Определение жизни, живой системы и аксиоматика биологии

[Проходящий Кот]

Так бактерии быстро специализируются. В одних районах больше одних веществ, в других больше других.
И как только в каком-то районе возникнет первичная экосистема, она довольно быстро поглотит всю Биосферу...

[CTPAHHNK]

....
мнение Combinator-a мне интересно, но он не стал тут развивать эту тему.. да и в вопросах,  как именно и где возникает органическая жизнь, у меня с ним расхождения.  я полагаю, что жизнь формируется на планетах земного типа -- когда ВСЯ ее первичная биосфера (поверхностный бульон, вкупе с тектоникой и хим.процессами в глубине океанов) представляет собой первичный БОЛЬШОЙ единый организм, который усложняется, когда в нем, по мере  развития,  образуютсят самостоятельные обособленные органические микроструктуры, на основе автокаталитических или фотохимических реакций, протекающих в первичном бульоне планеты под воздействием потока негэнтропии от Солнца.... 

условия на планете, видимо, д.б. достаточно уникальными, в том числе -- они возможны в узком временном интервале  ее образования после  БВ и т.п.. 

ну, это такое мое видение -- я  не настаиваю))

Масло масляное? Она у Вас возникает все-таки? Или уже возникла, но тогда как? 

[interim_sn]

Масло масляное? Она у Вас возникает все-таки? Или уже возникла, но тогда как? 

я это понимаю так: наша планета --  прото-бульон ее начальной биосферы, в котором еще не существовало никаких отдельных живых микроорганизмов, в любом виде (как самодостаточных самостоятельных живых систем) -- после своего образования обладала важным свойством всех живых  ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИ ОТКРЫТЫХ систем --  наращивать свою сложность (т.е накапливать информацию и уменьшать энтропию), получая энергию от  внешнего источника -- Солнца, за счет протекающих в ней автокаталитических и фотохимических реакций..  как-то так..

[Nucleosome]

Дайте подтверждабщие данный тезис ссылки, плиз

а какие ссылки тут нужны? о том, что ДНК и РНК способны комплементрано собирать копию себя? ферменты подносят нуклеотиды, сшивают их, но информация-то о том, что собирать надо всё равно в ДНК, а не в них...

[Nucleosome]

Но всё равно очень быстро, по геологическим меркам мгновенно вся Земля будет заселена.

ну да, а что в этом такого?.. раз появившись жизнь заполняет все доступные ей местообитания...

Допустим, первичный бульон каким-то образом создаётся абиогенным способом (как-то же он возник), бактерии, скорее всего, смогут есть его быстрее, чем он создаётся.

как такое возможно??? что, вы можите съесть полкило хлеба, купив только 300 грамм??? бактерии будут размножаться ровно до того, пока хватит ресурсов. Вы что, говоря о происхождении жизни ни разу не видели как выглядит кривая роста численности бактерий на питательной среде? А кривые хищник-жерта? они ведь там будут уже все достаточно разные когда заселят всё, так что некоторые будут поглощать и собратьев тоже, тем более на первых порах отличить где просто питательная среда, а где собрат не очень удачно получившийся будет не так тривиально как нынче, когда всех таких неудачников переварили.

[Combinator]

а какие ссылки тут нужны? о том, что ДНК и РНК способны комплементрано собирать копию себя? ферменты подносят нуклеотиды, сшивают их, но информация-то о том, что собирать надо всё равно в ДНК, а не в них...

Речь шла о "классической" гипотезе РНК-мира. То есть, о том, что РНК-полинуклеотиды якобы способны самовоспроизводиться без помощи ферментов.

[Инопланетянин]

Допустим, первичный бульон каким-то образом создаётся абиогенным способом (как-то же он возник), бактерии, скорее всего, смогут есть его быстрее, чем он создаётся.

как такое возможно??? что, вы можите съесть полкило хлеба, купив только 300 грамм???

Я говорил о том, что создаваться этот бульон не успеет и бактерии вымрут от голода. Переварить своих они смогут, конечно, но в перевариваемом веществе должна быть энергия, а она быстро закончится.
Надо чтобы сразу возникло нечто фототропное. Пусть с плохоньким КПД. Иначе - быстрый кирдык.

