Физические пределы живых систем

[skvj]

По моему даже спорить не о чем.
Митохондрия - альфа-протеобактерия. По рибосомам там как-то точно установлено, не помню подробности.
А они жили и живут! в гидротермальных источниках.
Состав самой клетки симбиотика - полностью соответствует составу древнего океана по ионам.
Какие другие выводы можно сделать? По моему никаких.

[Rattus]

А они жили и живут! в гидротермальных источниках.

Далеко не только там. https://en.wikipedia.org/wiki/Pelagibacter_communis

Состав самой клетки симбиотика - полностью соответствует составу древнего океана по ионам.

Внутренний ионный состав всех вообще известных клеток очень сходен и составу никакого океана он не соответствует - ни современного, ни древнего: ни в одном океане концентрация ионов калия не бывает выше концентрации ионов натрия. Тем более в десятки-сотни раз.

[skvj]

Далеко не только там.

Я имел в виду конкретно гипотетических прародителей митохондрий, то есть тех альфа-протеобактерий, которые обладали метаболизмом, сходным с митохондриальным дыхательные цепи, протонный градиент, участие в сульфидных/железосодержащих средах. А вот среди них как раз гидротермальные и анаэробные среды - весьма вероятное родовое окружение.

Внутренний ионный состав всех вообще известных клеток очень сходен и составу никакого океана он не соответствует - ни современного, ни древнего: ни в одном океане концентрация ионов калия не бывает выше концентрации ионов натрия. Тем более в десятки-сотни раз.

Да, в любом океане: [Na⁺] > [K⁺]
А в клетке наоборот: [K⁺] > [Na⁺] Но это результат активной регуляции мембранными насосами, особенно Na⁺/K⁺-ATP-аза → энергия тратится, чтобы удержать этот "неестественный" баланс.
Почему? Потому что внутренняя среда должна обеспечивать оптимальную работу белков, ферментов, каналов - те, что рождались миллиарды лет назад.
?

[Rattus]

продолжим.

Продолжим.

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

Речь только о конкретных признаках, если это не простое и однозначное свойство вроде наличия какого-то функционального белка, дискретно решающего, например, цвет или форму гороха, не ведётся с начала прошлого века, когда формировлась СТЭ. А ведётся о норме реакции, которую Вы видимо и называете теперь "информационным паттерном устойчивости". Менее дарвинистской это её не сделало.

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.

Не вижу тут никаких принципиальных отличий от современного понимания биологической эволюции. Мутации - это лишь "генератор хаоса" и без направляющих систем отбора, вне их, сам по себе он может только разрушать структурную сложность - также как тепловое движение частиц вне двигательных установок.

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.

Значит речь действительно только об интерпретации существующего механизма. А в таком случае практическая ценность у них только одна - мера наглядности-доступности представления. Докинз в своём "Эгоистичном гене" тоже прямо писал, что его подходу альтернативной может быть, ЕМНИП, групповой отбор, каковой в качестве универсального механизма вовсе не показан и даже сомнителен, но по факту на уровне генов в генотипе отдельного организма происходит именно он.
То есть примерно также как с интерпретациями КМ. Там эвереттово многомирье на мой взгляд гораздо более заморочено на ровном месте (и потому - не очень оккамоугодно), чем классический взгляд.
А вот концепция эгоистичных единиц репликации вполне доступна, наглядна и работает на множестве моделей, поэтому она оказывается ничуть не хуже, пока остаётся в своей объясняющей области.

которые обладали метаболизмом, сходным с митохондриальным дыхательные цепи, протонный градиент

Допрежь не интересовался детально, но разве у современного пелагибактера этого нет? В его местообитании ему очень даже полезно быть настоящим аэробом.

это результат активной регуляции мембранными насосами, особенно Na⁺/K⁺-ATP-аза → энергия тратится, чтобы удержать этот "неестественный" баланс.

Ага.

Потому что внутренняя среда должна обеспечивать оптимальную работу белков, ферментов, каналов - те, что рождались миллиарды лет назад.

Именно. Вот только ионный насос - уже довольно непросто устроенный белок, который будет работать, будучи встроенным тоже в уже имеющуюся мембрану. А во времена формирования первых гиперциклов главных биомолекулярных процессов в микрокамерах пористых минеральных матриц какие ионные насосы могли быть, чтобы реакции первых рибозимов и пептидов не отравлялись избытком натрия морской воды?

[skvj]

Rattus, спасибо. Но я все равно считаю, что древний океан читается в жидкостях клетки.
В архейском океане существовала богатая минеральная среда с растворёнными ионами, особенно Na⁺, Cl⁻, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺.
Белки, нуклеотиды, ферментные реакции начинали формироваться именно в такой среде. Развиваясь в этих условиях, первые клетки приспособились к ним, а значит, вся последующая эволюция это уже не изобретение новых условий, а сохранение подходящих.

