Необходимые условия для возникновения жизни (абиогенеза)

[библиограф]

Насколько помню, коацерваты у Опарина состояли не из липидов, а из белков.

Неважно, из чего они состояли, самое главное - они были способны к самоорганизации и
обмену с окружающей средой, поглощая и полимеризуя поступающие извне низкомолекулярные
мономеры первичного бульона
За счет этого капли могли расти, а затем дробится на дочерние образования, шел отбор по
большей эффективности. Естественно, Опарин ничего не знал ни о генетике, ни о механизмах
наследственности - впрочем, в этом он и не нуждался!

http://93.174.95.29/_ads/de2ba3076a4f728a6683f0d27a78a6a9

[Maki]

Ну и в завершение исторического отступления: не так уж просто в истории последних веков найти настолько негативную деятельность одновременно как со стороны гуманистов, так и со стороны сциентистов как лысенкоизм.

Лысенковщина прямо и логично вытекает из мраксистского мистицизма, основной "парадигмой" которого было глубокое неприятие эволюции, и вера в революционные преобразования.

Да а Мы разве против? Просто к теме пришлись некоторые любопытные, познавательные и поучительные сведения из истории науки - вот Мы их и изложил...

Очень полезные сведения. Кстати, такое впечатление, что отрицание Опариным генетики было вполне искренним. И было это печальным следствием того, о чём я сказал выше. "Почему абиогенез? А потому что енти, как их там... коацерваты! Взяли, и сами-собой сложилися в клетку. А потом, значится, под влиянием среды, и организьмы, тоё... народились. В полном, сталбыть, соответствии со строгими законами диалектики!"
А вылилось всё, в итоге, в "живое вещество" и грязь из под ногтей лепешинской...(
 
Возвращаясь к катархею. Вот такая любопытнейшая статейка мне попалась: https://nplus1.ru/news/2020/01/23/geoneutrino
"Это, в свою очередь, позволяет установить нижние пределы на концентрации урана и тория в недрах планеты в 33 и 143 тератонн, соответственно....авторы оценивают суммарную тепловую мощность распадов во всей Земли в 38,2 ± 13 тераватт, что составляет около 80 процентов от общей светимости планеты. Несмотря на относительно большую ошибку, с высокой вероятность полученные данные говорят о том, что как минимум половина выделяемой в недрах Земли энергии объясняется радиоактивными распадами. Следовательно, они играют существенную роль в поддержании геологической активности, которая проявляется в виде движений литосферных плит, извержений вулканов, землетрясений и генерации крупномасштабного магнитного поля".

Увы, именно ошмётки нейтронных звёзд лучше всего подходят для создания обитаемой системы. А на бедных тяжёлыми металлами экзопланетах, возможно, нет ни магнитного поля, ни тектоники, ни углеродного цикла. И, следовательно, жизни...
Но есть в этой статье и кое-что оптимистическое. Очевидно, в катархее, урана и тория было куда больше. И если сейчас влияние внутреннего тепла на тепловой баланс незначительно - возможно, в катархее оно было сильнее, и в некоторой степени компенсировало тусклое молодое солнце.

[a_babich]

Окислившиеся микрометеориты указали на насыщенную углекислым газом атмосферу в архее

https://nplus1.ru/news/2020/01/24/overt

[Maki]

https://nplus1.ru/news/2020/01/15/P-in-interstellar
Астрономы нашли окись фосфора в межзвездном облаке и комете Чурюмова — Герасименко

[Maki]

В параллельной теме был затронут вопрос полезности фазовой границы лёд/вода для синтеза органических полимеров.
Весьма любопытно то, что при давлении около 1000 атмосфер (глубина порядка 10 км.) и температуре 0-100 по цельсию, в нашем распоряжении оказывается аж 5 (sic!) видов льда.
Огромный недостаток идеи "подземного абиогенеза" - отсутствие циклических процессов. Но ведь есть Луна... Насколько приливные силы могут менять давление на таких глубинах?

