Необходимые условия для возникновения жизни (абиогенеза)

[PavelSI]

Тут, боюсь, надо много этапов, и много колб. Переплавить хондриты и уточнить состав первичной атмо и гидросферы. Организовать синтез мономеров. Доказать, что в каких-то условиях они концентрировались. Провести синтез РНК на разных типах хондритов и лав, и в растворах разных составов.

Вы хотите просто-напросто другой эксперимент. Я хочу решить маленькую задачку - будет ли самопроизвольно возникать палиндромный мир, там где есть катализаторы, вы хотите что-то другое.

[Maki]

Вы хотите просто-напросто другой эксперимент. Я хочу решить маленькую задачку - будет ли самопроизвольно возникать палиндромный мир, там где есть катализаторы, вы хотите что-то другое.

Разве? Опробование естественных матриц и катализаторов предусматривает и полную проверку конечной продукции!
Кстати, может и сама палиндромность не совсем ключевая особенность?
В вашей (и Маркова) модели, палиндром имеет преимущества в самокопировании. Но, повторюсь, что если логика эволюции до рибозима не сильно связана с размножением?
Самая перспективная модель - это просто двойная цепочка. На одном конце у неё может повиснуть активный хвостик. На другом - петелька. Например hammerhead – это рибозим длиной всего в 27 нуклеотидов, из которых высококонсервативны 13. И эта мелкая тварь уже рибозим, и режет другие РНК на кусочки. 13 нуклеотидов... Да такое могло собираться в каждой луже.

[PavelSI]

Разве? Опробование естественных матриц и катализаторов предусматривает и полную проверку конечной продукции!
Кстати, может и сама палиндромность не совсем ключевая особенность?
В вашей (и Маркова) модели, палиндром имеет преимущества в самокопировании. Но, повторюсь, что если логика эволюции до рибозима не сильно связана с размножением?
Самая перспективная модель - это просто двойная цепочка. На одном конце у неё может повиснуть активный хвостик. На другом - петелька. Например hammerhead – это рибозим длиной всего в 27 нуклеотидов, из которых высококонсервативны 13. И эта мелкая тварь уже рибозим, и режет другие РНК на кусочки. 13 нуклеотидов... Да такое могло собираться в каждой луже.

Это понятно и безусловно тоже интересно, но пардон, здесь вы растекаетесь "мыслью по дереву" - рассматривая очень много интересных вещей одновременно. Давайте не мешать всё в кучу. Хорош такой эксперимент, с такой постановкой задачи, чтобы его ответ помещался в одно предложение, максимум - абзац, т.е. один абзац учебника - один эксперимент. Я предложил такой простой эксперимент. Цель эксперимента узнать, будет ли полимеризация РНК давать случайные цепочки, или спонтанно возникнет преобладание каких-то структур (палиндромов или ещё чего-то). Для проверки я предложил использовать современные белковые полимеразы, т.к. они быстрые и эффективные, а древних полимераз мы всё равно не знаем.
Побочно, я хотел проверить"насколько вероятен мир палиндромов" - но это побочная цель, главная - проверка, есть ли вообще случайность, или есть закономерности. Всё. Если будет показано спонтанное образование обилия палиндромов - хорошо. Будет чистый хаос - тоже хорошо. Хотя бы будет ясность. По мне так наука должна идти маленькими шагами. Если шагать широко, с охватом - можно "штаны порвать".

Выражаю скромную надежду, что в таком эксперименте, если постепенно снижать концентрацию подаваемых извне белковых полимераз, то можно получить некоторые спонтанно возникающие рибозимы, особенно интересны рибозимы-полимеразы - и тогда можно будет отследить, из чего эти рибозимы собираются, проследив всю эволюционную траекторию их возникновения. Это помимо проверки "мира палиндромов".

А вот если в таком эксперименте возникнут рибозимы и будут катализировать сборку самих себя - это уже можно будет объявить "в эксперименте спонтанно возникла примитивная доклеточная жизнь".

