперчервя ( Zophobas morio ) в испытаниях кормления пенополистиролом.
 
Джиаруи Сун,   Апурва Прабху,  Самуэль Т.Н. Арони, Кристиан Ринке.

Пластмассы являются недорогими и широко используемыми органическими полимерами, но их высокая прочность препятствует биоразложению. Полистирол, в том числе экструдированный полистирол (также известный как пенополистирол), является одним из наиболее часто производимых пластиков во всем мире и устойчив к микробному разложению. В этом исследовании мы оценили изменения в микробиоме кишечника суперчервей ( Zophobas morio ).) выращенных на отрубях, полистироле или в условиях голодания в течение 3 недель. Суперчерви на всех диетах смогли завершить свой жизненный цикл до куколки и имаго, хотя суперчерви, выращенные на полистироле, имели минимальный прирост веса, что привело к более низкой скорости окукливания по сравнению с червями, выращенными из отрубей. Изменение микробных сообществ кишечника по сравнению с исходным уровнем значительно различалось между группами диеты, при этом группы полистирола и голодания характеризовались потерей микробного разнообразия и присутствием условно-патогенных микроорганизмов. Предполагаемые микробные функции, обогащенные группой полистирола, включали движение транспозонов, реструктуризацию мембран и адаптацию к окислительному стрессу. Мы обнаружили несколько кодируемых ферментов с заявленной способностью расщеплять полистирол и стирол. подтверждая предыдущие сообщения о разлагающих полистирол бактериях в кишечнике суперчервя. Восстановив геномы, собранные в метагеноме (MAG), мы связали филогению и функции и идентифицировали роды, включаяPseudomonas , Rhodococcus и Corynebacterium , обладающие генами, связанными с деградацией полистирола. В заключение, наши результаты дают первое метагеномное представление о метаболических путях, используемых кишечным микробиомом суперчервей для деградации полистирола. Наши результаты также подтверждают, что суперчерви могут выжить на корме из полистирола, но этот рацион оказывает значительное негативное влияние на разнообразие и здоровье микробиома кишечника хозяина.

Наши результаты подтверждают предыдущие предположения о том, что суперчерви могут помочь уменьшить отходы PS [ 39 ]. Однако минимальное увеличение веса личинок на диете PS, вероятно, затруднит их использование в процессе переработки PS. В частности, последующие применения, такие как производство биодизельного топлива из жирных эфиров суперчервей, подход, который доказал свою осуществимость при использовании суперчервей, выращенных на обычном корме [ 119 ], может оказаться недостижимым. Диверсификация рациона, например, путем добавления в пенополистирол пищевых отходов, может помочь противодействовать диетическому дефициту несбалансированного корма PS и может улучшить здоровье кишечного микробиома и впоследствии увеличить вес хозяина. Такой подход может также способствовать повышению ценности сельскохозяйственных и промышленных побочных продуктов с помощью насекомых [ 120 ].]. В качестве альтернативы, выделение микробов, разлагающих PS, и характеристика их ферментов, участвующих в путях деградации PS, с последующей инженерией ферментов и крупномасштабным производством, являются возможными вариантами использования микробиома суперчервей.

Таким образом, наше метагеномное исследование микробиома кишечника суперчервей дало первое представление о том, как их микробное сообщество реагирует на диету PS. Однако, сравнимые с открытием банки с червями, наши результаты также подняли много новых вопросов. Какие члены микробного сообщества активны и какие гены транскрибируются при использовании PS-диеты по сравнению с обычным кормом? Какие полные пути деградации ФС и стирола используются кишечными микробами? Могут ли некоторые бактерии экономить энергию, используя другие компоненты пенополистирола, кроме полистирола? Использование транскриптомики для количественной оценки уровней экспрессии генов [ 121 ] и использование клик-химии для визуализации in situ изменений трансляционной активности [ 122 ].] поможет ответить на эти вопросы. Тем не менее, введение большинства кишечных бактерий суперчервей в культуру остается конечной целью в наших попытках охарактеризовать микробную деградацию PS в микробиоте этого и других насекомых.

[mbrane]

На сегодня установленный максимум температуры для активной жизни - 395 K. Споры и ДНК в водной среде разрушаются все в течение двух часов при температуре 405 K. Сухие - могут сохраняться в течение нескольких часов при температуре до 435 K. Это - предел.