[gans2]

Опровергатели прочитали Маркова? Или они увлечены процессом опровергания и не замечают, что бегают по кругу?
Открываете "Рождение сложности" - там все вопросы отвечены. Не для "детского интуитивного восприятия", ага

[Проходящий Кот]

Допустим, первичный бульон каким-то образом создаётся абиогенным способом (как-то же он возник), бактерии, скорее всего, смогут есть его быстрее, чем он создаётся.

как такое возможно??? что, вы можите съесть полкило хлеба, купив только 300 грамм???

Я говорил о том, что создаваться этот бульон не успеет и бактерии вымрут от голода. Переварить своих они смогут, конечно, но в перевариваемом веществе должна быть энергия, а она быстро закончится.
Надо чтобы сразу возникло нечто фототропное. Пусть с плохоньким КПД. Иначе - быстрый кирдык.

А черных курильщиков не хватит для начала?

[LUKA]

Все органические соединения достаточно быстро распадаются в обычных условиях при нормальной температуре.
Как же они могли образоваться? Тем более эволюционировать?
Устойчивость органики определяется исключительно воспроизводимостью.

В точку. Один из очень правдоподобных вариантов - циклические химические реакции (в живых организмах реакции и собраны в циклы-сети).

Существует множество гипотез и теорий ,пытающихся объяснить возникновение этой высокорганизованной системы,как правило за точку отсчета берется моделирование начала начал --физико-химических условий на поверхности ранней Земли.Однако, все эти попытки разбиваются вдребезги на стене следующего факта:как и каким образом образовалась первичная структура ,очевидно уже изначально состоящая из трех основных составных систем:репликатора,мембраны и упорядоченной системы белков?
 

В современных моделях биогенеза НЕ ПРЕДПОЛАГАЕТСЯ существование "упорядочённой системы белков". Кодируемый белковый синтез возник позднее реплиатора и первичного метаболизма.

Да, в опытах 1953 года американские физикохимики Гарольд Юри (Harold Urey) и Стенли Миллер (Stanley L. Miller) продемонстрировали, как могли сформироваться искомые нуклеотиды.

Ради исторической справедливости. Гарольд Юри был очень порядочным человеком. И он не примазался к результатам его студента С. Миллера. Поэтому Миллер публиковал свои первые результаты в одиночку. Это - очень редкий факт порядочности, обычно к хорошим работам много примазавшихся, и, как правило, цитируют не тех, кто реально работу делал. Тому немало примеров знаю.

Аминокислоты, в том числе и синтезированные Миллером и Юри, — значительно менее сложные молекулы, чем нуклеотиды. Все они содержат по одной амино (NH2) и карбокси (СООН)-группе, которые связаны с одним и тем же атомом углерода. Самая простая из тех 20 аминокислот...

Аминокислот не 20, а 19. Пролин не содержит аминогруппы, вместо неё иминогруппа. Поэтому пролин - не аминокислота, а иминокислота.

Аминокислоты и другие молекулы, синтезированные Миллером и Юри, содержали не более трех атомов углерода.

Не совсем так. Объясню. Первым опыты, аналогичные опытам Миллера, провёл немец Лёб в начале 20  века. Он обнаружил только аминокислоту глицин. Причина - отсутствие методов фиксации аминокислот при низких концентарциях. Миллер в 50-х годах обнаружил намного больше. Его высушенные на хроматографической бумаге образцы сохранились до настоящего времени. В 2000-х годах в них перепроверили содержание аминокислот - их оказалось существенно больше. Всё дело оказалось в усовершенствовании способов фиксации веществ, включая аминокислоты.

Для спасения теории первичности РНК ее сторонники создали целое новое направление в той области науки, которая занимается происхождением жизни. Они пытались доказать, что РНК и ее компоненты можно получить в лаборатории из небиологических молекул в ходе последовательных тщательно контролируемых реакций в условиях, сходных с теми, что существовали на первобытной Земле.