А про hammerhead... 13 нуклеотидов - если не путаю, случайно такое выпадает порядка 1 к 64 миллионам. Да, это очень даже часто.

[Maki]

Побочно, я хотел проверить"насколько вероятен мир палиндромов" - но это побочная цель, главная - проверка, есть ли вообще случайность, или есть закономерности. Всё. Если будет показано спонтанное образование обилия палиндромов - хорошо. Будет чистый хаос - тоже хорошо. Хотя бы будет ясность. По мне так наука должна идти маленькими шагами. Если шагать широко, с охватом - можно "штаны порвать".

Звучит заманчиво. Но для этого нужно всё прогнать на десятках субстратов и в десятках разных сред. Ув. Sensy предположил, что можно обойтись одной колбой. Увы, похоже тут нужен целый НИИЧАВО. И шагать надо очень широко.
Впрочем, радует, что РНК сейчас "в тренде", так как ГМО и генная терапия востребованные и коммерческие вещи. Можно надеяться, что изучая шаг за шагом грань между простой цепочкой и рибозимом, учёные таки вычислят и самого LURA...

А про hammerhead... 13 нуклеотидов - если не путаю, случайно такое выпадает порядка 1 к 64 миллионам. Да, это очень даже часто.

И, как вы сами видите, "мыслию по древу" я растекаюсь не просто так.
Ведь 1:64.000.000 - это, в глобальных масштабах, действительно железный, неизбежный вариант. Но без понимания, как это вычисление могло происходить, мы выглядим как слепые котята. Ведь надо представить мир, где одновременно вычисляются триллионы цепочек РНК. А для этого следует смешать в кучу не только химию органических полимеров, но и планетологию, геологию, и максимум дилетантской непредвзятости и здравого смысла. Выражение "Глобальный Химический Компьютер", которым я иногда пользуюсь  - это,  конечно же, "затычка для незнания". Было бы ооочень любопытно понять, могла бы Земля действительно быть сплошным геотермальным полем, и как на этом поле происходил бы круговорот органики.

[PavelSI]

Хорошо. Вы подняли вопрос о том что придётся перебрать "на десятках субстратов и в десятках разных сред". Возможно и так. Теперь давайте-ка ещё одну мою идею. Интересно, она новая или снова перепридумал очевидное? Мне кажется полезной идея как-то ограничить степень свободы и подвижность молекул, не ограничивая их в питании. Для этого мне кажется перспективной добавить в X-RNA гидрофобный хвостик, чтобы хотя бы часть молекул выталкивалась бы из воды. Например, из воды в жир, в масло или глицерин. Тогда такие РНК прилипали бы к маслу и мы получили бы то, ради чего собственно делается клетка - как-то обособливали бы часть молекул в совместно скооперированную систему, а тесные малые коллективы как известно лучше располагают к альтруизму, тогда как перемешивание и открытость - к эгоизму (т.е. нужен групповой отбор в малом коллективе). Мне не нравятся идеи, где эволюция начинается внутри мембран-пузырьков. Пузырьки, как мне кажется, сложно сделать, это что-то сильно искусственное. И не нравится идея пористых кристаллов, там плохо подводится сырьё, жизнь будет голодать. В пузырьках тоже есть проблема голодания - клеточная стенка плохо пропускает еду. А вот жизнь на масляной плёнке или "в молоке" - по мне так нормально. При этом в сами жировые капли погружаться-то особо нужды нет, достаточно прилипнуть. А для этого хотя бы в малой части молекул нужен гидрофобный жировой хвостик. Я не химик, но пришить жирный хвост к молекуле вроде как не особо задача. Если так, получаем хорошие условия - с одной стороны, осёдлость, а с другой - проточная вода.

предположил, что можно обойтись одной колбой

Если колба с планету размером, то можно "забрутфорсить" задачу перебором вариантов. Иначе боюсь эволюции надо чутка помогать, делая искусственности типа подбирая особо удачную среду и условия в малых объёмах, используя особо чистые реактивы и вообще, творя то, чем лабораторная химия отличается от практической промышленной.