а теория что говорит... Какая максималльная доля С/G модет быть в ДНК...И при какой температуре подобная днк-цепочка расплавится? Ну и тот де вопрос относительно глобул белков .. Есть оценки по теоретическим максимумам

[Rattus]

Какая максимальная доля С+G может быть в ДНК?

3/4 (Anaeromyxobacter dehalogenans).

И при какой температуре подобная ДНК-цепочка расплавится?

Плавление, т.е. обратимая денатурация водородных связей между парными нуклеотидами цеп(ей), сильно зависит от того в каком состоянии и молекулярном окружении оные полинуклеотидные цепи находятся. Общетеоретические основы описаны давно. На практике же, в случае длинных и особенно кольцевых молекул денатурация части цепи усиливает спирализацию остальной части, а сверхспирализованная ДНК плавится куда труднее и может оставаться неденатурированной до 122°С:

Ну и тот же вопрос относительно глобул белков.

Та же картина и по термостабильности белков-ферментов, помимо вышеприведенной топоизомеразы:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0141022995001743
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6481699/

[mbrane]

3/4 (Anaeromyxobacter dehalogenans).

это рпактицкая. а втеории возможно построение ДНК скаже 80-85%. Или разнообразия триплетов будет недостаточно для полноценного кодирование необхоимого минимумабелков, или возможно ДНК сама потеряет структурную  устойчивость? вот собственно в чем вопрос

[Rattus]

А в теории возможно построение ДНК скажем 80-85%? Или разнообразия триплетов будет недостаточно для полноценного кодирования необходимого минимума белков?

Ну так-то чистая избыточность триплетного кодирования более чем даже трехкратная (64/20=3,2), так что если, например, оставить триплеты с не более чем одной парой АТ (что в предположении, что они встречаются по генам равномерно у нас как раз и выйдет 9/12=3/4 GC), кодировка только уполовинится и всё ещё останется избыточной (32/20=1,6). Но вот совсем без избыточности, возможно, уже устойчивость к мутациям может оказаться недостаточной. Но это ещё не вся беда.

или возможно ДНК сама потеряет структурную  устойчивость?

Самой ДНК из почти одних GC как раз структурная устойчивость наоборот достигнет невиданных высот. Проблема тут уже возникает обратная: нуклеотидное однообразие существенно повышает вероятность палиндромных участков, а значит цепи будут сплошь и рядом зацепляться на себя во всевозможные вторичные структуры типа ветвящихся шпилек или даже таких вот структур. В таких условиях организовать адекватную специфичную регуляцию экспрессии генов уже представляется куда более проблематичной задачей, что мы и видим на практике:
data strongly suggest that variations of GC content across prokaryotic genomes are determined by selection or selection-like process.

[mbrane]

Самой ДНК из почти одних GC как раз структурная устойчивость наоборот достигнет невиданных высот.

Это если речь идет о первичной структуре. Ну дык есть всяческие укладки ДНК во вторичные-третичные структуры (или это характерно только для эукариот)? Празмыслиги недолго. Подобные укладки скоращают поверхность воздействия и скокращают степени свободы (коллебатеьные) внутренних частей молекулы. Не- нетак?

[Rattus]

Это если речь идет о первичной структуре. Ну дык есть всяческие укладки ДНК во вторичные-третичные структуры

Это если не читать следующее предложение после процитированного и не ходить по ссылке в нём.
Про первичную у меня речи не было - понятно, что ковалентные фосфодиэфирные связи между нуклеотидами в цепи заведомо существенно более термостабильны. Речь шла о термоустойчивости только нативной конформации, сохраняющей биохимический функционал быть субстратом полимеразам и прочим ферментам работы с геномом в клетке.

Подобные укладки скоращают поверхность воздействия и скокращают степени свободы (коллебатеьные) внутренних частей молекулы. Не- нетак?

Так. Равно как и указанная выше сверхспирализация. И именно это как раз и повышает температуру денатурации дцДНК.

[mbrane]

Так. Равно как и указанная выше сверхспирализация. И именно это как раз и повышает температуру денатурации дцДНК.

