Физические пределы живых систем

[skvj]

Rattus, гипотеза.


Когнитивно-направленная эволюция сенсорных систем: информационная обработка как первичный драйвер морфологической специализации. CDE - Cognitively-Directed Evolution

ABSTRACT

Традиционная неодарвинистская парадигма рассматривает эволюцию сенсорных органов как результат случайных мутаций и последующего естественного отбора. Однако высокая частота конвергентной эволюции сложных сенсорных структур (например, глаза возникали независимо >40 раз) предполагает наличие направляющих принципов, выходящих за рамки стохастических процессов.

Я предлагаю гипотезу когнитивно-направленной эволюции (CDE - Cognitively-Directed Evolution), согласно которой сенсорные органы являются не предшественниками, а следствием примитивных информационно-обрабатывающих систем. Даже простейшие биологические системы (одноклеточные организмы) демонстрируют базовую когнитивную функцию через хемотаксис и обработку градиентов. Специализированные сенсорные органы возникают как морфологические оптимизации уже существующих информационных каналов.

Я формализую эту концепцию через модель аттракторов в морфологическом пространстве, где информационная структура среды создаёт топологические ограничения на эволюционные траектории, объясняя конвергентную эволюцию без апелляции к телеологии.

1. ВВЕДЕНИЕ
1.1 Проблема конвергентной эволюции
Конвергентная эволюция - независимое возникновение сходных признаков у неродственных таксонов - представляет собой один из наиболее интригующих феноменов эволюционной биологии (Conway Morris, 2003). Особенно показателен случай глаза: камерный глаз позвоночных и головоногих моллюсков демонстрирует поразительное структурное сходство при полностью независимом происхождении (Nilsson, 2013).

Стандартное объяснение апеллирует к сходному селективному давлению в сходных экологических нишах. Однако это объяснение недостаточно: оно не объясняет, почему именно эти решения возникают с такой высокой частотой, а не альтернативные морфологические конфигурации.

1.2 Когниция до мозга
Современные исследования демонстрируют наличие базовой когнитивной функции у организмов, лишённых нервной системы:

Одноклеточные организмы демонстрируют хемотаксис и обработку градиентов (Sourjik & Wingreen, 2012)
Слизевики (Physarum polycephalum) решают задачи оптимизации маршрутов (Nakagaki et al., 2000)
Растения обрабатывают информацию о свете, гравитации, химических сигналах (Trewavas, 2003)
Это указывает на то, что информационная обработка предшествует специализированным нервным структурам.

2. ОСНОВНАЯ ГИПОТЕЗА
2.1 Формулировка
Гипотеза когнитивно-направленной эволюции (CDE):

Специализированные сенсорные органы являются морфологическими реализациями информационных каналов, уже обрабатываемых примитивными когнитивными системами. Эволюция сенсорных структур направляется не случайными мутациями, а топологией информационного пространства среды, создающей аттракторы в морфологическом пространстве возможных фенотипов.

2.2 Ключевые положения
Примитивная когниция первична: Даже простейшие биологические системы обрабатывают информацию через биохимические пути
Сенсорные органы вторичны: Они возникают как специализация уже существующих информационных каналов
Мозг как узел интеграции: Центральная нервная система - результат схождения множественных информационных потоков, а не их источник
Конвергенция неизбежна: Структура информационного пространства среды создаёт ограниченное число оптимальных решений

3. ФОРМАЛИЗАЦИЯ

3.1 Информационное пространство среды
Определим информационное пространство среды как множество доступных информационных каналов:

I = {I₁, I₂, ..., Iₙ}

где каждый канал Iᵢ характеризуется:

Пропускной способностью C(Iᵢ) (биты/сек)
Пространственным разрешением R(Iᵢ)
Энергетической стоимостью E(Iᵢ)
Для света (визуальный канал):

C(I_свет) ≈ 10⁶-10⁷ бит/сек (высокая пропускная способность)
R(I_свет) ≈ высокое (направленность фотонов)
E(I_свет) ≈ низкая (фотоны доступны бесплатно)

3.2 Морфологическое пространство

Определим морфологическое пространство M как множество возможных фенотипических конфигураций сенсорных систем.

Каждая точка m ∈ M представляет конкретную морфологию (например, конкретную структуру глаза).

