Необходимые условия для возникновения жизни (абиогенеза)

[Maki]

Затраты энергии должны быть всегда. Силою Святаго Духа в химии ничего не делается.

Я к тому что равновесие очень сильно смещается в сторону одиночных нуклеотидов, если дать им разбегаться в жиже.

Вот и второй этап химической эволюции!
В жиже (особенно если это лужа где-то на геотермальных полях) мало освоить репликацию и стать тупо "Монстром Шпигельмана". Надо быть стабильным, чтобы свободные нуклеотиды достались твоим клонам. Надо усваивать энергию, чтобы обогнать остальных. Надо как-то использовать для этого бесхозные ионы, сахара, липиды и аминокислоты, которых в растворе много. А для этого приходится усложняться.

[Скеп-тик]

Я к тому что равновесие очень сильно смещается в сторону одиночных нуклеотидов, если дать им разбегаться в жиже.

Ну, нуклеотиды не тараканы, всегда к чему-нибудь прилипнут.
Тем более, что забываем об "океане" абсорбированной грунтом воды - каждая песчинка обтянута плёнкой воды. Огромная площадь (во много раз больше площади планеты), маленькие расстояния, рядом - структурирующий минерал-абсорбер и стабилизатор. И главное - значительно менее токсичный по трёхвалентным ионам железа - дожди промывают.

[PavelSI]

Вот и второй этап химической эволюции!

Второй-то второй. А я веду речь про первый.

На первом этапе когда вода прибывает, идёт тотальная смерть. Когда вода убывает, там надо быстро катализировать поклейку танчиков своих копий РНК, чтобы не начали слишком быстро плодиться паразитические случайные копии.

На втором этапе как на первом, но воды больше. Когда вода прибывает, надо загущивать внутриклеточную среду просто настрогав побольше белков. Когда вода убывает, там всё равно надо тратить энергию АТФ чтобы клеить молекулы.

Т.е. первый этап проще, что АТФ не нужен. Для полимеризации используется энергия выпаривания воды.

[Maki]

Тем более, что забываем об "океане" абсорбированной грунтом воды - каждая песчинка обтянута плёнкой воды. Огромная площадь (во много раз больше площади планеты), маленькие расстояния, рядом - структурирующий минерал-абсорбер и стабилизатор. И главное - значительно менее токсичный по трёхвалентным ионам железа - дожди промывают.

А чем трёхвалентное железо токсично для мира РНК? Двхвалентное - таки прямо полезно...

На первом этапе когда вода прибывает, идёт тотальная смерть. Когда вода убывает, там надо быстро катализировать поклейку танчиков своих копий РНК, чтобы не начали слишком быстро плодиться паразитические случайные копии.

Марков развивает очень интересную идею неферментативной репликации РНК из цепочек, состоящих из зеркальных комплементарных участков. Им и рибозимами быть необязательно. То, что налипло на цепочку - уже готовая копия. при плавлении цепочка распадается. При охлаждении - новый синтез и отбор. Так мы "заставляем" эволюционировать даже очень короткие цепочки. А гейзер, который периодически "плюёстя" кипятком, поставляет в горячий ручей новый строительный материал.

[PavelSI]

Марков развивает очень интересную идею неферментативной репликации РНК из цепочек, состоящих из зеркальных комплементарных участков. Им и рибозимами быть необязательно. То, что налипло на цепочку - уже готовая копия. при плавлении цепочка распадается. При охлаждении - новый синтез и отбор. Так мы "заставляем" эволюционировать даже очень короткие цепочки. А гейзер, который периодически "плюёстя" кипятком, поставляет в горячий ручей новый строительный материал.

Пробежал глазами, почти все картинки видел ввиде "новостей науки". Сегодня не перечитывал. Возможно что-то не так тогда понял.
Левый рибозим (L-Ribozyme) сшивает (лигирует) правые олигонуклеотиды (D-oligonucleotide), присоединившиеся к комплементарной правой матрице (D-Template).
Т.е. речь таки о рибозимах, так что быть рибозимами обязательно.
Если что-то упустил, тки носом.