[pkl]

Гетеродуплекс - это та же двойная спираль, только одна цепь - это ДНК, а комплиментарная ей - РНК. Чистых РНК-геномов неизвестно длиннее 30 тысяч нуклеотидов, а одна молекула ДНК может нести миллионы у прокариот и до миллиарда в хромосоме эукариот. Когда число генов подходило к пределу и для гетеродуплекса, появились независимо у уже разошедшихся бактерий и архей системы репликации полностью двухцепочечной ДНК и все ограничения были сняты разом, а та бывшая геномная РНК по сути фрагментировалась на матричные РНК отдельных генов, получаемые в процессе транскрипции. Возможно как-то так... Судя по контексту (что для шизофазии шаманизма делать не так уж легко) - не совсем эти, а в модельном предельном случае - исходно тот самый рибозим-репликаза, копирующий кодирующую её РНК - т.е. "курица и яйцо". Проблема такой модели, кроме всего вышеперечисленного, однако, ещё и в том, что и антисмысловая РНК не будет пассивно лежать, как ДНК, а тоже свернётся и тоже начнёт проявлять какую-то активность - и прежде всего относительно её полимеразы из такой же РНК. В общем также как одним инструментом нельзя изготовить такой же инструмент из того же материала - так и полная и достаточно точная репликация более-менее длинной и специфичной РНК

Хм. Я всё же считаю, что ДНК и РНК у первых организмов появились сразу. В том числе и поэтому. Тем более, что все биохимические реакции шли в одном объёме.

[pkl]

Так вот с какими вы здесь целями...

вах, вах. я настолько далёк от этого, что даже и не задумывался что кому-то придёт в голову такое.

Тогда простите великодушно! Обычно, интуиция меня не подводит...

По-моему, это креационист или кто-то из этой публики.

[pkl]

А почему бы и нет? Вирусные частицы именно так и самособираются из отдельных молекул.

В смысле капсид?
Но капсид не тело вируса, а обломок тела хозяина

Рановато пока Реди опровергать

Капсид - это защитный чехол вируса.

Кого это я опровергаю?

[pkl]

У А.Ю. Бычкова в той лекции есть ещё один очень важный тезис: скорее всего LUCA был не одним самостоятельно живущим организмом, а СООБЩЕСТВОМ довольно простых организмов типа наноархеот, живущих в симбиозе. Ни один из них не мог синтезировать для себя все необходимые белки, аминокислоты и т.п. Все они обменивались ферментами и помогали друг другу.

А что разве кто-то предполагает иное??

Насчёт ЛУКИ есть две разные точки зрения - одни предполагают, что это был один уже довольно сложный организм, другие - что группа более простых, обменивавшихся веществом и генами. У думаю, что вернее второе.

Т.е. жизнь изначально возникла не просто как клетка, а как цельная биосфера!

А LUCA, фаза суммаций первичных биосфер, при переходе к современной биосфере, к проблеме происхождения жизни каким боком?

А то, что то, что мы называем LUCA, и есть эта биосфера. Ну и жизнь вся зародилась именно такой.

[pkl]

Тогда мы опять приходим к идее, что как такового мира РНК никогда не было, а живые системы изначально эволюционировали  как комплексы полипептидов и полинуклеотидов, весьма примитивных.

Нет, одно из другого не следует
Структуры развивались, отбирались и нормализовывались самостоятельно, а РНК первоначально тоже либо самостоятельно, либо уже на некоторой стадии развития внутри развивающихся структур

Что значит самостоятельно? В одном вулканическом озере шли миллиарды реакций параллельно. Все полинуклеотиды /включая ДНК и РНК/ и полипептиды собирались и реагировали в одном объёме и взаимодействовали между собой. Причём РНК катализировали синтез белков, а белки обеспечивали репликацию РНК и ДНК.

Но основная проблема не структуры и не РНК, а калий-натриевый насос, а он вытекает из сборки на шпатах ми первичный потенциал для которого они предоставляют

А почему не на липидных мембранах?

[pkl]

мы опять приходим к идее, что как такового мира РНК никогда не было

Но вот Михаил Никитин в своей книге и прочие не отметают идею что старт эволюции мог пойти и с чисто рибозимных гиперциклов - последующему и постепенному вовлечению пептидов для получения всё большей адаптивности это вроде как не мешает по их представлениям. В общем момент включения пептидного синтеза в биосистемы - вопрос всё ещё открытый.