3.3 Функция приспособленности

Приспособленность организма с морфологией m в информационной среде I:

F(m, I) = Σᵢ [C(Iᵢ) · η(m, Iᵢ)] - E(m)

где:

η(m, Iᵢ) - эффективность морфологии m в использовании канала Iᵢ (0 ≤ η ≤ 1)
E(m) - метаболическая стоимость поддержания морфологии m

3.4 Аттракторы в морфологическом пространстве

Ключевое утверждение: Для каждого высокоинформативного канала Iᵢ существует аттрактор в морфологическом пространстве M - область A(Iᵢ) ⊂ M, где η(m, Iᵢ) максимальна.

Для визуального канала аттрактор A(I_свет) соответствует камерному глазу с:

Линзой (фокусировка)
Светочувствительной сетчаткой
Пигментным слоем (контраст)
Конвергентная эволюция объясняется тем, что различные эволюционные траектории сходятся к одному и тому же аттрактору.

3.5 Эволюционная динамика

Эволюционная траектория в морфологическом пространстве:

dm/dt = ∇F(m, I) + ξ(t)

где:

∇F(m, I) - градиент приспособленности (направленная эволюция)
ξ(t) - стохастический шум (случайные мутации)
Интерпретация: Мутации создают шум, но направление эволюции определяется градиентом приспособленности, который, в свою очередь, определяется структурой информационного пространства.

4. ЭМПИРИЧЕСКИЕ ПРЕДСКАЗАНИЯ

Гипотеза CDE делает несколько проверяемых предсказаний:

4.1 Предсказание 1: Примитивная обработка предшествует специализации
У организмов с развивающимися сенсорными органами должна наблюдаться примитивная обработка соответствующего информационного канала до появления специализированного органа.

Пример: Личинки дрозофилы без глаз демонстрируют фототаксис через распределённые светочувствительные клетки (Keene & Sprecher, 2012).

4.2 Предсказание 2: Конвергенция коррелирует с информационной ценностью
Частота конвергентной эволюции должна коррелировать с информационной ценностью канала C(Iᵢ).

Проверка: Глаз (высокая C) - >40 независимых возникновений. Электрорецепция (низкая C) - ~2-3 возникновения.

4.3 Предсказание 3: Морфологическое разнообразие ограничено
Для каждого информационного канала должно существовать ограниченное число оптимальных морфологических решений.

Пример: Все камерные глаза имеют сходную структуру (линза + сетчатка), несмотря на независимое происхождение.

5. ОБСУЖДЕНИЕ

5.1 Отношение к неодарвинизму
Гипотеза CDE не противоречит неодарвинистской теории, но дополняет её:

Мутации остаются источником вариативности
Естественный отбор остаётся механизмом фильтрации
Новое: Информационная структура среды создаёт направляющие ограничения на эволюционные траектории

5.2 Отличие от телеологии

CDE не является телеологической:

Нет "цели" или "намерения"
Направленность возникает из топологии пространства возможностей, а не из предзаданной цели
Аналогия: вода стекает в долину не потому что "хочет", а потому что таков ландшафт

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Гипотеза CDE предполагает, что специализированные сенсорные органы являются следствием, а не предшественником примитивных информационно-обрабатывающих систем. Конвергентная эволюция объясняется существованием аттракторов в морфологическом пространстве, создаваемых структурой информационного пространства среды.

Объясняет высокую частоту конвергентной эволюции
Совместима с неодарвинизмом
Делает проверяемые предсказания
Дальнейшие исследования должны сосредоточиться на количественной оценке информационной ценности различных сенсорных каналов и корреляции с частотой конвергентной эволюции.

REFERENCES
Conway Morris, S. (2003). Life's Solution: Inevitable Humans in a Lonely Universe. Cambridge University Press.
Keene, A. C., & Sprecher, S. G. (2012). Seeing the light: photobehavior in fruit fly larvae. Trends in Neurosciences,
Nakagaki, T., Yamada, H., & Tóth, Á. (2000). Maze-solving by an amoeboid organism.
Nilsson, D. E. (2013). Eye evolution and its functional basis. Visual Neuroscience
Sourjik, V., & Wingreen, N. S. (2012). Responding to chemical gradients: bacterial chemotaxis. Current Opinion in Cell Biology
Trewavas, A. (2003). Aspects of plant intelligence. Annals of Botany.

[skvj]

Rattus, ну вы чего? я же пол года потел. Спасал эволюцию))
К экзекуции и истязаниям готов.

[Rattus]

Rattus, ну вы чего?

Даже журналы дают рецензентам как минимум неделю на ответ.