Да, ещё. Тут аж целых ДВА рибозима. Причем разных. Как-то многовато. Им таки надо быть достаточно эффективными и при этом достаточно короткими, чтобы мутации не зажрали и всё не выродилось. Мне самому нравится эта теория, но есть неидеальности.

[Maki]

Пробежал глазами, почти все картинки видел ввиде "новостей науки".

Не удивительно. Статья именно популярный обзор самых свежих на момент написания новостей.

Если что-то упустил, тки носом.

ОК!
Последняя глава. Марков рассматривает "Мир Некаталитической Репликации". Выглядит весьма изящно. И с выводом я полностью согласен.

Таким образом, есть основания предполагать очень раннее появление репликаторов, а значит, и ранний старт дарвиновской эволюции. После этого прохождение всех последующих этапов пути к первой живой клетке принципиально упрощается. Скорее всего, в истории земной жизни никогда не было того сомнительного этапа, на котором из случайных последовательностей нуклеотидов должна была сама собой, как Афродита из морской пены, родиться полнофункциональная РНК-полимераза. Более правдоподобной выглядит гипотеза, согласно которой естественный отбор начал направлять добиологическую эволюцию задолго до появления первых эффективных рибозимов.

Чтобы обосновать эту гипотезу, необходимо доказать, что условия для эффективной НР, во-первых, возможны, во-вторых, действительно когда-то существовали.

Так что задачка как раз для астрофорума!

[Combinator]

Армен Мулкиджанян «Первое глобальное потепление и происхождение жизни»
https://youtu.be/PpaWa-0yCjI

[PavelSI]

Последняя глава. Марков рассматривает "Мир Некаталитической Репликации".

Взялся перечесть, но что-то я сегодня не торт, не понимаю даже простых слов:
...простые пептиды, способные помочь магнию катализировать НР лучше, чем это делает цитрат.. Катализировать НР. Катализировать некаталитическую репликацию. Некаталитические катализаторы... Это какой-то даосизм с хлопком одной ладони. Вот ей-богу, не понимаю вообще о чём речь. Хотят найти катализатор - находят катализатор. В качестве катализаторов есть рибозимы, есть магний в цитрате, есть магний в белках... Но причем оборот "НР"?

[Maki]

Катализировать НР.

Имеется в виду вот что:
Система ДНК/катализатор настолько сложна, что её спонтанное возникновение абсолютно невероятно.
Рибозим, который сам-себе и кодировка и катализатор, значительно проще. Но и его спонтанное возникновение маловероятно тоже.
Марков же описывает вариант, при котором РНК вообще не имеет собственной каталитической активности. А его двойные цепочки возникают и распадаются спонтанно - из-за колебаний температуры. Участие сторонних молекул (катализаторов) значительно ускоряет процесс. Но оно не обязательно.

Простейшие некаталитические цепочки, могут возникать в любой луже. Такая цепочка может собрать на себе только "противоположную" копию. А эта копия, после "деления", соберёт оригинал. Например GGACCUCAGGUCC даст CCUGGAGUCCAGG. А CCUGGAGUCCAGG соберёт GGACCUCAGGUCC. Уже неплохо.
Но вот что получится, если убрать средний нуклеотид, и цепочка случайно окажется "палиндромной":
GGACCU.AGGUCC
А её реплика будет
CCUGGA.UCCAGG
А теперь читаем копию с конца...
Вуаля! РНК теперь размножается простым делением, и быстрее прочих заполняет своими копиями всю лужу.

[PavelSI]

РНК теперь размножается простым делением, и быстрее прочих заполняет своими копиями всю лужу.

Под скоростью размножения понимается темп, в котором происходит удвоение копий. Т.е. разве здесь темп выше чем у случайных молекул?

Если есть цепочка А и комплиментарная ей цепочка Б, то пара АБ размножается вроде бы в точно таком же темпе как пара ДД, где цепочка Д сама себе комплиментарна. Т.е. если накидать АБ и ДД, то их относительные пропорции не изменятся, пусть даже вам кажется что ДД размножается простым делением, а у АБ как будто бы 2 пола.

