Необходимые условия для возникновения жизни (абиогенеза)

[cryon]

Осторожно предположу, что Земля, в масштабах цепочки нуклеотидов - это уже почти бесконечная "вселенная". А сотни миллионов лет - почти "вечность". При благоприятных условиях, для абиогенеза этого могло оказаться достаточно. Причём не только на Земле. Но это только очередное предположение, разумеется.

Не факт. На ранней земле во времени цепочки РНК могли рекомбинировать во времени триллионы раз, а самих цепочек могло быть по их массе из массы малого слоя вещества на поверхности земли триллионы триллионов триллионов штук. Число десять в тысячной ни как тут не получается. Но могло быть и сращивание более коротких цепочек скажем по 200 нуклеотидов РНК.

[Maki]

Не факт. На ранней земле во времени цепочки РНК могли рекомбинировать во времени триллионы раз, а самих цепочек могло быть по их массе из массы малого слоя вещества на поверхности земли триллионы триллионов триллионов штук. Число десять в тысячной ни как тут не получается. Но могло быть и сращивание более коротких цепочек скажем по 200 нуклеотидов РНК.

Конечно не факт. Как не факт и то, что непременно требуется число десять в тысячной степени. Оно вытекает из примитивной комбинаторики, когда триллион обезьян барабанит вслепую по клавиатурам, с надеждой набить хотя бы "Отче Наш". И это, конечно же, выглядит невероятно.
Но что если это не так? Например, именно "наши" нуклеотиды - наиболее устойчивы к ультрафиолету. Возможно, и цепочки из них тоже. Уже селекция.
Есть предположение, что т.н. палиндромные последовательности (о них в этой теме говорилось) перспективны в плане возникновения репликатора. И тут селекция.
Важнейшим элементом РНК являются т.н. "шпильки". А они намного устойчивей к разрушению, чем простые цепочки. И именно шпильки отвечают за каталитическую активность и к тому же цепляют на себя аминокислоты. Серьёзная селекция.
Комбинироваться могли не отдельные нуклеотиды последовательно, а цепочки (о чём вы и пишете). Они, кстати, комбинируются гораздо проще. И тут селекция.
Простейшая лигаза (сшиватель) может состоять из очень небольшого количества (не помню) неклеотидов. И если она заводится в луже - сборка длинных цепочек пойдёт на порядки быстрее. И тут селекция.
В общем, всё оказывается намного сложнее и интереснее, чем у обезьян за клавиатурой. Насколько - может лет этак через десяток тысяч мы выясним. Но то, что это не десять в тысячной степени, а поменьше - из вышеизложенного следует явно.
В общем, тут я, наверное, оптимист. И на мой взгляд, синтез первичных "кирпичиков" - естественный процесс для любой "земли". И их полимеризация - тоже. И вероятность появления, в итоге, жизни видится мне вполне ненулевой. Тем более, мы с вами - яркий тому пример. Возможно, таких примеров в Галактике вовсе не мало.

[vika vorobyeva]

Команда химиков применила вычислительные мощности распределенной сети компьютеров, чтобы сгенерировать крупнейшую из когда-либо созданных цепей химических реакций, которые могли привести к появлению пребиотических молекул на ранней Земле.
https://naked-science.ru/article/chemistry/blokchejn-ispolzovali-v-m

Получившаяся сеть, названная NOEL (Network of Early Life), начиналась с 11 миллиардов реакций, а затем была сжата до 4,9 миллиарда наиболее правдоподобных. В итоге NOEL содержит части хорошо известных метаболических путей, таких как гликолиз и имитация цикла Кребса, и синтез 128 простых биотических молекул, таких как сахара и аминокислоты.

Однако среди почти пяти миллиардов произведенных реакций только сотни реакционных циклов оказались «самовоспроизводящимися» — в них молекулы создавали копии самих себя. Предполагается, что именно свойство саморепликации сыграло центральную роль в возникновении жизни, но подавляющее большинство ее известных проявлений требуют сложных макромолекул, например ферментов. Полученные же результаты показали, что при наличии только небольших молекул самовоспроизведение — редкое событие, так что, как полагают авторы, это свойство появилось позднее в процессе эволюции.