Я предлагаю гипотезу когнитивно-направленной эволюции (CDE - Cognitively-Directed Evolution), согласно которой сенсорные органы являются не предшественниками, а следствием примитивных информационно-обрабатывающих систем. Даже простейшие биологические системы (одноклеточные организмы) демонстрируют базовую когнитивную функцию через хемотаксис и обработку градиентов. Специализированные сенсорные органы возникают как морфологические оптимизации уже существующих информационных каналов.

Хм, а разве это кто-то отрицает? Разве это не мейнстримное представление?

а не альтернативные морфологические конфигурации.

А какая может тут (у макробионтов) быть альтернатива?

Сенсорные органы вторичны: Они возникают как специализация уже существующих информационных каналов

Это вроде как само собой разумеется, но чтобы возникла система обработки информации, сначала эта информация должна откуда-то поступить. Поэтому какие-то сенсоры (пусть простейшие молекулярные) должны быть сразу.
Фактически простейшая "когнитивная" система должна состоять из двух связанных компонентов: сенсор (сенсорный белок) и регулятор (например белок-регулятор транскрипции какого-то гена). И по количеству двухкопонентных регуляторных систем уже почти два десятка лет можно оценить, например "бактериальный IQ":
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Complete_Genomes/SignalCensus.html

Для более углубленного рецензирования статьи, написаной в соотвествии с академическими стандартами, по данной теме рекомендую обратиться, например, к биоинформатикам ИППИ РАН - ну хотя бы тому же М.С.Гельфанду - он может порекомендовать знакомых специалистов в качестве рецензентов.
Я всё же пока не в полной мере сварщик сисбиолог / биоинформатик.

[skvj]

Rattus, спасибо.
Это я виноват, я не привёл пример и вы недопоняли, вероятно.

Простейший пример: червь реагирует на свет поверхностью, используя рассеянные фоточувствительные белки (неважно, просто пример). Когда его поведение начинает зависеть от различия в освещённости, система анализирует свет - появляются устойчивые нервные связи, фокусирующие этот сигнал.
В результате - возникает глаз как морфологическое сосредоточение уже существующего канала.
Мутации лишь закрепляют то, что уже стало функционально значимым в рамках внутренней динамики системы. Или даже не участвуют. И так со всеми органами.

Это сигнатурная иллюстрация CDE: глаз не случайная удача, а кристаллизация информационного потока.
Закономерность, где мутации или помогают или вообще не участвуют.

Модель CDE могла бы быть количественно проверена через анализ распределения двухкомпонентных регуляторных систем и их корреляции с разнообразием морфологических сенсорных структур.

Для более углубленного рецензирования статьи, написаной в соотвествии с академическими стандартами, по данной теме рекомендую обратиться, например, к биоинформатикам ИППИ РАН - ну хотя бы тому же М.С.Гельфанду - он может порекомендовать знакомых специалистов в качестве рецензентов.
Я всё же пока не в полной мере сварщик сисбиолог / биоинформатик.

Я просто для себя писал, и для вас. Я не собираюсь публиковаться)) просто для форума, я же ни разу не биолог. Но спасибо!

[Rattus]

Когда его поведение начинает зависеть от различия в освещённости

Точнее от направления в пространстве - когда появляется передний и задний конец тела.

глаз не случайная удача, а кристаллизация информационного потока

Разумеется - потому он и находится на переднем конце, а не где-либо ещё.
Биофизика/введение в физиологию, общий курс студентов биомедицинских специальностей.

[skvj]

Когда его поведение начинает зависеть от различия в освещённости

Точнее от направления в пространстве - когда появляется передний и задний конец тела.

глаз не случайная удача, а кристаллизация информационного потока

Разумеется - потому он и находится на переднем конце, а не где-либо ещё.
Биофизика/введение в физиологию, общий курс студентов биомедицинских специальностей.

А, вон вы куда клоните? Я не только не сказал ничего нового, но и не помню простой учебник.
Давайте-ка уточним.

Неодарвинизм объясняет появление сложных органов через три основных механизма:

Мутации - случайные изменения ДНК создают вариации признаков.

Рекомбинация - перемешивание генов при размножении даёт новые комбинации признаков.

Естественный отбор - те комбинации, которые дают преимущество, сохраняются и распространяются.

В классической схеме глаз - результат длинной цепи случайных микромутаций, каждая из которых немного улучшала способность улавливать свет. Это линия Нильссона и Пелгера (1994): от пятна фоточувствительных клеток → до ямки → пузырька → глаза с линзой.
То есть никакой направленности, кроме отбора.
Каждый шаг якобы случайный, но фильтруется пользой.