Когда появились мембраны, клетки стали отгораживаться от внешнего мира, но при этом воссоздавать внутри него ту солёную, ионно-балансированную среду, к которой привыкли их молекулярные машины.

И я не могу сейчас вспомнить где и как, но я точно читал, что, состав клеточной жидкости особенно внутриклеточный и состав внеклеточной плазмы это продукт биохимического импринтинга древнего океана, адаптированный, но четко читаемый. Искал, искал - не нашёл. Но у меня есть, причем в серьезных книгах.

[Rattus]

Но я все равно считаю, что древний океан читается в жидкостях клетки. В архейском океане существовала богатая минеральная среда с растворёнными ионами, особенно Na⁺, Cl⁻, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺. Белки, нуклеотиды, ферментные реакции начинали формироваться именно в такой среде.

А чем бескислородные геотермальные поля Вас не устроили?

Но у меня есть, причем в серьезных книгах.

Наверное эти книги совсем не новые.
Теперь пожалуй наиболее серьёзная книга на эту тему на русском языке - это вот.

[skvj]

Речь только о конкретных признаках, если это не простое и однозначное свойство вроде наличия какого-то функционального белка, дискретно решающего, например, цвет или форму гороха, не ведётся с начала прошлого века, когда формировлась СТЭ. А ведётся о норме реакции, которую Вы видимо и называете теперь "информационным паттерном устойчивости". Менее дарвинистской это её не сделало.

Ага! Обвинения в ламаркизмах закончились)) Дискуссия переходит на стадию принятия модели как интеллектуально допустимую!
Теперь стадия - всё это уже было! Продолжим.
Не-не, вы всё правильно делаете, это я юморю с точки зрения подследственного.

Переформулированный дарвинизм?
Не совсем. "Норма реакции" описывает диапазон фенотипической вариации при данном генотипе.
CDE же говорит о формировании самой топологии этого диапазона - о том, почему в морфологическом пространстве появляются устойчивые направления, куда потом действует отбор.
Т.е. не просто "вариации в рамках нормы", а происхождение самой нормы как следствие информационной динамики.

Я поднимаю уровень анализа над фенотипической пластичностью к вопросу, почему некоторые формы вообще возможны, а другие нет.

Значит речь действительно только об интерпретации существующего механизма. А в таком случае практическая ценность у них только одна - мера наглядности-доступности представления. Докинз в своём "Эгоистичном гене" тоже прямо писал, что его подходу альтернативной может быть, ЕМНИП, групповой отбор, каковой в качестве универсального механизма вовсе не показан и даже сомнителен, но по факту на уровне генов в генотипе отдельного организма происходит именно он.
То есть примерно также как с интерпретациями КМ. Там эвереттово многомирье на мой взгляд гораздо более заморочено на ровном месте (и потому - не очень оккамоугодно), чем классический взгляд.
А вот концепция эгоистичных единиц репликации вполне доступна, наглядна и работает на множестве моделей, поэтому она оказывается ничуть не хуже, пока остаётся в своей объясняющей области.

Практическая ценность CDE в предсказаниях.
Если информационная структура среды действительно формирует аттракторы в морфологическом пространстве, то мы можем предсказать частоту и форму конвергентной эволюции, не прибегая к чисто статистическому описанию отбора.
Это не вопрос "наглядности", а возможность моделировать эволюцию как вычислительный процесс, где мутации - шум, а структура среды - матрица направлений.

Именно это превращает гипотезу в потенциальную научную программу с измеримыми параметрами: C(I), η(m, Iᵢ), E(m).

Дарвиновская картина остаётся верной, как ньютоновская механика в своих пределах.
Но CDE говорит: эволюция - это не просто игра случая и отбора, а процесс, в котором сама информация среды "ведёт" формы к устойчивости.
Если угодно это интерпретация отбора в терминах физики информации.

И, кстати, насчёт многомирья - Эверетт не заморочен, просто Вселенная сложнее, чем хотелось бы экономному разуму. С эволюцией так же.

[Combinator]

Rattus, спасибо. Но я все равно считаю, что древний океан читается в жидкостях клетки.
В архейском океане существовала богатая минеральная среда с растворёнными ионами, особенно Na⁺, Cl⁻, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺.
Белки, нуклеотиды, ферментные реакции начинали формироваться именно в такой среде.

Ни белки, ни нуклеотиды в водной среде не образуются, должно быть периодическое подсушивание.