Моя очередь растекаться... Вы Поттера читали? Мне очень понравился момент с зельеварением, где было описано, что то, что в учебнике подавалось как "просто, чисто, аккуратно" - это постоянно давало всем вонючую жижу и только. Ту же байку на новый лад я слышал и от студентов-химиков, синтезировавших на лабораторке аспирин - по учебнику "на выходе имеем белые кристаллы", на практике - зелёное не-пойми-чо. К чему это я помянул... подбор условий, я б даже сказал что подгонка - сильно роляет.

[Maki]

еперь давайте-ка ещё одну мою идею. Интересно, она новая или снова перепридумал очевидное? Мне кажется полезной идея как-то ограничить степень свободы и подвижность молекул, не ограничивая их в питании.

Идея - шикарная. Но нам опять надо понять, способны ли такие аналоги бактериальных матов слоистые структуры возникать вообще. Я тоже не химик. И кроме способности РНК иногда зацапать аминокислоту, ничего толком о них не знаю. Как может выглядеть липофильный хвостик у РНК? На каком катархейско/архейском песке соберётся липидная плёнка?
Я вроде как и пошутил - но без условного НИИЧАВО, причём именно с такого уровня кадрами и духом, проблема просто неразрешима...

Моя очередь растекаться... Вы Поттера читали? Мне очень понравился момент с зельеварением, где было описано, что то, что в учебнике подавалось как "просто, чисто, аккуратно" - это постоянно давало всем вонючую жижу и только. Ту же байку на новый лад я слышал и от студентов-химиков, синтезировавших на лабораторке аспирин - по учебнику "на выходе имеем белые кристаллы", на практике - зелёное не-пойми-чо. К чему это я помянул... подбор условий, я б даже сказал что подгонка - сильно роляет.

Да, вы очень точно описали суть темы. Без "брутфоса", абиогенез, боюсь, не выходит вообще. Извиняюсь за филологизм, но "катархейская грязная лужа" - это вовсе не юмор. И такую лужу, где РНК имеет шанс стать рибозимом, надо ещё смоделировать.

[PavelSI]

аналоги бактериальных матов

Всё верно, именно бактериальными плёнками я и вдохновлялся, размышляя "как оно вообще".

кроме способности РНК иногда зацапать аминокислоту, ничего толком о них не знаю

Гарантировать не могу, но думаю что всё проще. Если белки "зацепляются" механически, то жирный (мыльный) хвост можно жёстко пришить на уровне химической связи, "by design" к примеси молекул Ксено-РНК. Никто ж нас не обязывает применять 4 нуклеотида и ни шагу в сторону - очень вероятно, первоначально сшивалось всё подряд, всё что было, и было много "нетрадиционных" молекул - которые запросто возникают случайным образом, но жизнь не сочла нужным редкие варианты нуклеотидов синтезировать. Жирный или мыльный гидрофобный хвост - это ж по сути простая штука, как углеводороды - длинные цепочки CH2. Мыло-то почему мылится? У молекул мыла два конца, 1 конец гидрофобный, притягивающийся к жирам, второй - гидрофильный, в итоге мылу "выгодно" располагаться на поверхности воды или на поверхности частичек жира, когда оба конца молекулы получают то что им "удобно". В этом плане мыло не совсем верно сказать что растворяется в воде, оно разбегается по поверхности. По мне так штука очень простая, и если это можно прицепить к глицерину (жиры - это хорошо намыленный глицерин), то и к сахару, я полагаю, тоже можно.
Придумать-то всё что угодно можно, вопрос в том, насколько реальна такая нефтяная-РНК _в природе_.

Чутка оффну снова. Вы никогда не замечали, что капли воды не всегда сливаются с водой сразу, а иногда отскакивают и катятся как бусины по воде? Такое часто бывает, если вода намылена. У меня на даче дождевая вода себя почему-то так ведёт, когда стекает с крыши в ведро, внешне вода очень чистая. Так что мыльные плёнки - они часто возникают сами собой.