Я говорю: вариации происходят, но направление, по которому они закрепляются, задано заранее топологией информационного пространства.

Это принципиально новая интерпретация.
Для неодарвиниста глаз случайная удача, усиленная отбором.
Для меня - неизбежная конфигурация, потому что поток фотонной информации заставляет систему выстраивать устойчивые структуры восприятия.

Я не отрицаю мутации, а помещаю их в контекст. Это шум, а структура - детерминирующий сигнал.

Мутации не двигатель.

Это не антимутационизм. Это смена парадигмы от генетического редукционизма к информационному конструктивизму.

dm/dt = ∇F(m, I) + ξ(t)
градиент приспособленности ∇F(m, I) задаёт направление (информационное давление среды),
а ξ(t) это и есть мутации, просто шум, случайное возмущение.

Я перевожу биологию с языка случайности на язык закономерной самоорганизации.
В каком учебнике это написано?

Rattus, а вы случайно, лет 15 назад, не были модератором на одном естественно-научном форуме в разделе Биология под ником Бивер?

[petrovich1964]

Можете объяснить связь между температурой и выживанием живых систем?
Мне казалось что кипении воды, предел разрушения живых систем, зависит от давления. Поэтому на глубине океана возможна жизнь возле геотермальных источников, несмотря на то что там температура больше 100*С

[Rattus]

вариации происходят, но направление, по которому они закрепляются, задано заранее топологией информационного пространства.

Это принципиально новая интерпретация.
Для неодарвиниста глаз случайная удача, усиленная отбором.
Для меня - неизбежная конфигурация, потому что поток фотонной информации заставляет систему выстраивать устойчивые структуры восприятия.

Понятно. Но эта гипотеза не объясняет формирования закладок сложных органов в эмбрионенезе - когда такой "упражняющий" поток либо практически отсутствует, либо ещё не имеет никакого значения для адаптивности организма. Тот же глаз у нороворожденного слепого котёнка качественно имеет все те же структуры, что и у взрослого, пусть ещё и чуть-чуть недоразвитые. Как они самоорганизовались в условиях отсутствия пресловутого потока? Ну и обратное явление - дегенерация - туда же - практически строго по классике Вейсмана и Ландау: почему евреи до сих пор рождаются необрезанными животные, для которых данный поток утратил адаптивное значение - не теряют его воспринимающие структуры в течение поколения и полностью? Например летучие мыши и кроты - хотя у них глаза и существенно деградировали за практически полной ненадобностью, но структурные элементы таки сохранили.
Почему?

Rattus, а вы случайно, лет 15 назад, не были модератором на одном естественно-научном форуме в разделе Биология под ником Бивер?

Нет. Все мои никнеймы в публичном интернете допрежь имеют в своей основе этот.

Можете объяснить связь между температурой и выживанием живых систем?
Мне казалось что кипении воды, предел разрушения живых систем, зависит от давления. Поэтому на глубине океана возможна жизнь возле геотермальных источников, несмотря на то что там температура больше 100*С

Некоторые относительно простые организмы действительно способны переживать температуру в 100°C - поэтому кипячение давно не считается методом стерилизации. Но вот перенести температуру свыше 122°C более нескольких часов, да ещё в вегетативной (активной) форме в воде уже случаи неизвестны.
Видимо выше этой температуры уже не могут существовать белки-ферменты ключевых клеточных процессов - даже самые термостойкие.

[Vavanzer]

Некоторые относительно простые организмы действительно способны переживать температуру в 100°C - поэтому кипячение давно не считается методом стерилизации. Но вот перенести температуру свыше 122°C более нескольких часов, да ещё в вегетативной (активной) форме в воде уже случаи неизвестны.
Видимо выше этой температуры уже не могут существовать белки-ферменты ключевых клеточных процессов - даже самые термостойкие.

  А какие то другие предпосылки к сложным структурам из другого набора элементов так и не нашли еще?
  Вдруг на каких нибудь перегретых планетах существует небелковая жизнь, а на других комбинациях , устойчивых к повышенным температурам и вдобавок еще и достаточно подвижных и активных. При наших же температурах такая комбинация или весь организм в целом просто "окаменеет", те замерзнет !
 Что то типа формы жизни в раскаленной магме, из всякой фантастики))

[skvj]

Понятно. Но эта гипотеза не объясняет формирования закладок сложных органов в эмбрионенезе - когда такой "упражняющий" поток либо практически отсутствует, либо ещё не имеет никакого значения для адаптивности организма. Тот же глаз у нороворожденного слепого котёнка качественно имеет все те же структуры, что и у взрослого, пусть ещё и чуть-чуть недоразвитые. Как они самоорганизовались в условиях отсутствия пресловутого потока?