Трудно дилетанту спорить с профессионалом.    Однако, мне кажется, в данном случае профессионалы сами загнали себя в ловушку: высказав гипотезу, что жизнь началась с мира РНК, им теперь надо объяснить возникновение белкового синтеза, высказав гипотезу, что жизнь возникла в виде плёнки на минералах, им надо как-то придумать, как они отпочковались от минерального субстрата в виде клетки. Я избавлен от таких мучений! Т.к. на мой взгляд, жизнь началась в плавающих коацерватах-протоклетках в виде сопряжённых реакций репликации ДНК и РНК, а также синтеза белков. Разумеется, это были не нынешние рибосомы, ферменты и ДНК, а их куда более примитивные предки. Типа того каталитического центра.

Поэтому не оспаривая, осторожно выскажусь:
Стартовать то мог. Но мог на этом и окончиться, так и не освоив биосинтез ввиду его сложности. Собственно, я думаю, что на большей части планет-кандидатов на возникновение жизни так и произошло - абиогенный синтез органики -> самореплицирующиеся в присутствии неорганических катализаторов РНК -> финиш. Просто потому что если репликация идёт и даже есть какая-то эволюция, то... дальше то что? Надо как то встроить сюда аминокислоты, а это /я читал Ваши ссылки/ - нетривиальная задача. При этом очевидно, что в пруду вместе с  урацилом плавал и тимин, соответственно, были все компоненты для синтеза не только РНК, но и ДНК. А также куча аминокислот, которые наверняка как-то сшивались в полипептиды. Хотя бы с использованием неорганических катализаторов. Я ещё в теме про монстра Шпигельмана написал, как это вижу: все реакции шли параллельно и одновременно, в одном объёме.

По мне так дистанция между порами в глинах и жировыми пузырьками непреодолимая.

А чего там непреодолимого-то? С одной стороны минеральная подложка, а сверху это накрыто куполом из адсорбированного липидного пузырька. Прокариоты и сейчас в 99% случаев в природе живут адгезированными к границе раздела сред (биоплёнка), а не планктонными клетками.

У всех прокариот есть клеточная стенка с чётким отделением внутриклеточного объёма от внешней среды. На поверхности ли, в толще воды ли. Если вся биохимия идёт в естественных пустотах в той же глине, то липидная мембрана как бы и без надобности - всё работает и так.

При этом, мы должны помнить, что вся без исключения клеточная жизнь основана на трёх ключевых компонентах: репликация ДНК  и РНК с использованием белковых катализаторов, синтез белков с использованием рибозима /каковым, по сути, и является рибосома/, мембрана для обеспечения жизнедеятельности всего этого комплекса. Логично предположить, что всё это возникло одновременно, а не поэтапно. В противном случае все эти комплексы развалились бы раньше, чем успели бы проэволюционировать хоть во что-то.

Иными словами - вирусы с самого начала "специализированные эгоисты", развивавшие системы специфичной репликации именно своей наследственности, а клетки - "специализированные автохтоны", развивавшие системы автономного воспроизведения в неживой среде вообще - "не взирая на лица" того, что реплицируется - лишь бы show must go on. И вот в постоянной борьбе и гонке адаптаций - с самого начала - эти две стратегии и сформировали вообще всю ту жизнь какую мы знаем. Без паразитов эволюция не идёт в принципе - таково глубокое убеждение Евгения Кунина.

Да, так гораздо лучше. Хотя в нашем случае, мне кажется, правильнее говорить, какие реакции идут лучше, а какие - хуже или вовсе останавливаются. Так мы избегаем наделения неживых объектов свойствами живых и, при этом, остаёмся доступными для понимания.

Вирусов в современном виде тоже не было

А зачем в современном? "Монстры Шпигельмана" возникают на раз и в бесклеточной среде. "Альтруистическая" и "эгоистическая" стратегии - ровесники самой Жизни:

они появились и эволюционировали совместно с самореплицирующимися гиперциклами

- именно такЪ.

Ага! Тогда, скорее, вирусы /хотя бы некоторые/ возникли как "монстры Шпигельмана". В конце концов, стартовая последовательность - это только 6 нуклеотидов, она могла возникнуть и случайно.

Если только к группе протоклеток

К группам взаимодействующих макромолекул, которые и составляли протоклетки.

