"Монстр Шпигельмана" --- первожизнь или тупик?

[Проходящий Кот]

"Монстр Шпигельмана" известный самовоспроизводящийся объект( или всё-таки существо).
Притиндущий на звание минимального самовоспроизводителя.

Вопрос простой --- он может эволюционировать в Луку или навечно застрянет на своей фазе?

[Dioksan]

Там нет самовоспроизведения.

Там несколько капитанское наблюдение того что чем короче фрагмент, тем быстрее он реплицируется.

Это редукция, длинной рнк до ошмётка.

[alena_korf]

Вопрос простой --- он может эволюционировать в Луку или навечно застрянет на своей фазе?

Если поддерживать для него нужные условия на протяжении многих миллионов лет, может и сможет

[mbrane]

"Монстр Шпигельмана" известный самовоспроизводящийся объект( или всё-таки существо).
Притиндущий на звание минимального самовоспроизводителя.

Вопрос простой --- он может эволюционировать в Луку или навечно застрянет на своей фазе?

не может - единственная возможность его существования - исключительно в проточном реакторе...

[mbrane]

Там нет самовоспроизведения.

Там несколько капитанское наблюдение того что чем короче фрагмент, тем быстрее он реплицируется.

Это редукция, длинной рнк до ошмётка.

ага... демонстрация движущей силы при эволюции паразитизма... усложнение - не единственный исход  работы слепого часовщика

[mbrane]

Вопрос простой --- он может эволюционировать в Луку или навечно застрянет на своей фазе?

Если поддерживать для него нужные условия на протяжении многих миллионов лет, может и сможет

поддерживали условия несколько тысяч поколений и все шо удалось увидеть - как хоть и не полностью, но существенно автномный генетический элемент адаптированный к окружающему миру, из 4500 оснований - превратился в огрызок в 200 оснований который может жить исключительно в реторте, в кою внешним образом вводится метаболиты...

[pkl]

Хм, вот что интересно:

Манфред Сампер и Рудигер Льюс из лаборатории Эйгена провели исследование, в ходе которого выяснилось, что в смеси, вообще не содержащей РНК, может при определённых условиях спонтанно возникнуть самореплицирующаяся молекула РНК.

https://ai-news.ru/2018/09/monstr_shpigelmana_estestvennyj_otbor_v_probirke.html
Т.е. если допустить возможность абиогенного синтеза некоего катализатора, то он, попав в раствор нуклеотидов, вполне мог дать начало самовоспроизводящейся РНК!

[mbrane]

Т.е. если допустить возможность абиогенного синтеза некоего катализатора, то он, попав в раствор нуклеотидов, вполне мог дать начало самовоспроизводящейся РНК!

только попал монстр не в смесь олигопетидов, а в реактор с крайне специализированной  репликазой... а далее проблема яйца и курицы

[Maki]

Манфред Сампер и Рудигер Льюс из лаборатории Эйгена провели исследование, в ходе которого выяснилось, что в смеси, вообще не содержащей РНК, может при определённых условиях спонтанно возникнуть самореплицирующаяся молекула РНК.

Действительно любопытно.
Поискал информацию - на русском кроме этой цитаты ничего нет.
На английском по запросу Manfred Sumper Rudiger Luce нашёл в PDF https://fdocuments.in/document/evidence-for-de-novo-production-of-self-replicating-and-environmentally-adapted.html

[Dioksan]

Манфред Сампер и Рудигер Льюс из лаборатории Эйгена провели исследование, в ходе которого выяснилось, что в смеси, вообще не содержащей РНК, может при определённых условиях спонтанно возникнуть самореплицирующаяся молекула РНК.

Нет, там фейл с загрязнением. Возможно ещё "учёный изнасиловал журналиста".

Сейчас нет успешного опыта по созданию самореплицирующейся рнк\системы рнк.
Это является одной из ключевых, если не самой ключевой, проблем возникновения.

[Maki]

Нет, там фейл с загрязнением. Возможно ещё "учёный изнасиловал журналиста".

Судя по всему именно так. Иначе, эти опыты давно бы и многократно воспроизвели.

[Rattus]

Если поддерживать для него нужные условия на протяжении многих миллионов лет, может и сможет

Не сможет никогда.

