ВНИМАНИЕ! На форуме начался конкурс - астрофотография месяца - МАЙ!
0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.
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
напомню: жизнь – это живая система + её среда обитания
Не организмы производят собственные копии, а среда производит копии организмов
Репликация, это только способ сохранения своей структуры именно для таких неустойчивых химических систем, как живые системы нашего типа жизни
Типичная рибосома состоит из трех (у бактерий) или четырех (в случае эукариот) молекул РНК и из нескольких десятков белковых молекул, которых может быть до 80. То есть это такая довольно большая и сложная молекулярная машина. Довольно трудно было бы представить, как такая машина может возникнуть путем дарвиновской эволюции пошагово, т. е. путем накопления последовательных мутаций: большинство из деталей рибосомы нельзя выкинуть, не поломав ее главную функциональность — кодируемый синтез белков. Но по мере накопления фактов, по мере изучения разнообразия рибосом, по мере изучения некоторых других биологических процессов стало понятно, что рибосома могла возникнуть эволюционным путем — путем смены функций, так же, как и другие сложные биологические системы.
Значит, во-первых, рибосома состоит из двух химических компонент: из РНК нуклеиновой кислоты и из рибосомных белков. Что делает рибосома, если разбираться конкретно? Основная химическая реакция, которую катализирует рибосома, — это пептидилтрансферазная реакция, т. е. перенос пептидной цепочки растущего белка на молекулу следующей аминокислоты. При этом происходит удлинение цепочки на одну аминокислоту. Эта реакция происходит в пептидилтрансферазном центре рибосомы, и из изучения структуры рибосом видно, что никаких рибосомных белков в пептидилтрансферазном центре нет. Он образован только рибосомной РНК, и механизм катализа в нем обеспечивается только РНК. То есть рибосома — это самый главный, самый важный рибозим, присутствующий в любой живой клетке. Это указывает на принципиальную возможность работы рибосомы в какой-то древней, примитивной, вообще без белков среде. Так что парадокс курицы и яйца у нас на этом месте не возникает: для синтеза первых белков не обязательно уже иметь готовые белки. Голая РНК с этим может справиться.
Во-вторых, белки с их химическим разнообразием могли быть включены в какие-то начальные стадии гонки вооружений. Гонка вооружений — это известный эволюционный механизм, который может обеспечивать очень быстрые изменения. Все современные организмы находятся в состоянии гонки вооружений по направлению паразит — хозяин. На всех клеточных формах жизни паразитируют те или иные вирусы. И поэтому всё время среди клеток есть отбор на устойчивость к вирусам, а среди вирусов есть отбор на способность к заражению клеток хозяев. И этот отбор не прекращается никогда. Все четыре с лишним миллиарда лет, что жизнь на Земле существует, этот отбор шел и производил множество эволюционных новшеств.И в мире РНК, скорее всего, с самых ранних этапов был в том или ином виде паразитизм. Какие-то первые паразиты могли быть похожи на современные вироиды — паразиты РНК-вирусов. Белки, распознающие такие вироиды или кодируемые самими вироидами, могли быть оружием в этой гонке вооружений. Преимущество белков тут в том, что их нельзя разрушить теми рибозимами, которые разрушают другие РНК. Белки неуязвимы к нуклеазам. Такая неуязвимость, естественно, очень полезна для средства, применяемого в гонке вооружений.Кто первый это применил — паразит или хозяин, — мы уже не узнаем, но из-за того, что геномы тогда, наверное, были маленькими, а для рибосомы с ее обслуживающей всей периферией нужно много информации, все-таки это, вероятно, было новшество хозяев, однако сделанное под давлением паразитов. И дальше такая гонка вооружений могла поддерживать включение каждой новой аминокислоты в аминокислотный набор вплоть до современных 20. Я бы смотрел в эту сторону.Всё, что я сегодня говорил, довольно сильно расходится, например, с тем, что вы можете прочитать в книге Евгения Кунина «Логика случая». Там он, оценивая вероятность появления жизни, считает, что самым сложным и маловероятным шагом было случайное возникновение рибосомы. То есть он не берет для рибосомы путь смены функций, путь постепенной дарвиновской эволюции из более простых предшественников, а считает, что рибосома возникла случайной самосборкой более-менее сразу, более-менее в современном размере и сложности.