Я к тому, что ни одна из протоклеток не могла синтезировать для себя всё. Они в любом случае должны были как-то взаимодействовать, просто чтобы сохранить себя. Обмениваться продуцируемыми веществами. С возникновением белкового синтеза - обмениваться генами. Так возникла биосфера. Жизнь изначально возникла как биосфера.

С другой стороны, мы говорим, что жизнь появилась не как единичная клетка, а как единичная биосфера. И продолжает существовать в этом виде и поныне, лишь усложняя свою внутреннюю структуру.

Что-то как-то такой вариант склоняет к применению бритвы им. Оккама-Лапласа - также как и в случае группового отбора. Для его обоснования нужны хорошие аргументы.

Всё в порядке с бритвой. Чем хороша эта, с позволения сказать, "теория"? Жизнь возникла как конгломерат примитивных протоклеток, каждая из которых, в свою очередь, состояла из примитивных биомолекул. Которые вполне могли возникнуть самопроизвольно.

[pkl]

Один нюанс: каркас РНК - рибоза, каркас ДНК - дезоксирибоза.  Немного различные пространственные структуры. Ничего не мешало им быть в "луже" одновременно. Поэтому добиологическая эволюция, по моему мнению, шла не РНК->ДНК, а сразу от коротких цепочек РНК+ДНК к длинным.

О! Приятно найти единомышленника. Но я скажу, что и полипептиды в этом участвовали. Простые катализаторы типа триплета аспарагина с ионом магния или порфирина могли появиться и сами в ходе абиогенного синтеза.

[pkl]

Не знал, что моя специализация - геохимия. Просто последняя дискуссия на "Элементах" вертелась, по большей части, вокруг этих вопросов, вот и пришлось высказываться, в основном, по поводу них. А так у меня есть статьи и про происхождение нитрогеназы (кстати, недавно одно из предположенний этой статьи, о метаболической цепочке сборки кофактора F430, подтвердилось экспериментально) и о происхождении фотосинтеза, и о некоторых других проблемах мол. биологии. Может, через какое-то время напишу про геном ЛУКА, как раз сейчас занимаюсь его реконструкцией.

Здорово! Хорошо, что есть тут человек в теме. Надеюсь, Вы нам тут будете рассказывать, что у Вас получилось.

[pkl]

Ну в общем да, но почти ничего не объясняли по сути. Только показывали, что самоорганизация липидных мембран - не весть какой редкий и сложный процесс.

Значит, в начале, всё-таки была клетка. А все процессы саморепликации и проч. пошли уже внутри - это, к слову, избавляет от необходимости объяснять, как произошла концентрация органики в нужном объёме.

Но зато сабж также замечательно поучаствовал в травле генетики хоть и не в самых первых рядах, но вполне и даже идейно.
Хотя возможность остаться в истории приличным человеком у него в принципе была - см. В.П.Мосолов.

Да и после лысенковщины. Видимо, изначально сказал и написал столько всего, что отступать назад было поздно. Но это уже политика.

[pkl]

Лично мы - не приходим. Эволюционировать может только самокопирующийся носитель информации. Любой "комплекс" создаёт неимоверную комбинаторную сложность, которая загоняет жизнь в категорию чудесных явлений. А этого быть не должно. Без хищного саморепликатора, пожирающего сперва нуклеотиды, потом аминокислоты, а потом липиды, ради саморепликации и самостабилизации, абиогенез (лично мне) представить очень сложно.

Почему не должно? Парадокс Ферми весьма настойчиво намекает, что таки должно. Вот Вы говорите, что саморепликатор жрал-жрал нуклеотиды, а потом переключился на аминокислоты. Потом - на липиды. А как? Чтобы есть аминокислоты, ему нужны особые биохимические механизмы. Очень непростые. Откуда они возьмутся? При этом проблема  любого саморепликатора, включая самокопирующийся рибозим, в том, что он размножается в геометрической прогрессии и выжрет пищу раньше, чем куда либо проэволюционирует ибо дело это небыстрое.

С другой стороны, да, комплекс. Но комплекс из сравнительно /с нынешними/ простых молекул, которые сразу начали между собой взаимодействовать, "подталкивая" друг друга к оптимальным вариантам.