Не хватает компетентности понять, много это или мало – сотни самовоспроизводящихся циклов из пяти миллиардов. Может, с них все и началось? Буду рада увидеть комментарии уважаемых специалистов форума

[vika vorobyeva]

Еще одна новость с того же ресурса.
Самая древняя экосистема Земли оказалась неожиданно развитой и разнообразной: https://naked-science.ru/article/paleontology/samaya-drevnyaya-ekosiste

Ученые изучили породы возрастом 3,42 миллиарда лет и смогли разгадать процессы метаболизма микробов, участвующих в древнем углеродном цикле. Исследование опубликовано в журнале Precambrian Research.
Проведя всесторонний анализ хорошо сохранившегося углеродистого вещества и связанных с ним минеральных фаз, исследователи выявили геохимические следы жизнедеятельности фотоавтотрофов (организмов, производящих кислород в процессе фотосинтеза за счет энергии солнечного излучения), автотрофных сульфатредуцентов (восстановителей сульфатов) и микробов, производящих метан или ацетат. Эти впечатляющие результаты подчеркивают, что уже в те времена в экосистемах существовали сложные микробные сообщества с развитым углеродным циклом.

Насколько я поняла, новость льет воду на мельницу Combinator'а и других сторонников панспермии. Слишком совершенной и разнообразной оказывается жизнь всего через миллиард лет после формирования Земли – притом, что жизнепригодной наша планета стала далеко не сразу.

[mbrane]

Команда химиков применила вычислительные мощности распределенной сети компьютеров, чтобы сгенерировать крупнейшую из когда-либо созданных цепей химических реакций, которые могли привести к появлению пребиотических молекул на ранней Земле.
https://naked-science.ru/article/chemistry/blokchejn-ispolzovali-v-m

Получившаяся сеть, названная NOEL (Network of Early Life), начиналась с 11 миллиардов реакций, а затем была сжата до 4,9 миллиарда наиболее правдоподобных. В итоге NOEL содержит части хорошо известных метаболических путей, таких как гликолиз и имитация цикла Кребса, и синтез 128 простых биотических молекул, таких как сахара и аминокислоты.

Однако среди почти пяти миллиардов произведенных реакций только сотни реакционных циклов оказались «самовоспроизводящимися» — в них молекулы создавали копии самих себя. Предполагается, что именно свойство саморепликации сыграло центральную роль в возникновении жизни, но подавляющее большинство ее известных проявлений требуют сложных макромолекул, например ферментов. Полученные же результаты показали, что при наличии только небольших молекул самовоспроизведение — редкое событие, так что, как полагают авторы, это свойство появилось позднее в процессе эволюции.

Не хватает компетентности понять, много это или мало – сотни самовоспроизводящихся циклов из пяти миллиардов. Может, с них все и началось? Буду рада увидеть комментарии уважаемых специалистов форума

много...сравномо с тем количеством что есть в бактерии

[petrovich1964]

спекуляции о "сверхцивилизациях", готовых на огромные энергозатраты в течение астрономических промежутков времени только для широкого радиовещания в пустоту - действительно сказка.

РЛС «Дон-2Н»  Излучаемая импульсная мощность — 250 МВт[3]. Википедия
Радары могут использоваться для поиска опасных астероидов, летящих со стороны звезды, или имеющих очень чёрный цвет.

А также для регулирования межпланетного движения и контроля за нарушителями правил межпланетных перелётов. 

[Rattus]

РЛС «Дон-2Н»  Излучаемая импульсная мощность — 250 МВт

Отлично. Как должна выглядеть приёмная антенна, чтобы надёжно различить его с расстояния хотя бы несколько сотен световых лет? А тысяч?