[Rattus]

Т.е. не просто "вариации в рамках нормы", а происхождение самой нормы как следствие информационной динамики.

Это всё хоршо. только в чём эта ваша информационная динамика измеряется и как может быть применена?

Если информационная структура среды действительно формирует аттракторы в морфологическом пространстве, то мы можем предсказать частоту и форму конвергентной эволюции, не прибегая к чисто статистическому описанию отбора.
Это не вопрос "наглядности", а возможность моделировать эволюцию как вычислительный процесс, где мутации - шум, а структура среды - матрица направлений.
Именно это превращает гипотезу в потенциальную научную программу с измеримыми параметрами: C(I), η(m, Iᵢ), E(m).

Опять таки не совсем понятно - в каких попугаях эти параметры выражаются. Но в любом случае - вперёд и с песней моделировать эволюцио какого-то хорошо проверяемого объекта. Например антибиотикоустойчивости микроорганизмов - у них поколения сменяются максимально быстро - на 4-5 порядков быстрее чем у макробионтов, так что проверка модели сильно много времени не займёт.

[skvj]

Rattus, спасибо. Но я все равно считаю, что древний океан читается в жидкостях клетки.
В архейском океане существовала богатая минеральная среда с растворёнными ионами, особенно Na⁺, Cl⁻, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺.
Белки, нуклеотиды, ферментные реакции начинали формироваться именно в такой среде.

Ни белки, ни нуклеотиды в водной среде не образуются, должно быть периодическое подсушивание.

Это старая гипотеза.
Чтобы образовалась связь у нуклеотидов или у белков нужно или удаление воды, или энергетическое вложение (активация), чего там было предостаточно.

Наверное эти книги совсем не новые.
Теперь пожалуй наиболее серьёзная книга на эту тему на русском языке - это вот.

Спасибо, я по биологии уже много лет ничего нового не читаю. Нет времени.
Всё проклятая космология отбирает))

[Combinator]

Это старая гипотеза.
Чтобы образовалась связь у нуклеотидов или у белков нужно или удаление воды, или энергетическое вложение (активация), чего там было предостаточно.

Можно поконкретнее, о чём речь, об АТФ? Покамест я в качестве возможного более-менее реалистичного кандидата вижу лишь тиолы.

[Ruslan_Sharipov]

Хех! Вы просто не представляете - насколько это усложнит и сделает громоздкой всю клеточную машинерию - сейчас весьма оптимально устроенную.

А какой у нас выбор? Нежелание менять оптимально устроенную машинерию запирает нас в пределах Земли и обрекает на вымирание подобно динозаврам.

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.

Там, где вода не является реагентом, её заменит ионная жидкость - эвтектика холин хлорида и мочевины либо какая-нибудь другая.

[Rattus]

А какой у нас выбор? Нежелание менять оптимально устроенную машинерию запирает нас в пределах Земли и обрекает на вымирание подобно динозаврам.

Да какой угодно! Можно пытаться делать бочки о'Нейла, как предлагает Семёнов, можно пытаться заселить Марс или лучше Титан. А ещё лучше - сразу строить звездолёты.  Всё это всяко более реалистично, чем придумывать новую биохимию с запертой водой.

Там, где вода не является реагентом, её заменит ионная жидкость - эвтектика холин хлорида и мочевины либо какая-нибудь другая.

Будто молекулы в клетке все  ходят только строем и по команде! Если у вас в реакциях выделяется вода - она накапливается в клетке, растворяясь между других молекул и просто так сама аыходить не станет. Собственно в клетках даже нет механизмов активного выведения одной только воды - она идёт следом за веществами с высокой осмолярностью. Именно поэтому водное отравление реаниматологам так тяжело купировать.
То есть клетка с "безводной" цитоплазмой при активном протекании метаболических процессов начнёт тупо набухать от выделяющейся воды. Каковую воду специфично отводить и каким образом - молекулярных механизмов по сути нет и даже не очень понятно как их сделать: выделительные системы животных клеток основаны на ионных (натриевых) насосах, которые путём направления потоков этого самого натрия, направляют и воду по градиенту его концентрации.
А как вы собираетесь выводить воду оттуда, где всё наполнено другими хорошо растворимыми в ней веществами - непонятно совершенно.

[skvj]

Это всё хоршо. только в чём эта ваша информационная динамика измеряется и как может быть применена?

Измеряется всё в тех же попугаях, что и везде. В CDE "информационная динамика" измеряется через параметры, которые уже используются в биофизике и биоинформатике.
Энтропия сигнала среды (H):
H = –Σ p(i) log p(i), где p(i) - вероятность встречаемости стимулов.
Она отражает объём потенциальной информации, доступной системе.