Эмбриогенез не первичное творение, а воспроизведение устойчивой информационной структуры, зафиксированной в ДНК. В рамках CDE информационный поток, формирующий структуру органа, не обязательно действует во время эмбрионогенеза данного индивида. Он действует на эволюционном масштабе, формируя устойчивые аттракторы морфогенеза, которые затем записываются в генетико-регуляторные сети.

То есть глаз котёнка возникает не потому, что он "упражняется", а потому что его вид уже когда-то сформировал морфогенетическую программу, стабилизированную под действием фотонного потока.

Ну и обратное явление - дегенерация - туда же - практически строго по классике Вейсмана и Ландау: почему евреи до сих пор рождаются необрезанными животные, для которых данный поток утратил адаптивное значение - не теряют его воспринимающие структуры в течение поколения и полностью? Например летучие мыши и кроты - хотя у них глаза и существенно деградировали за практически полной ненадобностью, но структурные элементы таки сохранили.
Почему?

Отличный вопрос!
В рамках CDE исчезновение сенсорного органа - не "обратное развитие", а дезактивация информационного канала. Аттрактор (например, морфология глаза) остаётся в морфологическом пространстве как устойчивая конфигурация - просто система больше не получает от него сигнала, и эффективность η(m, I) падает.
Поэтому структура деградирует частично, но не исчезает мгновенно: морфогенетическая сеть всё ещё содержит след аттрактора, как остаточную топологию, и требуется множество поколений стохастических возмущений (мутаций), чтобы разрушить устойчивость.

Глаз крота всё ещё в аттракторе зрения, просто система больше не "подпитывает" этот узел информацией, и структура распадается, но не исчезает! Норм?

Дополнение к статье:

"Аттракторы морфологического пространства могут закрепляться в виде стабильных регуляторных контуров, передаваемых по наследству. Эмбриогенез реализует уже существующие, закреплённые аттракторы, а не создаёт их заново. Таким образом, поток информации среды влияет на морфогенез не напрямую в каждом индивидууме, а через формирование и стабилизацию морфологических программ в филогенезе."

Вы правы, у котёнка глаз формируется заранее. Но ведь и у Вселенной структура гравитации не рождается с каждым падением яблока.

[skvj]

Нет. Все мои никнеймы в публичном интернете допрежь имеют в своей основе этот.

Просто у вас крыса, а у него был бобёр. И стиль у вас ну, один в один. Я подумал, вдруг это вы и есть))

[Ruslan_Sharipov]

Тема про пределы живых систем. А можно ли эти пределы расширить искусственно? Например, можно ли бактерию, живущую в водной среде, сделать бактерией, живущей в ионной жидкости в форме жидкой эвтектики холин-хлорида и мочевины? Например путем добавления этой ионной жидкости ей в водную среду и постепенным повышением концентрации из поколения в поколение? Сколько поколений для этого потребуется?

[Rattus]

воспроизведение устойчивой информационной структуры, зафиксированной в ДНК

Это как же она там зафиксировалась-то? То у вас структуры развиваются в онтогенезе чуть менее чем целиком от "упражнения" потоками данных и сил из внешней среды, а потом вдруг это каким-то волшеным образом оказывается прописано в ДНК. Если это не ламаркизм чистой воды, что что?

Он действует на эволюционном масштабе, формируя устойчивые аттракторы морфогенеза, которые затем записываются в генетико-регуляторные сети.

А - то есть всё так же направляя давление отбора, ибо никаких других универсальных механизмов эволюции в живой природе не обнаружено. А уж как это самое давление отбора и его значимость видится вам - дело вашего личного вкуса, покуда не формализовано в проверяемую гипотезу.

и требуется множество поколений стохастических возмущений (мутаций), чтобы разрушить устойчивость.

Как и формировать. В итоге ваша концепция также оказывается сведена к генетике как источнику структурной сложности как и классическая СТЭ и т.п. И снова получается "что пнём об сову, что совой об пень..."