Для того чтобы понять, насколько успешными могут быть подобные попытки, представьте следующую ситуацию. Некий человек играет в гольф на поле с 18 лунками и вдруг приходит к мысли, что мяч способен перемещаться и без его участия, причем исход игры не изменится. Такое возможно только в том случае, если та или иная комбинация природных катаклизмов (землетрясений, сильных ветров, смерчей, наводнений и т. д.) рано или поздно (вероятнее всего, очень поздно) приведет к желаемому результату. То же самое касается возникновения РНК: его образование не противоречит никаким законам физики, но вероятность подобного события стремится к нулю.

Некоторые химики предположили, что в «мире-до-РНК» вначале появился более простой репликатор, который и стал «правителем», причем он должен был обладать ферментативными свойствами, как и РНК. Однако никаких следов подобного древнейшего образования не обнаружено.

Насчёт возникновения РНК из якобы существовавшего первичного бульона полностью поддерживаю. Однако алтернативное объяснение и экспериментальное моделирование начало развиваться с 90-х годов. И не так давно на страницах Nature и Science была бурная дискуссия между сторонниками старой модели РНК-мира и новой модели первичности метаболизма (наследственность тоже была, но её механизм был обусловлен цикличностью протекающих метаболических реакций и автокаталитичностью процессов. Чуть ли не анафеме публично предали друг друга.
Первым нарушителем спокойствия стал Гюнтер Вехтерхойзер, заявивший первичность метаболизма, возникшего от металлосерных катализаторов и запустивших первый метаболический цикл - прообраз восстановительного цикла трикарбоновых кислот. Далее с накоплением экспериментальных данных появилось немало моделей, привязавших возникновение жизни к возникновению сети из циклических реакций - прообразов современного промежуточного метаболизма (Рассел, Мартин и многие другие).

Гипотеза о том, что РНК - первая молекула, способная к самовоспроизведению в до-биологических системах свидетельствует о том, что автокатализ не рассматривается как самовоспроизведение молекул.

Ведь РНК выступает матрицей для своих копий, а катализатор - лишь ускоряет реакцию, продуктом которой он является.

Матричный синтез - это разновидность автокатализа. Обоснование этого есть например у Эйгена.

[Проходящий Кот]

Тоесть с высокой степенью вероятности в подходящих условиях жизнь зародится сразу. И значит ВЕЛИКИЙ ФИЛЬТР не там....

[arduan]

Все органические соединения достаточно быстро распадаются в обычных условиях при нормальной температуре.
 

В современных моделях биогенеза НЕ ПРЕДПОЛАГАЕТСЯ существование "упорядочённой системы белков". Кодируемый белковый синтез возник позднее реплиатора и первичного метаболизма.

Хорошо.Репликаторы состоят из нуклеотидов.Вот берем,один только простейший пример.
1) Как они возникли на первородной Земле(формулы)
2) Как соединились в цепочку РНК(формулы)?

Для конкретики ,вот : http://elementy.ru/news/431082
За громкими фразами,ничего совершенно не ясно,из 4 букв одну набрали только...синтеза пуриновых нуклеотидов — А и Г как не было так и нет,ни в ту ,ни в эту сторону ничего неясно

[Nucleosome]

Я говорил о том, что создаваться этот бульон не успеет и бактерии вымрут от голода. Переварить своих они смогут, конечно, но в перевариваемом веществе должна быть энергия, а она быстро закончится.

она не закончится, потому что синтез органических соеденений идёт и абиогенный - медленно конечно, но иначе откуда вообще взяться первичному бульёну?

[LUKA]

Все органические соединения достаточно быстро распадаются в обычных условиях при нормальной температуре.
 

В современных моделях биогенеза НЕ ПРЕДПОЛАГАЕТСЯ существование "упорядочённой системы белков". Кодируемый белковый синтез возник позднее реплиатора и первичного метаболизма.

Хорошо.Репликаторы состоят из нуклеотидов.Вот берем,один только простейший пример.
1) Как они возникли на первородной Земле(формулы)
2) Как соединились в цепочку РНК(формулы)?

Для конкретики ,вот : http://elementy.ru/news/431082
За громкими фразами,ничего совершенно не ясно,из 4 букв одну набрали только...синтеза пуриновых нуклеотидов — А и Г как не было так и нет,ни в ту ,ни в эту сторону ничего неясно

Синтез пуринов пуриновых нуклеотидов был смоделирован уже достаточно давно. Сам Аденин Юри сумел лет 50 назад синтезировать из цианистой кислоты:

Главная трудность до публикации данной работы как раз и заключалась в синтезе цитозина. Между прочим, если бы Вы прочитали эту статью ПОВНИМАТЕЛЬНЕЙ, то Вы бы не задали такой вопрос:
"Точнее говоря, пуриновые нуклеотиды (аденозин А, гуанозин Г) синтезируются...".