Например, можно измерить распределение световых градиентов, химических веществ или температур.

Информационный поток (C):
C = H_in – H_out, то есть сколько информации реально передаётся между средой и системой.
Эта величина измеряется в битах/сек, стандартная единица Шеннона.

Эффективность сенсорной системы (η):
η = ΔF_signal / E_metabolic, отношение увеличения приспособленности к энергетическим затратам.
Это аналог КПД восприятия. Его можно оценить по изменению экспрессии генов, скорости реакции или росту при разных сигналах.

Динамика сети (Φ):
Φ мера интегрированной информации, которая показывает, насколько когнитивно связана система.
Рост Φ означает усложнение когнитивной архитектуры без необходимости мутаций.

Применение в прогнозе направленности эволюции.

Если известны параметры среды (H, C, E), можно вычислить, какие морфологические решения являются аттракторами, т.е. куда "потечёт" эволюция без апелляции к случайности.

Это и есть цель CDE - описать эволюцию как оптимизацию передачи информации при ограничениях энергии и структуры среды.

Так что измеряется всё в тех же попугаях, что и нейронаука - в битах, джоулях и градиентах энтропии.
Только теперь попугаи сидят не в клетке отбора, а летают по информационному ландшафту 😆

Опять таки не совсем понятно - в каких попугаях эти параметры выражаются. Но в любом случае - вперёд и с песней моделировать эволюцио какого-то хорошо проверяемого объекта. Например антибиотикоустойчивости микроорганизмов - у них поколения сменяются максимально быстро - на 4-5 порядков быстрее чем у макробионтов, так что проверка модели сильно много времени не займёт.

Отличная мысль! спасибо.
Именно на микроорганизмах можно проверить CDE.
Ведь у бактерий "информационная структура среды" это не только физические факторы, но и селективное поле сигналов: концентрация антибиотиков, плотность популяции (quorum sensing как-то так), химические градиенты.

Если CDE верна, то направление адаптации можно описать не просто через частоту мутаций, а через структуру доступных информационных каналов. Например, можно измерить:

– энтропию распределения сигналов среды
– число регуляторных путей, реагирующих на эти сигналы
– эффективность (η) изменения экспрессии генов под действием градиента

Тогда CDE предсказывает, что степень направленности (скорость адаптации, частота повторных решений) будет зависеть не от числа мутаций, а от информационной связности среды - от того, насколько она "обучающая".

Т.е. проверка CDE не в поиске новой мутации глаза, а в том, насколько среда сама подсказывает системе, куда двигаться.

Идея с антибиотиками правда хороша, там природа сама проводит миллион экспериментов в час.
Фух!
 

[skvj]

Rattus, может вы подключитесь, чтоб до ума довести? А я возьму вас в соавторы.
Фамилии в алфавитном порядке, как положено: Rattus, skvj
😆

[Baby[lone]]

чем бескислородные геотермальные поля Вас не устроили?

Так где же впервые самособрались биомолекулы и некие прото-клетки: в солёной воде, в пресной воде или в глине и грязи!? Неужели миф о лепке жизни из глины отчасти правда?

[Rattus]

Так где же впервые самособрались биомолекулы и некие прото-клетки: в солёной воде, в пресной воде или в глине и грязи!?

В достаточно тесном контакте с минеральной "матрицей", выполняющей в том числе функции катализатора некоторых реакций. И под лучами мягкого ультрафиолета. Одним словом - в виде "первичной пиццы".

Неужели миф о лепке жизни из глины отчасти правда?

Околометафорически, так сказать. Но более правда тут будет - представление Ч.Дарвина о "небольшом тёплом пруде". Хотя какие-то процессы абиогенеза могли происходить и вне земли - на кометных телах. Это всё ещё обсуждаемый вопрос.
Но точно не в океанской толще - там и проблема разбавления, и упомянутый избыток натрия делают зарождение жизни практически таким же невероятным, как и в атмосферных облаках.

[Baby[lone]]

избыток натрия

Правда ли состав человеческой крови очень близок морской воде?

[Rattus]

Правда ли состав человеческой крови очень близок морской воде?

Наша кровь в среднем раза в два более разбавлена, чем морская вода, но по соотношению различных минеральных компонентов они довольно похожи.
Хотя следующая сентенция про солёный вкус там неточная - главный источник солёного вкуса - ионы натрия, но противоионы таки оказывают влияние на его рецепцию, поэтому гидрокарбонат натрия (пищевая сода) кажется только слегка солоноватой.

[Baby[lone]]

Хотя следующая сентенция про солёный вкус там неточная

А я с детства усвоил, что соленость главное сходство... Я ошибался!?
Похоже, но не то...