[pkl]

В параллельной теме был затронут вопрос полезности фазовой границы лёд/вода для синтеза органических полимеров.
Весьма любопытно то, что при давлении около 1000 атмосфер (глубина порядка 10 км.) и температуре 0-100 по цельсию, в нашем распоряжении оказывается аж 5 (sic!) видов льда.
Огромный недостаток идеи "подземного абиогенеза" - отсутствие циклических процессов. Но ведь есть Луна... Насколько приливные силы могут менять давление на таких глубинах?

Отуда там аминокислоты возьмутся?

[Rattus]

Я всё же считаю, что ДНК и РНК у первых организмов появились сразу. В том числе и поэтому.

Ну появились и что? Оторвать гидроксильную группу в 2'-положении у рибозы - не весть какая сложная реакция. В цепочку дезоксирибонуклеотиды собираются не хуже, но толку-то после этого, если нет всей остальной необходимой машинерии репликации? А сами ДНК - куда более химически пассивные молекулы и обратно в нуклеотиды без соответствующего фермента разбираются существенно труднее. Человек тоже начал делать зарубки на костях задолго до появления письменности, но к устно передаваемой культуре они отношения не имели и ничего нам о ней не расскажут.

При этом очевидно, что в пруду вместе с  урацилом плавал и тимин, соответственно, были все компоненты для синтеза не только РНК, но и ДНК.

Тимин - это всего лишь урацил с пришитой сзади (в пятом атоме пиримидинового кольца) метильной группой. Цитозин повально метилируется в CpG-динуклеотидных сочетаниях точно также - просто не тотально у всех клеточных форм - потому и не получил отдельного наименования. И там ещё много чего могло плавать, что потом никуда не применилось.

Я избавлен от таких мучений!  Т.к. на мой взгляд, жизнь началась в плавающих коацерватах-протоклетках в виде сопряжённых реакций репликации ДНК и РНК, а также синтеза белков.

Вот и Евгений Кунин примерно также "избавил" свою концепцию, сделав абиогенез по сути исключительно маловероятным событием. По объясняющей силе такой подход не сильно лучше чем "на то божья воля" - по сути всё это просто капитуляция перед сложностью проблемы.

Разумеется, это были не нынешние рибосомы, ферменты и ДНК, а их куда более примитивные предки. Типа того каталитического центра.

Но дальше-то каков был адаптивный путь эволюции до генетического кода и первоклеток?

У всех прокариот есть клеточная стенка с чётким отделением внутриклеточного объёма от внешней среды.

Не стенка - мембрана. Стенка - это жёсткий каркас над мембраной и он есть не совсем у всех бактерий и отсутствует у клеток животных. И повторю: у архей и бактерий мембраны из разных, малосовместимых веществ.

Значит, в начале, всё-таки была клетка.

Тогда ещё возникает вопрос - как произошёл переход от одного химсостава мембраны к другому (от терпенового архейского к фосфолипидному бактериальному)? Поскольку смешанный у простых клеток просто так не очень-то работает.
У нас и организмов с урезанным генетическим кодом сейчас нет, но предполагать, что он появился такой разом - это значит встать на позицию исключительной маловероятности абиогенеза в нашей вселенной.

Если вся биохимия идёт в естественных пустотах в той же глине, то липидная мембрана как бы и без надобности - всё работает и так.

Пока там есть поток ресурсов. А когда он начинает иссякать, те, кто не экспериментировал с мембранами начинают вымирать - и происходит обычный отбор.

В конце концов, стартовая последовательность - это только 6 нуклеотидов, она могла возникнуть и случайно.

И куда больше может возникнуть случайно. До десятков нуклеотидов. Тут элементарная комбинаторная арифметика.
Но нынешние самые мелкие функциональные РНК (тРНК) начинаются почти от сотни.

[гравицап]

Надо придумать формулу для химической эволюции, схему  как у дарвина для биологической -наследственность, изменчивость, отбор. А для химической как?

[Rattus]

Так же, только плюс конкретные химические реакции. Которых океан возможных, в котором есть море реально протекавших, но неведомых.
Эпоха простых всеобщих законов и формул прошла сто лет тому назад - теперь остались почти одни только крепкие камни комбинаторно-сложных задач и нелинейной динамики.

[гравицап]

Как же так же? Наследственности еще нет, стало быть изменять нечего и отбор без наследственности не работает.