Без "брутфоса", абиогенез, боюсь, не выходит вообще.

Это он в природе не выходит. А в лаборатории - запросто этот форс сократить в миллиард миллиардов раз. Если взять чистые нуклеотиды без дефектов, если взять их сразу в верной пропорции - то это сразу больше, чем подсказка половины знаков. И там где в природе был нужен океан, хватит столовой ложки. Другое дело, мы не сможем доказать, что эволюция так шла на самом деле.

[Скеп-тик]

РНК должна научиться размножаться, а затем поиметь какой-то случайный "профит" от цепляния на себя белков.

Поскольку жизнь - штука динамичная, то устойчивость к разрушению - это химия, а не жизнь. "Живая" молекула должна непрерывно "жить" - цеплять к себе молекулы извне, и отбрасывать ненужное и повреждённое.
Ещё. РНК - это уже двукомпонентная агрегация. Сахар + нуклеотиды. Так почему не принять как должное, что протожизнь изначально была трёхкомпонентной, включая аминокислоты, и даже простейшие белки?

Это он в природе не выходит. А в лаборатории - запросто этот форс сократить в миллиард миллиардов раз.

Ошибаетесь. У природы нет стен, зарплаты и фондов. И никаких ограничений в комбинаторике. Природа может ставить триллионы "опытов" в секунду в самых невероятных комбинациях, ибо не надо обдумывать результаты и писать отчёты. Причём в силу своей хаотичности, ни один опыт не может повториться.

[PavelSI]

Ошибаетесь. У природы нет стен, зарплаты и фондов. И никаких ограничений в комбинаторике. Природа может ставить триллионы "опытов" в секунду в самых невероятных комбинациях, ибо не надо обдумывать результаты и писать отчёты. Причём в силу своей хаотичности, ни один опыт не может повториться.

Вы меня неверно поняли. Маки сказал что дескать без брутфорса не выходит. Я ответил, что это в природе так "не выходит без брутфорса". В лаборатории - запросто можно и без "брут". Вы безуслоно правы, что возможности природы перебирать варианты не сопоставимы с лабораторией.

[Sensy]

Да тут одна-единственная колба нужна, куда подливать и разбавлять, плюс набор пробирок, куда раз в несколько дней добавлять образцы.

Sensy предположил, что можно обойтись одной колбой.

Так не предполагал, конечно. Гомукул Вас смутил, поди. Под пробиркой тут надо понимать тогда Землю. Там одних микроканалов больше плошади занимаемой соразмерной сферы.  Кроме того в ЭТОМ плане на планете мало что изменилось, только биохимические ниши заняты жестко, а условия для первичного абиогенниго синтеза РНК, есть. Ну и РНК-мир чудесно это нам демонстрирует.

[Maki]

Это он в природе не выходит. А в лаборатории - запросто этот форс сократить в миллиард миллиардов раз. Если взять чистые нуклеотиды без дефектов, если взять их сразу в верной пропорции - то это сразу больше, чем подсказка половины знаков. И там где в природе был нужен океан, хватит столовой ложки. Другое дело, мы не сможем доказать, что эволюция так шла на самом деле.

Только вот пока это получается плохо. Добиваются и размножения, и эволюции в пробирке готовых цепочек. Но чтобы спонтанно сложилась каталитическая РНК - о таком я не слышал. Может быть хитрость именно в том, что раствор как раз таки "грязный", состоящий из олигомеров, шпилек, липидов, аминокислот?
Я думаю, что надо начинать с алхимии - буквально переплавлять метеориты, определять какие газы и жидкости выделяются, и всё это концентрировать, бить молниями, жечь ультрафиолетом, в духе опытов Юри и Миллера. То есть, попытаться "забрутфорсить" сам первичный бульон.

Чутка оффну снова. Вы никогда не замечали, что капли воды не всегда сливаются с водой сразу, а иногда отскакивают и катятся как бусины по воде? Такое часто бывает, если вода намылена. У меня на даче дождевая вода себя почему-то так ведёт, когда стекает с крыши в ведро, внешне вода очень чистая.