Более того, если у нас изначально есть случайная цепочка А и палиндромная цепочка Д, то после первого этапа размножения у нас будет АБ и ДД, далее будет А*2 и Б*2 и Д*4... и отношение 2 к 4 так и останется навсегда. Не сильно-то большой отрыв, всего в 2 раза - не слишком большая награда за такое маловероятное событие как палиндромность.

PS: вообще вот что интересно. Марков очень активно продвигает чужие идеи, а вот Армена Мулкиджаняна начисто игнорирует. Я не вижу ссылок на него. Не хорошо как-то. Нутром чую, что вот тут читал, а о чём тут - вот не помню совсем:
https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/434611/Veroyatnost_zarozhdeniya_zhizni

[Maki]

PS:

Это почитаю завтра.

Под скоростью размножения понимается темп, в котором происходит удвоение копий. Т.е. разве здесь темп выше чем у случайных молекул?

Ну, у палиндрома копия получается сразу, а случайная комбинация вынуждена сперва создавать негатив. И это, на первый взгляд, даёт палиндрому двойное превосходство в самокопировании.
Но.
Возможно Марков нам продал гораздо лучший мех (С). И слово "шпилька" в его обзоре ох как неслучайно...
"Фишка" палиндрома, возможно, совсем в другом. Пока хаотические последовательности болтаются в луже, цепляя на себя всякий хлам - палиндром сцеплен сам с собой в виде "шпильки", и весьма стабилен. То есть от "мутаций", палиндром определённо защищён куда лучше...
Не это ли первая попытка полимера подобраться к порогу Дарвина-Эйгена?

[PavelSI]

Ну, у палиндрома копия получается сразу, а случайная комбинация вынуждена сперва создавать негатив. И это, на первый взгляд, даёт палиндрому двойное превосходство в самокопировании.

Нет. Это стойкая иллюзия, которую я как раз очень подробно рассмотрел выше, перечитайте плз, или я сильно ошибаюсь и уже надо поправить меня. То что вы сказали - это даёт лишь стартовый множитель х2, но далее оно не даёт разгона. Т.к. количество А плюс количество негатива к А, который я назвал Б, будет равно количеству полиндромов ДД. Т.е. полиндромы выбиваются всего в 2 раза, т.е. в независящий от времени коэффициент раз, а не в показатель экспоненты раз. Но это ценой того что полиндромы по сути удвоенной длины изначально т.е. у них это х2 не связано с темпом размножения.

[Проходящий Кот]

Итак, вся лужа заполнится разнообразными РНК-полимерами.
Часть из них будет гибнуть, в смысле распадаться на мономеры.
Вероятность того, что эти мономеры подхватят полиндромы в два раза выше.
Тоесть на две РНК-полиндрома будет одна РНК- свободная.
И это приведет к вытеснению РНК-свободных РНК-полиндромами.

[Maki]

Т.е. полиндромы выбиваются всего в 2 раза, т.е. в независящий от времени коэффициент раз, а не в показатель экспоненты раз. Но это ценой того что полиндромы по сути удвоенной длины изначально т.е. у них это х2 не связано с темпом размножения.

А причём тут "удвоенной длины"? Логика Маркова такова, что среди миллиона цепочек равной длины, именно палиндромная размножается с коэффициентом 2:1. Порядок получает небольшое преимущество над хаосом? Уже неплохо!
Но читаем дальше.
Я позволил себе усомниться в логике Мэтра:

"Фишка" палиндрома, возможно, совсем в другом. Пока хаотические последовательности болтаются в луже, цепляя на себя всякий хлам - палиндром сцеплен сам с собой в виде "шпильки", и весьма стабилен. То есть от "мутаций", палиндром определённо защищён куда лучше...

В катархейской грязной луже, на полимер цепляются не девственные нуклеотиды, а цепочки разной длины. И у нас при нагревании/охлаждении лужи получается не А-Б-А-Б..., а полная непредсказуемость. Шансы хаотического полимера на репликацию просто нулевые. 
А вот палиндромная "шпилька" не цепляет на себя ничего. А когда лужа закипает, и РНК начинает расплавляться - шпилька раскрывается, и получает ничтожный шанс собрать на себе собственную копию из свободных нуклеотидов.
Ничтожный шанс VS нулевой - это же решающее преимущество!