С этим понятно. Но ведь для репликации и транскрипции нужно наоборот локально расплести ДНК. Насколько я понимаю при этом нужно специализированные ферменты  для того чтобы вотпервых убрать сцепленность и убрать напряжения возникшие из-за искривления. Это  должно усложнять аппараты транскрипции или репликации и как намэтом этапе могут образовываться описанные шпильки, отчем говорил ты ранее. Образование шпилнек,спиралей  и прочее нелинейное взаимодействие внутри одной цепочки как понимаю сделает ДНК полностью нефункциональной?

и второй вопрос ты упоминал какой-то штамм с 75% c+g. А насколько он древний то есть близок к гипотетическому луке? Или это условно эволюционное приспособление уже значительно позже луки? Есть какие- то оценки возраста?

[Rattus]

Но ведь для репликации и транскрипции нужно наоборот локально расплести ДНК. Насколько я понимаю при этом нужно специализированные ферменты  для того чтобы во-первых убрать сцепленность и убрать напряжения возникшие из-за искривления.

Так она и начинает расплетаться при значительном нагревании практически сама - см. картинку выше. Причём как раз и в месте начала репликации, богатом AT-парами и в местах начала транскрипции - боксе Прибнова, представляющего собой последовательность ТАТААТ. Получается, что это с одной стороны открывает нужные сайты для посадки полимераз, а с другой - "уплотняет" остальную последовательность.
А соответствующие ферменты прекрасно работают при таких температурах, как видно из всё той же работы выше по ссылке с картинки.

Это  должно усложнять аппараты транскрипции или репликации

Ну, надо полагать, что набор генов домашнего хозяйства у экстремальных термофилов всё же чуточку посложнее будет, чем у микоплазмы с гемофильной палочкой. Но не радикально.

Образование шпилек, спиралей и прочее нелинейное взаимодействие внутри одной цепочки как понимаю сделает ДНК полностью нефункциональной?

Так из-за наличия полностью комплиментарной второй цепи все вторичные структуры оказываются более-менее обратимыми: быть в зашпиленном и распрямленном состоянии дцДНК примерно одинаково энергетически выгодно. А со сверхспирализацией справляется опять таки указанная топоизомераза.

ты упоминал какой-то штамм с 75% c+g. А насколько он древний то есть близок к гипотетическому луке? Или это условно эволюционное приспособление уже значительно позже луки? Есть какие- то оценки возраста?

На самом деле не только у приведенной там дельтапротеобактерии бывает такая высокая доля G+C. Это просто самый последний известный рекордсмен, а протеобактерии вообще не очень-то склонны иметь высокий G+C. Это характерный признак для совсем другого типа - актинобактерий. Оба предыдущих рекордсмена были именно оттуда, из рода актиномицет  - у них всего на процент-полтора меньше это значение.
И, поскольку, как подробно описано в "Логике Случая", филогенетика "современных" (скорее всего несколько миллиардов лет как) прокариот представляет собой не одно дерево, а лес жизни с переплетенными корнями из-за ГПГ, то все их стволы-типы фактически почти одинаково древние. У актинобактерий же высокая доля GC, как полагают, просто последствия адаптации к выходу на сушу.
С типами прокариот дело обстоит примерно также как и другими стволовыми группами - эукариот или эуметазой: возникновение автономной жизни, эукариотизация или кембрийская революция - это всё мощнейшие взрывы разннобразия, когда известные нам стволовые группы, будь то протео- и цианобактерии, одно- и многожгутиковые, первично- и вторичноротые оформились настолько рано, что установить последовательность их появления становится очень непросто и по сути не очень-то уже и важно.

[Combinator]

И, поскольку, как подробно описано в "Логике Случая", филогенетика "современных" (скорее всего несколько миллиардов лет как) прокариот представляет собой не одно дерево, а лес жизни с переплетенными корнями из-за ГПГ, то все их стволы-типы фактически почти одинаково древние.

Ну-ну, не надо упрощать. Есть гены, которые практически не подвержены ГПГ, так как их работа слишком сильно связана с целым набром других генов этого же организма. Прежде всего, это касается генов рибосомного комплекса. Так что, перенос - переносом, но, например, по традиционному дереву малой субъединицы РНК, за редкими исключениями, дерево можно строить вполне себе надёжно.

[mbrane]

дерево можно строить вполне себе надёжно.

ну и насколько внизу место организмов с большим содержаем с+п. А кстати как рабосрма  -отвечает на  выскую температура.