2) Как соединились в цепочку РНК(формулы)?

Этапу РНК-полимерного мира предшествовал этап олигоРНК-метаболизма.
См. подробнее мою статью:
http://scorcher.ru/theory_publisher/show_art.php?id=250

Я говорил о том, что создаваться этот бульон не успеет и бактерии вымрут от голода. Переварить своих они смогут, конечно, но в перевариваемом веществе должна быть энергия, а она быстро закончится.

она не закончится, потому что синтез органических соеденений идёт и абиогенный - медленно конечно, но иначе откуда вообще взяться первичному бульёну?

Есть хорошо обоснованная альтернативная точка зрения - жизнь возникла как автотрофная система.
Проблема в том, что данная точка зрения в России практически не популяризована,а научные журналы мало кто читает. Некоторое отношение к развитию данной точки зрения имеют Маракушев и Белоногова (некоторые их статьи в открытом доступе). Из зарубежных -  Russell, M.J.,Wächtershäuser G., Martin, Macleod, G., McKeown, C., Hall, A.J.
Когда Вехтерхойзер представил первую модель автотрофного происхождения жизни в конце 80-х, он был малоизвестным новичок. Многие реакции, которые он предсказал в начале 90-х, были потом подтверждены.
В настоящее время в данной модели в качестве первичной метаболической сети рассматриваются или прообразы восстановительного цикла Кребса, или ацетил-коэнзимного пути.
Иногда - очень интересной сети, сформированной из разных древних способов фиксации углерода - восстановительного цикла трикарбоновых кислот, гидроксипропионатного пути и двух других (подробнее у Маракушева, Белоноговой).
РНК-полинуклетидных мир - это результат эволюции автотрофных метаболических сетей. Существует много моделей, относительно того, как они могли конкретно выглядеть.
Колоссальное преимущество данных моделей не только в объяснений слабости модели мира РНК, реально не способного к точному воспроизводству самими РНК и хранить большой объем наследственной информации, но и в том, что метаболические сети сразу же обеспечивают воспроизводство оптических изомеров одного вида.
Белковый синтез в мире РНК мог  возникнуть только в условиях сформировавшегося метаболизма аминокислот. РНК по своей природе не способны обеспечить такой большой объём наследственной информации, эту роль взял на себя "конформационный геном" - метаболические автотрофные сети.

[Проходящий Кот]

а у меня вопрос более конкретный:  что такое жизнь -- т.е. какова может быть (или должна быть) минимальная конфигурация живого?  как она возникает и начинает работать...  только потом можно понять, к чему это развивается  и куда ведет..

Не влезая в детали, хотел бы отметить пару очень интересных на мой взгляд ньюансов. Оба этих ньюанса затрагивают наследственную память - безусловно непременный атрибут живой системы, какой бы мы её ни могли помыслить.
1. Память может быть представлена не только в оцифорованном виде (в виде текста на полимерной молекуле, вроде как на молекуле ДНК или РНК). Она может быть представлена и "аналоговым устройством" - циклической химической реакцией, например, или вообще, какой либо сетью из циклических процессов. Примеры такого рода памяти - в реакции Бутлерова (см. элементы.ру).
Однако поздние этапы эволюции (второй непременный атрибут ЖС) неизбежно должны приводить к "оцифровке" памяти.
2. ЖС может представлять собой коллективную форму жизни без наследственной видовой дивергенции. По видимому наш общий предок, мой тёзка  LUCA (с английского эта аббревиатура переводится как "последний УНИВЕРСАЛЬНЫЙ общий предок" - отнюдь не самое простое живое существо, между прочим). Видовая дивергенция была невозможна из-за высочайшей мутабильности наследственной памяти, и, что более важно, из-за отсутствия существенных барьеров, ограничивающих генетическую изоляцию - метаболизм общий, существенная часть его не контролировалась РНК.
Между прочим межвидовая изоляция для прокариот и эвкариот, которые мы называем "низшими" тоже относительна, хотя и важна. Горизонтальный обмен генами имеет место быть, просто картина проявляется в больших масштабах времени. Есть расчёты, что 80 процентов среднестатистического бактериального генома - результат приобретения генов в процессе межвидового обмена.
Это как ледник - медленно спускается с гор, но нужны десятилетия, а то и столетия, чтобы увидеть динамику этого потока.
А в прогеноте - коллективной форме жизни, всё было существенно быстрее.
Так что если искать формы жизни, то она могла бы быть и такой.
2. Как ни странно, но устройство социальной памяти у человека даёт наглядную аналогию. Говорят, что человеческий разум развился в результате социальной эволюции. Но социальная эволюция тоже подразумевает наследственную память: культура, навыки, технологии - всё приобреталось не заново, а передавалось из поколения в поколение. Носители памяти - сначала человеческий мозг, затем рисунки. Затем память оцифровалась - и первой оцифровкой были не компьютеры, а письменность.
Можно сказать, что человеческие знания - это аналог прогенота - нет видовой дифференциации.