Там нет самовоспроизведения...Это редукция, длинной рнк до ошмётка.

Совершенно верно.

превратился в огрызок в 200 оснований

Если прочитать соответствкющую статью в Википузии (там совершенно нормальная статья со ссылками на источники), то откроется, что в дальнейших экспериментах в лаборатории Эйгена фрагмент ещё более укоротился до всего 48-54 оснований, которые представляют собой тупо стартовую последовательность (праймер) для той вирусной РНК-полимеразы (большого сложного белка,  кодируемого достаточно длинным геном).
Дальше там написано, что добились и самопроизвольного возникновения таких последовательностей в реакционной среде - что также совершено закономерно: такая короткая последовательность уже имеет вполне "земное" счётное число комбинаций - 4^48 - всё оно умещается в сотню тысяч йоттабайт (причём следует учитывать, что последовательность там не строго единственная - некоторые отдельные нуклеотидные замены не исключают реплицируемости - так что реальное число ещё на порядки меньше).

А вот процесс реальной автономной САМОрепликации в цикле Дарвина-Эйгена идёт ровно в противоположном направлении - удлинения кодирующей последовательности. Ссылку на соответствующую главу книги "Логика Случая" уже выкладывал - можете найти по ключевым словам.
И для старта этого цикла нужна гораздо бОльшая суммарная последовательность рабозимов гиперцикла.
Причём из этих же соображений следует ещё и то, что чистого "РНК-мира" сколь-нибудь долго и тем более в виде самодостаточных чисто РНКовых одномолекулярных репликаз вообще не могло существовать - это эволюционный тупик!
Продуктивное взаимодействие РНК с аминокислотами и пептидами должно было начаться практически сразу в процессе абиогенеза. И это существенно усложняет его модель, о чём подробно написано всё в той же "Логике Случая".
Такие дела.

[Проходящий Кот]

Так "Мир РНК" это абстракция начала образования биосферы.

[Проходящий Кот]

Википедия говорит:
"Монстр Шпигельмана — имя, данное одной молекуле РНК, состоящей из 218 нуклеотидов, способной очень быстро реплицироваться с помощью РНК-репликазы. Эта РНК-молекула названа в честь её создателя — Сола Шпигельмана, профессора Иллинойсского университета США.

Описание
Шпигельман проводил опыты с бактериофагом Qβ[en] [1]. Извлечённая РНК вместе с РНК-репликазой была помещена в смесь свободных нуклеотидов. В таком окружении РНК начала реплицироваться. Через некоторое время РНК была извлечена и помещена в новую свежую смесь. Этот процесс повторялся много раз. Всё более короткие цепочки РНК были способны реплицироваться и делали это быстрее. После 74 поколений оригинальная РНК вируса длиной 4500 нуклеотидных оснований была уменьшена до 218. Эта короткая РНК была способна реплицироваться очень быстро в таком искусственном окружении.

В 1997 году Манфред Эйген и Эленшлегер (Oehlenschlager) показали, что монстр Шпигельмана в конце концов стал ещё короче — до 48 или 54 нуклеотидов, которые представляют из себя стартовые последовательности для РНК-полимеразы[2].

Манфред Сампер (Manfred Sumper) и Рудигер Льюс (Rudiger Luce) лаборатории Эйгена продемонстрировали, что в смеси, вообще не содержащей РНК, а содержащей только нуклеотиды и Qβ-репликазу, может при определённых условиях спонтанно возникнуть самореплицирующаяся РНК, которая эволюционирует в нечто подобное Монстру Шпигельмана[3]."

Собственно, интересует не сам Монстр Шпигельмана, а именно вот эта самореплицирующая РНК.
Как начало жизни.
Ведь тогда жизнь может зародиться в каждой луже......

[Maki]

Дальше там написано, что добились и самопроизвольного возникновения таких последовательностей в реакционной среде

Манфред Сампер (Manfred Sumper) и Рудигер Льюс (Rudiger Luce) лаборатории Эйгена продемонстрировали, что в смеси, вообще не содержащей РНК, а содержащей только нуклеотиды и Qβ-репликазу, может при определённых условиях спонтанно возникнуть самореплицирующаяся РНК, которая эволюционирует в нечто подобное Монстру Шпигельмана[3]."