[PavelSI]

А причём тут "удвоенной длины"? Логика Маркова такова, что среди миллиона цепочек равной длины, именно палиндромная размножается с коэффициентом 2:1. Порядок получает небольшое преимущество над хаосом? Уже неплохо!

Палиндром - это всего лишь двойная цепочка, которая сцеплена сама на себя. Палиндром - штука простая, ему не надо возникать подбором, он возникает сам собой. Пусть была случайная цепочка GGACCU. Она удваивается, получаем GGACCU+AGGUCC. Далее расплетаем и клеим половины - и опля, палиндром готов. Тут как раз нет ничего интересного в плане темпа размножения, кроме химически активной шпильки.

Рассмотрим случай, если у нас 2 колбы и если в качестве старта размножения в каждой по 8 нуклеотидов в полимеризованном виде, и если в одной колбе у нас есть цепь GGGG сцепленная с комплиментарной CCCC, это 8 нуклеотидов, а в другой палиндром GGGGCCCC одной молекулой с петлёй, тоже 8 нуклеотидов. И я говорю что оно будет размножаться с равной скоростью, в плане общей массы, если каждый раз цепочка расплетается и каждая половинка удваивается. Т.е. палиндром не имеет преимущества. Т.е. палиндром в смеси не будет вытеснять простые цепочки, а пропорции будут сохраняться.

Порядок получает небольшое преимущество над хаосом? Уже неплохо!

Это преимущество не поддерживается отбором, оно отбору абсолютно нейтрально. Я далдычу 10 раз, отбор поддерживает то, что даёт преимущество из поколения в поколение. А если в одной семье двое детей, а в другой 1 ребёнок - это ещё не значит, что там где двое будет поддерживаться отбором. Это лишь постоянное преимущество. Такой фактор не слишком-то закрепляется, а случайно может пойти куда угодно.

В катархейской грязной луже, на полимер цепляются не девственные нуклеотиды, а цепочки разной длины. И у нас при нагревании/охлаждении лужи получается не А-Б-А-Б..., а полная непредсказуемость. Шансы хаотического полимера на репликацию просто нулевые.
А вот палиндромная "шпилька" не цепляет на себя ничего. А когда лужа закипает, и РНК начинает расплавляться - шпилька раскрывается, и получает ничтожный шанс собрать на себе собственную копию из свободных нуклеотидов.
Ничтожный шанс VS нулевой - это же решающее преимущество!

Пардон, но тут уже я ничего не понял. Давайте медленно, очень медленно. Как для тупых. Свои мысли всегда понятней чем чужие.


У меня идея пойти круче. сделать цепочку с огромным количеством наиболее простых палиндромных последовательностей. Идеально всё из одной буквы, но она сама себе не комплиментарна, потому букв надо минимум две. Нуклеотиды G и C самые древние, судя по всему - у них и связь тройная водородная, и аминокислоты к ним имеют сродство... в общем рассмотрим цепочку GCхGCуGC. Буквами х, у я обозначил некую рандомную вставку. Такая цепочка имеет возможность свернуться (GCхGC)уGC, где скобками я обозначил двойную спираль, а может свернуться GCх(GCуGC). Т.е. одновременно с наличием петельки может освобождаться то 1 конец молекулы, то другой. И так молекула может не размножаться делением, а подобно ленточному червю вытягиваться, надстраиваясь в длину. Это совершенно новый концепт, где не размножение, а удлинение, и это решает проблему удержания катализатора и катализируемого в одном общем пространстве - отподает потребность в клеточной стенке. Если петелька "х" будет катализирующей сшивание, в конце концов очень длинная цепочка GCхGCуGCхGCуGCхGCуGCхGCу...GCхGCх будет рандомно изгибаться, и тогда петельки, получаемые в голове или середине молекулы, смогут катализировать рост в отдалённых частях молекулы. Далее рано или поздно ленту порвёт, но это лучше поздно чем рано, и тогда каждая половинка будет разрастаться сама по себе.