[Mercury127]

с такого расстояния он всё равно не сможет ни лужу подогреть, ни биомолекулы поджарить, так что для абиогенеза бесполезен.

[Maki]

с такого расстояния он всё равно не сможет ни лужу подогреть, ни биомолекулы поджарить, так что для абиогенеза бесполезен.

Вообще-то речь шла о возможности обнаружения цивилизаций по излучению их мощных радаров. Идея запуска абиогенеза на экзопланетах путём облучения их лучами любви радарами, конечно же, была бы экстравагантна даже для ВЖР.

[petrovich1964]

Как должна выглядеть приёмная антенна, чтобы надёжно различить его с расстояния хотя бы несколько сотен световых лет? А тысяч?

"Какой должна бьть мощность передатчика, чтобы осуществить связь на расстоянии 10 пк или 30 световых лет? Из нашей формулы после несложных вычислений следует, что необходимая мощность передатчика должна быть равна 10 кВт...
на Бюраканском симпозиуме выступил с обобщающим по этой проблеме докладом сам автор проекта Дрэйк. Оценивая возможности гигантского радиотелескопа Аресибо, он пришел к заключению, что при мощности передатчика Р = 1000 кВт, коэффициенте направленности антенны радиотелескопа G = 106, шумовой температуре приемника Т= 120°, ширине полосы В = 100 МГц и времени накопления сигнала т = 100 с сигнал может быть обнаружен от объектов, удаленных от нас на расстояния до 6000 световых лет!"
 И. С. Шкловский "Вселенная, жизнь, разум"
10 кВт - 30 св.лет
1000 кВт - 6000 св.лет (*100 = 200)
250 000 кВт - ?

Когда Шкловский писал свою книгу... в 1970 или чуть раньше? Не помню. Зато знаю как развились компьютеры обрабатывающие сигналы за эти полвека.

[Maki]

при мощности передатчика Р = 1000 кВт, коэффициенте направленности антенны радиотелескопа G = 106, шумовой температуре приемника Т= 120°, ширине полосы В = 100 МГц и времени накопления сигнала т = 100 с сигнал может быть обнаружен от объектов, удаленных от нас на расстояния до 6000 световых лет

Если бы у бабушки был ..., она была бы дедушкой.
Вы не забыли умножить все приведённые цифири, хотя бы, на фанерозой? Чтобы 500.000.000 лет подряд можно было утюжить Галактику однообразным "Здарова Посоны" и ждать ответа сотни и тысячи лет безо всякой надежды? Ведь не успели попасть на зелёного щуапальцерукого Попова или Маркони, ибо он забухал - и вся работа насмарку.

[mbrane]

Как должна выглядеть приёмная антенна, чтобы надёжно различить его с расстояния хотя бы несколько сотен световых лет? А тысяч?

"Какой должна бьть мощность передатчика, чтобы осуществить связь на расстоянии 10 пк или 30 световых лет? Из нашей формулы после несложных вычислений следует, что необходимая мощность передатчика должна быть равна 10 кВт...
на Бюраканском симпозиуме выступил с обобщающим по этой проблеме докладом сам автор проекта Дрэйк. Оценивая возможности гигантского радиотелескопа Аресибо, он пришел к заключению, что при мощности передатчика Р = 1000 кВт, коэффициенте направленности антенны радиотелескопа G = 106, шумовой температуре приемника Т= 120°, ширине полосы В = 100 МГц и времени накопления сигнала т = 100 с сигнал может быть обнаружен от объектов, удаленных от нас на расстояния до 6000 световых лет!"
 И. С. Шкловский "Вселенная, жизнь, разум"
10 кВт - 30 св.лет
1000 кВт - 6000 св.лет (*100 = 200)
250 000 кВт - ?

Чушь какая-то мощность падает по квадрату от расстояния 10 квт-30 световых лет, 1000 - 300 световых лет.

Когда Шкловский писал свою книгу... в 1970 или чуть раньше? Не помню. Зато знаю как развились компьютеры обрабатывающие сигналы за эти полвека.