Это просто поверхностное натяжение. И водяная пыль (и возможно газовые пузырьки и микрокапилляры) за счёт разности фаз резко ускоряет органический синтез.

Поскольку жизнь - штука динамичная, то устойчивость к разрушению - это химия, а не жизнь. "Живая" молекула должна непрерывно "жить" - цеплять к себе молекулы извне, и отбрасывать ненужное и повреждённое.

Эволюция - это ещё и наследственность. Так что молекула которая имеет стабильную основу - это как раз шаг от хаоса. Гляньте пару страниц назад, где ув. PavelSI развивал идею палиндромов.

Ещё. РНК - это уже двукомпонентная агрегация. Сахар + нуклеотиды. Так почему не принять как должное, что протожизнь изначально была трёхкомпонентной, включая аминокислоты, и даже простейшие белки?

Тогда опять "Война и Мир" и обезьяны... ((
Идея мира РНК интересна тем, что рибозим и содержит и информацию, и сам-себе катализатор. Простейшая лигаза, где 13 нулеотидов консервативны, а 14 вариативны - это 1:64.000.000  вероятность возникновения. Значит, в одной из 100.000.000 земных луж лигаза обязательно собиралась, и начинала резать своих соседей на мономеры. Возможно, с петелькой, к которой прицеплена аминокислота, дела у неё шли ещё лучше. Про эволюцию рибозимов в смеси с аминокислотами я нигде не читал, увы.

а условия для первичного абиогенниго синтеза РНК

Наверое всё-таки были.
Боюсь, что современные термальные воды и минералы мало похожи на то, что булькало на поверхности миллиарды лет назад. Но попытки моделирования уже дают весьма интересные результаты.

P.S.
То, что в метеоритах находят такую разнообразную органику, мне кажется очень интересным указанием на то, что даже переплавка в хондрит при относительно низких температурах не приводит к пиролизу органики. Наоборот, она в хондритах даже синтезиуется. Так что, при остывании планеты, появление на её поверхности растворов органики как-бы даже и неизбежно...

[Скеп-тик]

Про эволюцию рибозимов в смеси с аминокислотами я нигде не читал

Эк вы хотите, чтобы всё и сразу. Думаю, предбиологический этап был таким:
1. Рост нуклеоцепочки и разрушение произвольным способом (трёхвалентные ионы, УФ, щелочи)
2. Встреча нуклеоцепочки с рибозой и дезоксирибозой, стабилизация структуры с активными участками (да, РНК и ДНК возникли одновременно).
3. Абсорбция на РНК и ДНК полипептидов, из за разной структуры - совершенно различных, появление среди полипептидов разрушителей РНК и ДНК в ОПРЕДЕЛЁННОМ МЕСТЕ - протоферменты.
4. Появление участков на РНК/ДНК, собирающих определённые полипептиды.
5. Взаимодействие РНК и ДНК, приводящая к воспроизводимости структуры нуклеоцепочек (с внешними "поставками" рибозы и дезоксирибозы).
6. Появление белковых структур, катализирующих синтез рибозы и дезоксирибозы. Цикл замкнулся, агрегация стала самовоспроизводящейся.
7. Следующий этап - появление фотосинтеза. Это уже бесклеточная жизнь.
Первые 5 этапов - дело минут или часов. Остальное - бог знает...

[Maki]

Первые 5 этапов - дело минут или часов.

К сожалению, не факт. Уже п.1 требует циклических процессов. Периодичность гейзера, высыхание, выкипание, замерзание, освещение,  или всё вместе.

2. Встреча нуклеоцепочки с рибозой и дезоксирибозой, стабилизация структуры с активными участками (да, РНК и ДНК возникли одновременно).
3. Абсорбция на РНК и ДНК полипептидов, из за разной структуры - совершенно различных, появление среди полипептидов разрушителей РНК и ДНК в ОПРЕДЕЛЁННОМ МЕСТЕ - протоферменты.