Просто у вас крыса, а у него был бобёр. И стиль у вас ну, один в один. Я подумал, вдруг это вы и есть

Нет. Но возможно мы читали в юности одну книжку, только начинали с разных сторон (кстати хорошая книжка).

А какие то другие предпосылки к сложным структурам из другого набора элементов так и не нашли еще?

Из немного другого, например с включением кремния, представить наверное можно, но не так уж и просто.

Вдруг на каких нибудь перегретых планетах существует небелковая жизнь, а на других комбинациях , устойчивых к повышенным температурам и вдобавок еще и достаточно подвижных и активных. При наших же температурах такая комбинация или весь организм в целом просто "окаменеет", те замерзнет

Всё равно радикально выше этот предел для любых реальных химических основ нерегулярных биополимеров предел термостойкости не поднять. Даже до температуры в полтора раза меньше чем на поверхности Венеры (~215°C). Всё что выше - гарантированно стерильно.

Тема про пределы живых систем.

Ага - и ей уже совсем скоро десятилетний юбилей стукнет.

А можно ли эти пределы расширить искусственно?

При углублении в детали практически всегда оказывается, что не более чем в полтора-два-три раза по роду и далеко не везде.

Например, можно ли бактерию, живущую в водной среде, сделать бактерией, живущей в ионной жидкости в форме жидкой эвтектики холин-хлорида и мочевины?

Не очень. Энергетический обмен бактерий основан на градиенте протонов через клеточную мембрану, где оный градиент создаёт электрический потенциал. Минимальная концентрация протонов, находящаяся в сильнощелочных растворах, ещё выдерживаемых экстремальными алкалифилами составляет пикомоль (~10^-12 моль/л - pH<12,5). В целом к сильнощелочным условиям прокариоты приспосабливаются существенно труднее чем к сильнокислым. Холинхлорид даёт слабокислый раствор в воде, но мочевина очень легко разлагается с выделением аммиака (чем пользуются многие бактерии для получения энергии и источника азота), который как основание в растворе хорошо связывает протоны.

Например путем добавления этой ионной жидкости ей в водную среду и постепенным повышением концентрации из поколения в поколение? Сколько поколений для этого потребуется?

Примерно столько же, сколько Ходже Насреддину поколений ослов, чтобы научить их говорить. Повышение удойности коров при постепенном уменьшении кормёжки и усиления доения довольно быстро достигает предела, который преодолеть уже не получится никак.

[skvj]

Rattus, небольшая ремарка.
Я прекрасно понимаю в какую ересь можно впасть не специалисту. Поэтому у меня никаких собственно амбиций нету. Просто годами копится идея. Ну, и решил проверить, - а вдруг? Но пока, я считаю, всё у меня хорошо)) продолжим.

воспроизведение устойчивой информационной структуры, зафиксированной в ДНК

Это как же она там зафиксировалась-то? То у вас структуры развиваются в онтогенезе чуть менее чем целиком от "упражнения" потоками данных и сил из внешней среды, а потом вдруг это каким-то волшеным образом оказывается прописано в ДНК. Если это не ламаркизм чистой воды, что что?

Нет, это не ламаркизм.
Ламаркизм - передача индивидуально приобретённых признаков.
В CDE речь идёт о формировании устойчивых морфогенетических контуров в популяции через многопоколенную стабилизацию информационных взаимодействий со средой.

Генетическая фиксация - не "запись впечатлений", а закрепление устойчивых паттернов взаимодействия между организмом и средой, которые статистически повторяются. Это ближе к идее "эволюционной эпигенетической памяти", обсуждаемой у Уоддингтона (Waddington) и в современной теории Developmental Systems Theory https://en.wikipedia.org/wiki/Developmental_systems_theory

Внимание! Я стою не между Дарвином и Ламарком, а над их спором, в более современной рамке, где наследуется не "признак", а информационный паттерн устойчивости.

Он действует на эволюционном масштабе, формируя устойчивые аттракторы морфогенеза, которые затем записываются в генетико-регуляторные сети.

А - то есть всё так же направляя давление отбора, ибо никаких других универсальных механизмов эволюции в живой природе не обнаружено. А уж как это самое давление отбора и его значимость видится вам - дело вашего личного вкуса, покуда не формализовано в проверяемую гипотезу.

Вы вытащили два старых копья: "Ламарк!" и "Отбор всё равно рулит!" ))
Вы эволюционист старой школы? генцентризм + селекция как единственный детерминизм?
Или просто считаете, что я так низко подготовлен?