[Combinator]

Не хватает компетентности понять, много это или мало – сотни самовоспроизводящихся циклов из пяти миллиардов. Может, с них все и началось? Буду рада увидеть комментарии уважаемых специалистов форума

Сотни самовоспроизводящихся циклов, это много, имхо, так как любой автокаталитический процесс будет за счёт положительной обратной связи расти, постепенно вытесняя конкурентов, даже если исходно его существование было на грани шумовых флуктуаций.  Вообще, в этом напралении (вначале метаболизм) в последние годы копают весьма активно, ничуть не меньше, чем в традиционном направлении (вначале случайно самособравшаяся самореплицириующаяся РНК), см., например, https://youtu.be/dhjbzj5fwOc
При этом, любопытно, что самые интересные реакции, являющиемя, по сути, "бутылочным горлышком этих циклов, идут при катализе за счёт металлов, которых на Земле довольно мало (родий, рутений, палладий).

[Серый Страж]

Происхождение жизни: неферментативная репликация
https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/436987/Proiskhozhdenie_zhizni_nefermentativnaya_replikatsiya
Интервью Бориса Штерна с Александром Марковым

[Rattus]

Комментарий модератора раздела

It получает 100% предупреждений за бессодержательный флейм (пп.3.1.б,в,д) Правил Астрофорума. Сообщение удалено.

[Maki]

Не абиогенез, конечно, но о строматолитах весьма интересно.

Как решалась проблема увеличения независимости от среды в докембрии

[pkl]

В настоящее время по одной из гипотез, выдвинутых на основе изотопного анализа гафния и йода, входящих в сотав метеоритов, которые, как предполагается, отражают состав первичного вещества солнечной системы, за несколько десятков миллионов лет до начала формирования Солнца первичное молекулярное облако было обогащено веществом красного гиганта, которое сдувалось с него мощным звёздным ветром

Хорошо.
Я с трудом себе представляю звездный ветер, который в состоянии сдуть "небольшой астероид", но это и не нужно. Если красный гигант находился на стадии быстрой потери массы через звездный ветер, его гравитационное поле постепенно ослабевало, и планетная система могла потерять динамическую устойчивость. Это значит, что орбиты планет становятся более широкими и эксцентричными, и часть астероидов, до того момента имеющих устойчивые орбиты, может выбрасываться из системы.
Другой вопрос, откуда микробы на "небольших астероидах".
Кстати, если эта гипотеза верна, подо льдом Европы и Энцелада мы найдем все тех же микробов, восходящих к LUCA – с тем же генетическим кодом и аминокислотным составом белков. Потому что кажется совершенно невероятным, что из системы красного гиганта прилетела единственная зараженная каменюка, которая попала аккурат на формирующуюся Землю. Скорее всего, засеяна была вся Солнечная система, и везде, где жизнь могла зацепиться, она есть и сейчас.

Хм, тогда и Марс должен быть заселён. И может быть даже, Венера.

[pkl]

Все остальные жидкости, включая углекислоту, не подходят по тем или иным критериям.

Но японцы, вроде как, нашли бактерии, живущие в жидкой кислоте. Или это открытие уже закрыли?

[pkl]

Авторы с вами не согласны.

Да, невнимательно прочитала.
Они там различают истинно жидкую углекислоту, которая возможна на планетах типа "холодная Венера"

Эх, вот бы охладить Венеру, полутерраформировать так сказать, орбитальными отражателями. У неё появится мощная углекислотная гидросфера, но с сушей - интересно посмотреть, на что это будет похоже, какая там химия пойдёт. 

[Серый Страж]

Альтернативные формы жизни
https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/436997/Alternativnye_formy_zhizni
Интервью Бориса Штерна с Михаилом Никитиным

(кликните для показа/скрытия)

P.S. Прокомментирую некоторые высказывания.