Выглядит невероятно. Все сложные молекулы возникают спонтанно, и как-то оказываются совместимы. И при этом в системе есть на начальном этапе нефункциональная, то есть балластная ДНК. Нет развития всего от чего-то крайне простого. А главное - система не размножается. Ведь в виде связного кода её нет.
Чем хороши рибозимы - цепочка самодостаточна. Сама себя катализирует и копирует. Вот её эволюция может идти с сумасшедшей скоростью... А потом можно усложняться, цеплять аминокислоты, и превращаться в "рибосомного микроба".

Вообще, было бы занятно представить"экологию" мира РНК.
Предположим, "свободноживущая РНК" действительно прочнее и лучше растёт в виде шпильки. Что будет, если одна станет ферментом?
Выгодно ей разрушать другие молекулы? А наоборот ускоренно собирать на себе свои копии? Очень напоминает две разные стратегии. Причём при объединении в одну молекулу, получается огромная выгода.

P.S.
И ещё ссылочка по теме.
Мантийный селен подтверждает, что вода попала на Землю в ходе поздней тяжелой бомбардировки

Основываясь на результатах исследования можно с определенной долей уверенности говорить о том, что не только сидерофильные элементы, но и летучие компоненты были занесены на Землю в процессе поздней тяжелой бомбардировки, а поток метеоритного вещества с окраин Солнечной системы был важным и необходимым этапом возникновения жизни на Земле. По расчетам авторов, до 60% воды, находящейся сегодня на Земле, может быть связано с этим источником. Метеориты принесли не только воду, но и другие летучие вещества, которые способствовали формированию необходимой для развития жизни атмосферы.

Очень примечательная цифра. На начало абиогенеза получаем Землю не залитую океанами, а, с довольно большей площадью суши.

P.S.
Возможно будет интересно. http://www.geokhi.ru/interd/Documents/GeneticCode.pdf
Автор моделирует совместную эволюцию РНК и пептидов

[Скеп-тик]

Периодичность гейзера, высыхание, выкипание, замерзание, освещение,  или всё вместе.

Или волн в прибойной полосе. Причём достаточно микроволн в самой маленькой луже, буквально из трёх капель. Ведь атмосфера у нас - метан, углекислота, аммиак. Накатила волна, оставила микроплёнку воды на грунте, в ней газы растворились, ультрафиолет подсветил - вот вам чуть ли не асфальт, сплошная высокомолекулярная органика. А приливные волны могут регулярно поставлять экзотические "реактивы" (фосфор, серная кислота, соли урана) на десятках тысяч кв км "лабораторий"-пляжей.
Возникновение жизни - как выигрыш в лотерею, когда ВСЕ билеты у вас на руках. Несколько квадриллионов билетов каждый день.
.

[Maki]

Или волн в прибойной полосе. Причём достаточно микроволн в самой маленькой луже, буквально из трёх капель.

Да, или волны. С ветрами, волнами, ураганами и целыми цунами было наверняка всё в порядке. Пересыхающие в отлив отмели, дельты, заливы - тоже отличное место.

Возникновение жизни - как выигрыш в лотерею, когда ВСЕ билеты у вас на руках. Несколько квадриллионов билетов каждый день.

Очень точное сравнение. Но общее количество билетов и выигрышных номеров должны всё-таки достаточные шансы хотя бы за 0,5 миллиарда лет.

Кстати, почитал ещё одну работу автора, ссылку на которого я привёл выше.
Как ни удивительно, но удлинение полимеров оказывается повышает устойчивость молекул к тепловым процессам. И отбор на удлинение идёт естественным образом, без полимераз. Так что получаем даже не лотерею, а несколько квадриллионов пасьянсов каждый день. Которые раскладываются сами по себе...

[leon10010]

Но общее количество билетов и выигрышных номеров должны всё-таки достаточные шансы хотя бы за 0,5 миллиарда лет.

Что то пишут о меньшем сроке. Жизнь возникла сразу после остывания лавы.

[Maki]

Что то пишут о меньшем сроке. Жизнь возникла сразу после остывания лавы.