Давление отбора - статистическое описание того, что делает сама система: стремится к устойчивым состояниям в информационном потоке. Отбор не первичный механизм, а математическая проекция динамики системы в пространстве приспособленности. CDE не отрицает отбор, а интерпретирует его как вторичное проявление самоорганизации информации.

Генетика остаётся носителем, но не источником сложности. Источник - информационная динамика, из которой генетика лишь извлекает устойчивые решения.

и требуется множество поколений стохастических возмущений (мутаций), чтобы разрушить устойчивость.

Как и формировать. В итоге ваша концепция также оказывается сведена к генетике как источнику структурной сложности как и классическая СТЭ и т.п. И снова получается "что пнём об сову, что совой об пень..."

Я переворачиваю классическую иерархию:

Дарвинизм - ген → признак → отбор → эволюция
CDE - информация среды → устойчивость системы → закрепление в генетике → эволюция.

?

Что до фразы про пень об сову в этом вы правы, Rattus.
Только в моей модели сова не мутации, а информационное поле среды, и пень не геном, а морфогенетическая сеть. А эволюция это то, как они вместе звучат при каждом ударе.

[Vavanzer]

Из немного другого, например с включением кремния, представить наверное можно, но не так уж и просто.

  Кремний - это попса. Хотя, кто его знает...
 Речь то о полной замене набора конструкционных элементов на более "тугоплавкие", так сказать. Все эти аналоги аминокислот и днк из других компонентов чтобы состояли. И были устойчивыми к высоким температурам. При этом область их метаболизма смещается в область более горячую, например там в 300-500° С. А то и выше.

 

Всё равно радикально выше этот предел для любых реальных химических основ нерегулярных биополимеров предел термостойкости не поднять. Даже до температуры в полтора раза меньше чем на поверхности Венеры (~215°C). Всё что выше - гарантированно стерильно.

   Эт то да, понятно что для "нашей" жизни предел известен.

[Rattus]

Речь то о полной замене набора конструкционных элементов на более "тугоплавкие", так сказать.

Если вы внимательно посмотрите на набор "конструкционных" биогенных элементов, то увидите, что это - практически все многовалентные неметаллы и ионы наиболее распространенных щелочных, щелочно-земельных, да и переходных(d) металлов. На что вы собираетесь заменить эти элементы, все составляющие треть таблицы?

[Ruslan_Sharipov]

Холинхлорид даёт слабокислый раствор в воде, но в безводном соединении протон как раз заменён ионом хлора.

Протон - это H⁺, а ион хлора - это Cl^-. Какая-то странная замена плюса на минус получается. Привожу ответ от AI Google.

Безводная эвтектика холин хлорид с мочевиной не является ни кислотой, ни щелочью, а представляет собой нейтральную жидкость. Это глубокий эвтектический растворитель, который образуется при смешивании соли (холин хлорид) и вещества, способного образовывать водородные связи (мочевина).

    Холин хлорид является четвертичной аммониевой солью.
    Мочевина выступает в качестве донора водородных связей.

    При смешивании этих компонентов образуется новая жидкость с температурой плавления ниже, чем у исходных веществ, которая обычно нейтральна по своему pH.

Энергетический обмен бактерий основан на градиенте протонов через клеточную мембрану

Вы можете слегка подкислить безводную ионную жидкость эавтектики холин хлорида и мочевины, растворив в ней небольшое количество какой-либо безводной нелетучей в вакууме кислоты, фосфорной или лимонной к примеру. И будут вам ионы водорода, то есть протоны, для комфорта клеточных мембран наших с Вами бактерий.

[Rattus]

Протон - это H+, а ион хлора - это Cl-. Какая-то странная замена плюса на минус получается.

Разумеется. Не было времени на самопроверку. Исправлено.

Вы можете слегка подкислить безводную ионную жидкость эавтектики холин хлорида и мочевины, растворив в ней небольшое количество какой-либо безводной нелетучей в вакууме кислоты, фосфорной или лимонной к примеру. И будут вам ионы водорода, то есть протоны, для комфорта клеточных мембран наших с Вами бактерий.