Как и везде в естественных науках, в отличие от математики и философии, мы тут не можем начать с того, чтобы дать строгое определение, что такое жизнь. Но пока мы находимся на Земле и рассматриваем то, что есть на Земле, мы более-менее интуитивно понимаем, что там живое, а что не живое. То есть царства растений, животных и минералов люди выделяли тысячи лет назад.

Строгое определение (при этом, определение желательно в «зрелой» форме, а не перечнем свойств/качеств) жизни дать не могут, а только «более-менее интуитивно понимают, что там живое, а что не живое», но умудряются выстраивать сложные конструкты на такой зыбкой базе…

Грубо говоря, наша интуиция (точнее, её нейрофизиологическая основа – нейросети мозга) обучается на наглядных примерах, а размножение, это наглядно, но глубинная суть при этом не видна. И здравый смысл, в этом плане, только поверхностное осмысление результатов обучения – выделение поверхностной сути («что вижу, о том и пою»).

Судя по всему, это самое «более-менее интуитивное понимание» и завело в «когнитивный тупик». В итоге саморепликация поставлена во главу угла. Ну и, так как, в основу живого поставили, так называемую, саморепликацию, то всё остальное оказалось жёстко привязанным к этой «саморепликации». И вот тут некоторые вещи начинают нестыковаться, но люди этих нарушений логики не замечают.

Характерный пример (из цитаты ниже). Сначала умудряются заражённую вирусом клетку обозвать вирусом в активной форме, и эта клетка начинает производить вирусные частицы (типа, вирусы в покоящейся стадии). Вроде основа определения живого (саморепликация живой системой самое себя) не нарушена – вирус реплицирует сам себя (типа, активная форма создаёт покоящиеся стадии). Нормально же, да? А ничего, что клетка (хоть заражённая, хоть незаражённая), это не вирус? Вот ни в какой форме или стадии клетка, это не вирус.

Репликация, это только способ сохранения своей структуры именно для таких неустойчивых химических систем, как живые системы нашего типа жизни (то есть, главное, чтобы успела сформироваться копия структуры в реплике, пока структура оригинала не разрушена (а если реплик получилось больше, то и вероятность сохранения оказывается выше)).

При этом, если смотреть глобально, то это просто соответствие (напомню: жизнь – это живая система + её среда обитания) условий среды и структур систем-образцов/оригиналов, которые среда может реплицировать. Тут: без соответствующих систем-образцов/оригиналов не будет реплик – не с чего делать копии), а без соответствующих условий среды не будет репликации – такие системы-образцов/оригиналы данная среда не будет реплицировать (возможно, системы с другой структурой будет, но вот эти не будет).

Некоторую сложность доставляли вирусы, но тут я могу сказать, что вирусы, конечно же, живые, хотя бы потому, что кафедра вирусологии находится на биологическом факультете, а не на химическом и не на геологическом. Вирусы способны к размножению, также, как и все другие живые существа, просто те формы вирусной частицы, которые кристаллизуются и более упорядочены, чем живые клетки, — это их покоящаяся стадия. А активная форма жизни вируса — это вироклетка, зараженная клетка, которая производит новые вирусные частицы. Она со всей очевидностью живая — это размножающаяся форма живого организма, вируса.

Аргумент, что «вирусы, конечно же, живые, хотя бы потому, что кафедра вирусологии находится на биологическом факультете» – это шутка, наверное.

Обозвать заражённую вирусом живую клетку вирусом в активной форме для того, чтобы наделить «живостью» вирус – это какое-то жонглирование понятиями…

На самом деле, это вынужденная мера, дабы не порушить основу определения живого – так называемую, саморепликацию. «Закрывать глаза» на то, что именно клетка создаёт реплики вируса, а не сам вирус создаёт собственные реплики – то есть, в данном случае живая клетка является средой, реплицирующей вирус, а вирус является только образцом/оригиналом для репликации – наверное, вера диктует…

И да, живая система может находиться в двух фазах (и эти фазы достаточно легко выявляются) – в активной, и в пассивной. Но изначально (в момент возникновения живых систем) чёткого разделения фаз не было, оформились/обособились  фазы в результате эволюции, как адаптации для выживания. Это ещё и к вопросу «что первично, курица или яйцо» (на базовом уровне, разумеется) – типа, какая из фаз была первичной.