Про 0,5 (как и несколько квадриллионов) - это просто метафора. Может и 0,05.

[PavelSI]

Уже п.1 требует циклических процессов. Периодичность гейзера, высыхание, выкипание, замерзание, освещение,  или всё вместе.

мысли мыслителей идут по пути что двойные цепочки надо было ещё как-то расплетать, т.е. жизнь была горячей, что-то порядка 70 градусов. При таких температурах сахар растворяется быстро, но столь же быстро вода подсыхает. Возможно думать надо не о лужах воды, а о каплях воды на поверхности неровных валунов. Возможно водяной слой был в миллиметры и всё было очень быстро, буквально так что брызги пришли - размокло, брызги ушли - высохло за минуту.

достаточно микроволн в самой маленькой луже, буквально из трёх капель

Типа того.

[Maki]

мысли мыслителей идут по пути что двойные цепочки надо было ещё как-то расплетать

А лигазы? Если ты можешь разрезать соседа - он тебе не конкурент. И его шпильки, петли, хвостики - твои. А когда станет жарко, и его остатки порвёт на мономеры - можно спокойно расплестись и самокопироваться.
То есть отбор олигомров идёт сперва на длину, а потом на ферментную активность. Если наличие хвостика с прицепившейся аминокислотой защищает от лигаз и вообще от разрушения - одновременно отбираются и такие способности.
По идее, если хвостик копируется зеркально - то вот нам и две Т-РНК, для разных аминокилот. Уже можно собирать первый полипептид и как-то с ним дальше уживаться!

[Серый Страж]

В маленьком прудике. Новейшие подтверждения теории Дарвина
https://ria.ru/20201119/kletki-1585239503.html

Цитата из этой заметки:

В новом исследовании ученые из Института наук о Земле и жизни при Токийском технологическом институте в сотрудничестве с коллегами из Малайзии, Чешской Республики, США и Индии решили найти потенциальные механизмы образования первых клеток "с нуля" — только в ходе химических процессов, без участия биологии.

Они изучили широкий спектр соединений, которые могли сформироваться в результате пребиотических реакций в условиях ранней Земли.

И обнаружили, что многие из этих веществ — эфиры, амины, азиды, имиды и другие — при определенных условиях полимеризуются легче, чем биологические соединения. А некоторые даже спонтанно создают клеточно-подобные структуры — компартменты. По мнению авторов, цепочки полимеров внутри таких компартментов, закручиваясь, могли образовать уникальные трехмерные формы — прообразы белков или РНК.
.....
То, что циклическое чередование влажных и сухих периодов способствует появлению в химической системе сложных пребиотических соединений, подтверждают и физики.

Американские ученые из Университета штата Пенсильвания вместе с коллегами из Притцкеровской школы молекулярной инженерии Чикагского университета изучили на синхротроне APS Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США, какие фазовые изменения претерпевают полимерные компартменты в циклах гидратации-дегидратации.

Авторы исследовали коацерваты полиэлектролитов в жидкой среде, имеющей такой же состав, как и вода в пруду. Они смоделировали условия, когда "пруд" то пересыхает, то снова наполняется дождевой водой. И выяснили: в первом случае концентрация нуклеиновых кислот и солей увеличивается, во втором — уменьшается. Внутри же полимерных компартментов она не меняется.

Это указывает на то, что в первичных клеточно-подобных структурах среда была постоянной, что способствовало поддержанию циклов химических реакций. По мнению исследователей, это стало ключевым фактором постепенного формирования внутри протоклеток сложных самовоспроизводящихся полимерных соединений, таких как РНК.

Сегодня химикам известно: в природе повторяющиеся циклы гидратации-дегидратации облегчают сборку молекулярных строительных блоков — аминокислот и нуклеотидов — в пептиды и белки за счет снижения термодинамического барьера, который в обычных условиях препятствует полимеризации.

Примеры таких природных систем — неглубокие водоемы в регионах, где дожди периодически сменяются засухами, или эпизодически действующие термальные источники типа гейзеров.