Это всё замечательно, но это ещё не всё: чуть менее чем все реакции полимеризации всех биопололимеров - полипептидов, полинуклеотидов, полисахаридов - реакции дегидратации - то есть происходят с образованием молекулы воды. Что, кстати, делает более энергетически выгодным обратный процесс в присутствии достаточно больших количеств воды, создавая проблему начальным стадиям абиогенеза, и та же ДНК гораздо лучше хранится в высушенном кристаллическом виде чем в водном растворе и в концентрированном растворе лучше чем в разбавленном (да и белки - туда же). Поэтому биохимики, занимающиеся этой темой ищут другие подходящие, но безводные растворители, которые могли бы существовать в природе там, где этот самый абиогенез мог бы происходить - например формамид.
Что же касается уже существующей клеточной жизни, то каким бы вы растворителем её не окружили исходно и даже, возможно, внутриклеточно, простое протекание чуть менее чем всех базовых процессов клеточного метаболизма и роста будет приводить к образованию - и накоплению воды. Соединили одну аминокслоту с другой - образовалась одна молекула воды, соединили один фосфат с другим или с углеводом, или углевод с углеводом - то же самое. Глицерин с жирной кислотой в липид - туда же. Синтез жирных кислот или поликетидов - туда же. Окисление кислородом всего этого до "упора" - опять даёт воду.
Вы никуда не уйдёте от воды в любой мыслимой биохимии.

[Ruslan_Sharipov]

Поэтому биохимики, занимающиеся этой темой ищут другие подходящие, но безводные растворители, которые могли бы существовать в природе там, где этот самый абиогенез мог бы происходить - например формамид.

Тут я целиком на их стороне и даже как-то высказывался здесь в форуме, что первичная жизнь на Земле могла быть неводной и постепенно стать водной по мере появления жидкой воды. Но меня тут же начали опровергать в достатоно грубой форме.

Что же касается уже существующей клеточной жизни, Вы никуда не уйдёте от воды в любой мыслимой биохимии.

Тут с Вами никак не поспоришь. В искусственно созданной неводной форме жизни придется организовывать внутриклеточный оборот воды, сопровождая каждую реакцию с выделением воды другой реакцией с её поглощением. Нужны будут белки агрегаторы и перенсчики воды.

[Rattus]

Но меня тут же начали опровергать в достаточно грубой форме.

За других участников отвечать не могу, а сам комментировал, потому что Вы пытались приделать этот факт вообще не туда, где ему место.

Тут с Вами никак не поспоришь.

Вот - в том-то и дело! Когда вначале смотришь на молекулярную архитектуру жизни, кажется, что там можно многое заменить и улучшить, но по мере углубления в тему, эти "возможности" стремительно отпадают как осенние листья с груши и приходит понимание, что найденные природой решения находятся в весьма узком и извилистом коридоре физически возможного в нашей вселенной - просто сужения и изгибы этого коридора не видны, пока его не пройдёшь сам - в учебниках по био(не)органичесской химии и биофизике.

В искусственно созданной неводной форме жизни придется организовывать внутриклеточный оборот воды, сопровождая каждую реакцию с выделением воды другой реакцией с её поглощением. Нужны будут белки агрегаторы и перенсчики воды.

Хех! Вы просто не представляете - насколько это усложнит и сделает громоздкой всю клеточную машинерию - сейчас весьма оптимально устроенную.
При этом тут есть довольно существенное различие между про- и эукариотной клеткой: в клетке прокариот "цитоплазма" (точнее - её жидкостный матрикс - гиалоплазма) действительно представляет собой вполне жидкий водный раствор, где вещества перемещаются путём простой диффузии, что, с одной стороны накладывает серьёзные ограничения на размеры физиологически-активной части клетки, но с другой - относительно простое устройство такой клетки позволяет ей существовать в весьма широком диапазоне условий - например осваивать экстремально кислые/щелочные/горячие местообитания или даже заменять некоторые ионы в клетке на сходные по заряду и радиусу.
Эукариотная же клетка вся пронизана полимерными структурами цитоскелета настолько, что даже при довольно большой локальной механической перфорации мембраны цитоплазма эукариота так просто не вытекает и клетка вполне даже может выжить (что делает возможной, в частности, процедуру ИКСИ при экстракорпоральном оплодотворении или клонирование - все видели эти кадры с помещением иглы в яйцеклетку). Тем не менее на осмотический шок живые клетки эукариот реагируют вполне. Поэтому если убрать из среды их содержания воду, результат должен быть аналогичный плазмолизу.
То есть вам нужно оставить "выдачу" воды только на протекание всех конкретных биохимических реакций, но при этом как-то убрать её влияние на все остальные физиологические явления и биофизические процессы клетки. Операция вообще не очень представимая в принципе для реализации - особенно с учётом сравнительных размеров молекул воды, биополимеров и прочих биоорганических соединений.