Ну а в самом общем смысле любая живая система по видимому- это открытая (в термодинамическом смысле) система, способная к гомеостазу, который в той или иной степени контролируется информацией, передающейся в результате копирования (обращаю внимание, что копируется не столько сама ЖС, сколько её наследственная память!), и, что очень важно, способная к такому явлению, которое мы называем дарвиновской эволюцией (это понятие конечно требует определённой расшифровки-уточнения).

Если в среде свободно плавают нуклеотиды - то длинной РНК не надо. Если же всё надо синтезировать - те же гигабайты кода.


похоже на то, что первичный организм  не был озабочен копированием -- сначала был прото-метаболизм на основе фотохимии,  а кодирование-копирование появились позже, по мере роста сложности соединений, плавающих в первичном  бульоне.

Конечно роль фотохимических процессов в энергетике нельзя исключать. В модели Рассела-Мартина здесь ключевую роль играло циклическое восстановление/окисление двух- и трёхвалентного железа.
Показано, что половина реакций восстановительного цикла Кребса может катализироваться сульфидом цинка, который фотохимически переходит в возбуждённое состояние в этом состоянии может обеспечивать абиогенной связывание углекислоты с образованием интермедиата цикла Кребса.
Однако наряду с фотохимическими процессами не исключается роль и хемосинтеза, на котором и в наше время возможно основано существование чуть ли не половина всей биомассы (может и меньше, но тот же порядок).

Ай, неужели мне придётся лезть в дебри термодинамики? Мне вовсе этого не хочется.

Например, в геноме птицы в 2 раза меньше информации, чем в геноме лягушки. 

. Следует различать ЗНАЧИМУЮ  и общую информацию.
Дело в том, что размер значимой информации в виде последовательностей ДНК у лягушки и человека очень близки и приближены к некоему максимуму. Чем определяется этот максимум? Скоростью накопления вредных мутаций. Будет больше размер значимой части генома - больше будет недоброкачественных потомков. Почему РНК-вирусы такие маленькие. Да не могут они увеличить свой геном и усложнить. Усложнят - и все их потомки будут содержать летальные мутации.
ДНК мутирует на 5-7 порядков медленнее.
Хорошо бы живым организмам мутировать ещё медленнее, тогда и размеры геномов были бы больше и существенней они усложнялись. Ан нет, невозможно. И рекомбинация не спасает, хотя и позволяет эффективнее избавляться от вредных мутаций (недаром же половой процесс или его замены - неотъемлемая часть большинства организмов).
Как дальше усложнять, если способ уменьшения мутаций исчерпан. Есть разные стратегии - больше давать потомков - эффективнее отбор.
Есть стратегия - наследовать не только последовательность ДНК, но и всякие там эпигенетические фактры вроде метилирования цитозина в ДНК, или ацетилирования-метилирования гистоновых генов.
Есть и другой хитрый способ усложнения - кодировать генов мало, но из них комбинировать много.
Так, у человека 23 тысячи генов, но путём перекомбинирования матрицы РНК в процессе, называемом сплайсингом, получается 96 тысяч белков (не считая между прочим белков иммунитета). У эвкариот, которых мы называем "низшими" сплайсингом образуется намного меньше белков.
Мы сложные не столько потому, что у нас генов больше, а потому, что у нас появились новые системы памяти - через комбинирование уже известных генов, эпигенетику, через социальную память.