Нет, там фейл с загрязнением. Возможно ещё "учёный изнасиловал журналиста".

Может быть статья в Википедии нуждается в правке?

[Проходящий Кот]

http://humbio.ru/humbio/genexp/001b5a29.htm

"
Для первоначального появления рибозимов необходим абиотический синтез олигорибонуклеотидов длиной 30-70 оснований. Было показано, что после спонтанной иммобилизации на твердой поверхности коротких олигонуклеотидов в присутствии свежих порций активированных мономеров их длина может самопроизвольно удлиняться до 55 остатков. Но мономеры в спонтанно образующихся олигонуклеотидах соединены друг с другом смешанными 2'-5'- и 3'- 5'-связями, что должно затруднять их последующую матричную активность. Оказалось, однако, что олигоцитидилаты, содержащие смешанные связи, могут служить матрицами для спонтанной полимеризации мономеров, активированных имидазолом, с образованием олигогуанилатов.
Для того, чтобы репликация РНК самими молекулами РНК имела место, необходимо одновременное присутствие в одном микрообъеме, по крайней мере, двух молекул рибозима-репликазы или же репликазы и комплементарной ей цепи РНК, которая служила бы матрицей для репликазы. В таком случае цикл воспроизводства молекулы репликазы можно представить следующим образом.
После разделения цепей синтезированной репликазы и матрицы с последней соединяется олигонуклеотидный праймер, который последовательно удлиняется рибозимом-репликазой, образовавшейся в результате фолдинга второй цепи.
Предполагается, что неорганические поверхности, обладающие большим сродством к одноцепочечным РНК, способствуют разделению цепей после завершения акта репликации. При этом должна существовать определенная компартментализация таких молекул (например, обеспечиваемая силами адсорбции), препятствующая слишком далекому расхождению разделившихся цепей РНК. И, наконец, синтез РНК, осуществляемый древней репликазой, должен характеризоваться определенным уровнем точности.
В основе реакций аутосплайсинга и транс-сплайсинга, осуществляемых рибозимами интронов группы I Tetrahymena, лежит аутокаталитическая реакция объединения двух экзонов, сопровождающаяся удлинением акцепторной последовательности, которое можно рассматривать как прототип реакции полимеризации. Экспериментально подтверждена возможность участия в таких реакциях более коротких олигонуклеотидов. В частности, благодаря этим реакциям пентамеры цитидиловой кислоты (С5) превращались в гетерогенную популяцию олиго(С), содержащую даже 30-членные олигонуклеотиды. Показано, что и динуклеотиды GpC могут выступать в качестве доноров мононуклеотидов при элонгации С5 с образованием С10 в реакции удлинения праймера. Частота ошибок в такой реакции в условиях насыщения GpC-субстратами составляла около 35%, что слишком много для саморепликации молекул РНК.
Альтернативой реакции удлинения праймера на один нуклеотид за цикл может быть зависимая от матрицы реакция элонгации праймера олигонуклеотидами, которая также была продемонстрирована экспериментально. Здесь донорами выступали триплеты олигорибонуклеотидов и крайним известным случаем такой реакции является объединение экзонов. При этом рибозимы Tetrahymena в качестве матриц для сборки олигонуклеотидов могут использовать различные внутренние последовательности нуклеотидов. Так, олигонуклеотиды длиной 8-12 остатков были применены для сборки полной цепи, комплементарной последовательности самого рибозима.
Была разработана система отбора in vitro, позволившая повысить эффективность реакции лигирования путем получения более коротких производных рибозима sunY . Приблизительно 2 1013 вариантов нуклеотидных последовательностей рибозима в виде единого пула были подвергнуты нескольким циклам все более строгого отбора вариантов рибозима на повышенную способность к лигированию с последующей амплификацией последовательностей в конце каждого цикла отбора. Были получены варианты рибозимов с более короткой полинуклеотидной цепью. Они обладали способностью эффективно осуществлять из 18 олигонуклеотидов полную сборку цепи РНК, комплементарной своей собственной полинуклеотидной цепи. Рибозим длиной в 100 нуклеотидов, получивший название лигазы класса I осуществлял образование 3'-5'-фосфодиэфирных связей, и его эффективность была сопоставима с таковой фермента - природной ДНК-лигазы (kкат более1 # с-1). Лигаза класса I может выполнять функции РНК-полимеразы, осуществляя элонгацию праймера путем использования рибонуклеозидтрифосфатов в качестве субстратов. Основным ограничением этой реакции является то, что поскольку комплекс рибозим-матрица удерживается комплементарными взаимодействиями, элонгация праймера прекращается, как только 3'- конец образующегося продукта достигает конца матрицы. В реакции не только используются все четыре рибонуклеозидтрифосфата, но и достигается большая точность синтеза РНК (92%). Дальнейшее ее повышение хотя бы в 10 раз позволило бы этой искусственной РНК- полимеразе воспроизводить свою собственную последовательность нуклеотидов. Полагают, что полное превращение рибозима в РНК- полимеразу произойдет после того, как матрица будет связываться с ним некомплементарными взаимодействиями.
Условия отбора, использованные для получения эволюционирующих in vitro молекул лигазы класса I, были отработаны на современных субстратах (рибонуклеозидтрифосфатах). Не исключено, что изменение этих условий позволит получить рибозимы с новыми активностями. Описан рибозим, осуществляющий реакцию, аналогичную кэпированию акцепторного олигонуклеотида, которая завершалась присоединением к его 5'- концу молекулы аденозинмонофосфата посредством 5'-5'- фосфодиэфирной связи. Полагают, что, используя в качестве субстратов высокоактивированные рибонуклеозидмонофосфаты, можно будет получить рибозимы, непосредственно полимеризующие мононуклеотиды."
Где-то здесь грань