GGACCU.AGGUCC
А её реплика будет
CCUGGA.UCCAGG

была случайная цепочка GGACCU. Она удваивается, получаем GGACCU+AGGUCC. Клеим. В свете моей идеи той что в этом посте выше - логично ждать что и при последующих размножениях может сшить в GGACCU.AGGUCC.CCUGGA.UCCAGG что даёт много вариантов складывания молекулы, особенно если удлинить ещё раз вдвое (складывать можно гармошкой, с середины вдвое вдвое, хвосты вдвое) и молекула сможет не размножаться, а удлиняться.
Но хочу обратить внимание, что я увлёкся идеей палиндромов исключительно ради их интересной третичной структуры молекулы.

[Maki]

У меня идея пойти круче. сделать цепочку с огромным количеством наиболее простых палиндромных последовательностей.

Так и Марков, насколько я понял, идёт по этому пути. У него РНК растёт за счёт того, что палиндромные цепочки цепляются друг к другу, и так цепочка удлиняется. А затем образуется и третичная структура.
Вообще, то, что "шпилька" важный элемент всех РНК, возможно и намекает на то, что с палиндрома всё и началось. И в какой-то момент, несколько шпилек могли сложиться в рибозим.

Пардон, но тут уже я ничего не понял. Давайте медленно, очень медленно. Как для тупых. Свои мысли всегда понятней чем чужие.

Просто мысль очень сырая. Попробую ещё раз. Может и сам лучше её пойму...)

Итак, имеем лужу с "первичным бульоном". В отличие от лабораторной пробирки, в ней не только мономеры, но и ди, три, и олигонуклеотиды. Как только возникают условия для образования водородных связей - соединиться они могут любым путём. Например у нас есть три случаные цепочки:
ААGCUG    ACGUGA
      GACUUU
Даже если в систему попадёт АА, и верхняя цепочка получит "зеркальный отпечаток"- копирования тут нет. Потому что
ААGCUGААACGUGA может прицепить к себе
             UUUGCACU   
То есть последовательность теряется.
Палиндром же имеет огромное преимущество. Он несёт в себе свою зеркальную копию, и быстро сворачивается в шпильку:
ААG
UUCG
На свободный конец может прицепиться любая цепочка, начинающаяся с Цитозина.
ААGCU
UUCG
И так наш палиндром будет расти.
Получаем подобие двойной спирали ДНК. То есть надёжное хранение информации. И задатки для каталитической активности.

Но как же шпилька будет размножаться? Я предполагаю, что за счёт того, что она вся "прошита" водородными связями, шпилька более устойчива к разрушению. И когда связи рвутся и она "раскрывается" - в растворе уже немалое количество мономеров. И есть некоторый шанс, что какой-нибудь шустрый посторонний Аденин не даст палиндрому свернуться в шпильку,
GCUUAACG
       A
и в итоге нарастёт копия палиндрома
GCUUAAGCU
CGAAUUCGAU
которая легко может отвалиться.
Если это действительно работает - шпильки постепенно размножатся, и будут преобладать в растворе. А от "мира шпилек" и до рибозима недалеко...

[Sensy]

Бульон с цистеином, помешивание. И синтез спонтанный на микроканалах вулканических пород цепочек нуклеазидов 15-50 шт. Причём как на конвеере, постоянно. Феноменологические штучки в самих каналах. Доказано. Вуаля!

[Maki]

И синтез спонтанный на микроканалах вулканических пород цепочек нуклеазидов 15-50 шт.

Странно, почему в качестве субстрата не попробовали, например, углистые хондриты.

[Sensy]

да, чуть не забыл! Хиральность (Вернадский) каналами микрофлюдикой решалась.
Но, тут  пруфа нет.

[Sensy]

Странно, почему в качестве субстрата не попробовали, например, углистые хондриты.

Думаю всё попробовали.  Там в помешивании 100 метровые приливы участвовали. Фишка в том, что давеча доказали спонтанный абиосинтез цистеина в первичном бульоне.