Здесь это более уместно...

[Nucleosome]

В настоящее время в данной модели в качестве первичной метаболической сети рассматриваются или прообразы восстановительного цикла Кребса, или ацетил-коэнзимного пути.

да, метаболизм бесспортно очень древен - на что указывает его консервативность, но ведь даже с его первичностью должны были как-то формироваться исходные органические вещества - в конце концов - перерабытывать углекислый газ атмосферы на менее окисленную органику, правда тогда возможно и дегазация мантии неплохо давала не- или слабоокисленные формы

[interim_sn]

да, метаболизм бесспортно очень древен - на что указывает его консервативность, но ведь даже с его первичностью должны были как-то формироваться исходные органические вещества - в конце концов - перерабытывать углекислый газ атмосферы на менее окисленную органику, правда тогда возможно и дегазация мантии неплохо давала не- или слабоокисленные формы

обратите внимание вот на эту работу, где показывается, что сложная органика (предтеча нашей органической жизни) могла синтезироваться одновременно с процессом образования планеты - в протопланетном диске  4.6 млрд. лет назад. т.е. начало органической жизни можно отодвинуть  еще дальше на 500-800 миллионов лет -  ко времени формирования планетной системы вокруг протозвезды.

В. Н. Снытников, В. Н. Пармон. Жизнь создает планеты? // Наука из первых рук. № 0. 2004. С. 20–31.//

http://evolbiol.ru/npr_snytnikov.pdf

[interim_sn]

Жизнь - вычислительный процесс  --  давно согласны, Семенов!   только что такое жизнь -  так нам и не пояснили?    любой вычислительный процесс - жизнь???

а Вселенная наша -- вычислительный процесс или нет?  тоже ведь эволюционирует - живет то есть.. ?

[alex_semenov]

Жизнь - вычислительный процесс  --  давно согласны, Семенов!   только что такое жизнь -  так нам и не пояснили?    любой вычислительный процесс - жизнь???
а Вселенная наша -- вычислительный процесс или нет?  тоже ведь эволюционирует - живет то есть.. ?

Нет. Я считаю что вселенная, физическая реальность, обладает сверхвычислительными возможностями.
Буквально. Теория вычислений ЧЕТКО указывает, что вычислительный процесс может, а что - нет. Есть вычислительно неразрешимые задачи. Но физическая реальность их вычисляет. Например? Абсолютно случайное число.

Вселенная скорей всего континуальна. А континуум нельзя "эмулировать" то есть вычислить. Это сверхвычислительное явление, так сказать.
В общем, не углубляясь в муть… Вся моя концепция (понимание) жизни как раз и базируется на том, что любая вычислительная виртуальность в том числе и наш внутренний (духовный так сказать) мира  - это "рябь" на поверхности физической реальности, которая к вычислительным процессам ЦЕЛИКОМ не сводится.

По поводу "любой вычислительный процесс". Жизнь - это ОСОБЫЙ вычислительный процесс. Это процесс вычисляющий себя. Это квин (квайн) - программа.
http://www.avhohlov.narod.ru/p8100ru.htm
Любой УНИВЕРСАЛЬНЫЙ язык программирования допускает написание программы, которая печатает саму себя. Это следствие теоремы о неподвижной точке.

Так вот, жизнь это квин (квайн) который реализуется на физической реальности. То есть программа которая вычисляется на уже существующем компьютере и распечатывает уже на существующем принтере - это не жизнь. Жизнь, это, так сказать, программа которая распечатывает и компьютер и принтер.
 

[interim_sn]

Так вот, жизнь это квин (квайн) который реализуется на физической реальности.

а чуть подробнее можно - так жизнь СЛУЧАЙНО реализуется на физической реальности или вовсе даже неслучайно?

и что такое Ваша "физическая реальность" - она откуда берется?  с какого момента реальность существует (если знаете откуда берется время, конечно))?  и зачем физической реальности понадоилось такое явление, как Жизнь?