[Dioksan]

Дальше там написано, что добились и самопроизвольного возникновения таких последовательностей в реакционной среде - что также совершено закономерно:

Не соглашусь что это закономерно.
Рнк из нуклеотидов, даже активированных так просто в водном растворе не собирается.
Там ссылка на результат 75 года, это загрязнение, или реагентов, или посуды, или лабораторное.

[Rattus]

Не соглашусь что это закономерно.

Имелось ввиду только, что чисто комбинаторно такой длины последовательности получить полуслучайно в лабораторных условиях - не весть какая "магия".

Так "Мир РНК" это абстракция начала образования биосферы.

Вот только логика адаптивной эволюции и факты химии полимеров таковы, что состояние "мира чистых РНК" без пептидов либо было весьма кратким и малостабильным переходным состоянием к РНК-пептидным гиперциклам и далее к генетическому коду, либо вообще никогда не существовало как таковой. Детали подробно изложены в книге Кунина.

Собственно, интересует не сам Монстр Шпигельмана, а именно вот эта самореплицирующая РНК.
Как начало жизни.
Ведь тогда жизнь может зародиться в каждой луже...

Вот только такая "жизнь" без пептидов за пределы этой лужи никогда не выйдет и сгинет вместе с исчерпанием свободных НТФов в ней.
И если какая-то такая промежуточная фаза и была в истории земной биоты, то никаких следов её не осталось. Самый древний корень биохимии - это пептдилтрансферазный центр большой рибосомной РНК. Т.е. тот её участок, который катализирует образование пептидной связи между аминокислотами. Ну и транспортные РНК. Химия РНК и белков вообще такова, что они гораздо лучше работают друг с другом, чем сами с собой и все многочисленные сложности в опытах по лабораторной эволюции рибозимов-репликаз как раз и демонстрируют этот факт нагляднейшим образом.
Так что проблема "курицы и яйца" всё ещё не имеет простого и быстрого решения - иначе вы бы уже о нём знали.

[mbrane]

сгинет вместе с исчерпанием свободных НТФов в ней.

сгниет понятие уже биологическое... гниение - это катаболизм... на уровне первичной гниения нет биохимии - есть гидролиз, но при гибролизе все нуклеозиды вроде как остаются на месте  - в луже(не скажу вот только за фосфорные остатки).. ну рази шо потом ультрафиолетом порубит на части

[Rattus]

сгниет понятие уже биологическое...

А "сгИНет" - общеупотребительное. Если сами пишете небрежно, то хоть читайте внимательнее.

но при гидролизе все нуклеозиды вроде как остаются на месте

Дефосфорилированными. Т.е. уже неспособными снова собираться в цепи без повода новой свободной химэнергии.