Потому что жизнь довольно четко отличается от неживой материи на Земле по способности к дарвиновской эволюции, по способности к неограниченной наследуемой изменчивости. Так, живые организмы производят свои копии, копии эти не являются точными — они все-таки немножко отличаются от родителей, — изменения этих копий наследуются следующими поколениями (это не одна ошибка, которая будет исправлена в следующем поколении, это наследуемое изменение), а разница между этими копиями влияет на их дальнейшее размножение. Существует отбор. Какие-то потомки с какими-то вариациями размножаются лучше, другие потомки с другими вариациями размножаются хуже и в конце концов могут исчезнуть из популяции.

Не организмы производят собственные копии, а среда производит копии организмов (организмы играют только роль образцов/оригиналов для копирования). При этом не следует забывать, что и среда, и образец, это вещи относительные – например, для молекулы ДНК/РНК, это внутриклеточная среда, а для клетки это уже внеклеточная среда, но в пределах колонии, такни, органа и т.д.

Вот здесь описана аналогия с копировальным аппаратом и упоминание о том, что репликация это только способ сохранения:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,9509.msg234446.html#msg234446

Здесь чуток подробнее поясняю:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,8969.msg238885.html#msg238885

Здесь попытался обозначить связь между механизмом сознания, субъектностью, механизмом самосохранения, сутью возникновения автономности живых систем:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,9297.msg233720.html#msg233720

Здесь попытался расписать сценарии возникновения основ живого:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,10211.msg265926.html#msg265926
https://paleoforum.ru/index.php/topic,10211.msg267052.html#msg267052

Дарвиновский естественный отбор — это очень важный процесс. Более того, он входит в рабочее определение астробиологической программы NASA. Там определение очень короткое: «Жизнь — это химическая система, способная к дарвиновской эволюции». Но какой должен быть материальный субстрат, чтобы поддерживать дарвиновскую эволюцию? Он, строго говоря, не обязан быть химическим.

«Химическая жизнь», к которой принадлежит и наш тип жизни (атомно-молекулярная форма жизни на основе соединений углерода и воды), это только частный случай жизни.

Как уже говорил, в основе живого лежит стремление к самосохранению. Возникает таковое стремление как нарушение гомеостаза. Ну, а любой гомеостаз (любого уровня) системы всегда сводится к некоей совокупности замкнутых/закольцованных процессов внутри системы (и/или замкнутых/закольцованных процессов на этом уровне).

То есть, гомеостаз системы, если совсем уж упрощать (предельно простая система, единственный замкнутый/закольцованный процесс и т.д.), сводится к процессу, который воспроизводится раз за разом внутри системы.

Сразу уточняю – этот процесс возникает и поддерживается взаимодействиями элементов системы между собой (разумеется, часть элементов системы взаимодействует и с внешней средой – система должна быть открытой) – то есть, даже для этого процесса причины его возникновения и существования – внешние. И вообще, любая сущность возникает и существует благодаря внешним причинам (утрируя можно сказать, что «при взаимодействии двух возникает третье»).

При нарушении (например, при внешнем воздействии на систему) этого процесса, как раз и возникает направленный потенциал (процесс обладает инерцией и, как бы, стремиться продолжить «крутиться»).

Здесь приведена цепочка рассуждений, как я пришёл к тому, что следует положить в основу определения жизни:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,9509.msg234477.html#msg234477

Здесь скучковал основные определения:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,9297.msg267302.html#msg267302

Здесь скучковал критерии (в том числе, и «при взаимодействии двух возникает третье»):
https://paleoforum.ru/index.php/topic,12369.msg258384.html#msg258384