Одним из важнейших этапов развития РНК-жизни было появление рибозимов-полимераз (молекул РНК, размножающих молекулы РНК), достаточно точных, чтобы полезная наследственная информация не терялась, а накапливалась в ряду поколений. До сих пор экспериментаторам не удавалось получить столь точные рибозимы-полимеразы. Американским ученым удалось это сделать при помощи нового метода искусственной эволюции. Новый рибозим-полимераза размножает простейшие рибозимы с такой точностью, что наследственная информация не деградирует в ряду поколений. Вместо этого происходит накопление полезных мутаций и рост «приспособленности» размножаемых молекул, то есть настоящая дарвиновская эволюция в пробирке без участия белковых ферментов. Это важный шаг к воссозданию РНК-жизни в лабораторных условиях. Следующей задачей является получение рибозимов-полимераз с таким уровнем точности, который позволил бы им обеспечить эволюцию более крупных рибозимов, в том числе самих себя.
точность репликации все еще недостаточна для того, чтобы обеспечить адаптивную эволюцию самих рибозимов-полимераз. Длина полимеразы 71-89 составляет 182 нуклеотида. Чтобы преодолеть порог Эйгена в условиях, близких к тем, что использовались в обсуждаемой работе, частота мутирования U, вероятно, не должна превышать трех мутаций на геном за поколение (при размножении HHR полимеразой 71-89 величина U составляет 2,94). Если речь идет о размножении 182-нуклеотидного рибозима (это длина полимеразы 71-89), то для U = 3 нужна точность репликации 98,4%. Это намного больше, чем у полимеразы 71-89 (89,1%). Но авторы полны оптимизма. Ведь им удалось за 18 раундов отбора повысить точность полимеразы от 81,4% до 89,1%. Тем самым они опровергли высказывавшееся предположение, что искусственные рибозимы-полимеразы уже достигли предела совершенства, и дальше улучшать их не получится.
Источник: Nikolaos Papastavrou
Информация ДНК копируется в РНК, а информация РНК затем направляет синтез белка последовательность. Однако для всех этих процессов, как и для репликации ДНК, требуются белковые ферменты, что представляет собой проблему «курица и яйцо».
Однако из-за резкого порогового поведения катастрофы ошибок качественный вопрос гораздо важнее.важно: достаточно ли низка частота ошибок в 10,9% для распространения рибозим для многих циклов репликации или нет?
Цитата: Серый Страж от 27 Мар 2024 [11:34:32]Источник: Nikolaos PapastavrouСсылка не работает.
(https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2321592121)
Цитата: MenFrame от 03 Окт 2024 [11:04:33]Любая программа создается с прицелом на ввод данных от пользователя. В программировании называется "Событием" Событием может быть и собственный таймер, завершение каких-то внутренних расчетов, и генератор случайных чисел. Также как и в любом живом мозге.Не вижу тут какой-то принципиальной проблемы привить машине "собственную волю".
Любая программа создается с прицелом на ввод данных от пользователя. В программировании называется "Событием"
Цитата: MenFrame от 03 Окт 2024 [12:26:07]Разрыв во времени создает иллюзию самостоятельности программы. А разрыв во времени между актами "воли" живых организмов создаёт неиллюзорность самостоятельности? В чём принципиальная разница?
Разрыв во времени создает иллюзию самостоятельности программы.
Цитата: MenFrame от 03 Окт 2024 [12:52:46]Разница видимо в том, что отбор создает самостоятельные организмы Явление облигатного симбиоза (паразитизма прежде всего) показывает что это далеко не всегда так.Цитата: MenFrame от 03 Окт 2024 [12:52:46]а человеку это не свойственно. Сложная автоматика реального времени и всеразличные игрушки показывают, что и это не всегда верно.
Разница видимо в том, что отбор создает самостоятельные организмы
а человеку это не свойственно.
Цитата: MenFrame от 03 Окт 2024 [13:13:59]Это иллюзия внешнего наблюдателя, который не понимает сути проделанной работы. А самостоятельность живых организмов - это не иллюзия внешнего наблюдателя, который не понимает сути проделанной эволюцией работы?
Это иллюзия внешнего наблюдателя, который не понимает сути проделанной работы.
Цитата: MenFrame от 03 Окт 2024 [13:38:52]Эволюция создает самостоятельные организмы потому что остальные плохо выживают.Цитата: Rattus от 03 Окт 2024 [12:56:18]Явление облигатного симбиоза (паразитизма прежде всего) показывает что это далеко не всегда так. Собственно все без исключения вирусы - организмы принципиально несамостоятельные и в то же время являются очень важной, неотъемлемой частью эволюции живого.Цитата: MenFrame от 03 Окт 2024 [13:38:52]Наблюдатель же целенаправленно создает механизмы и алгоритмы которые служат целям наблюдателя. Определите физический смысл слова "целенаправленно".
Эволюция создает самостоятельные организмы потому что остальные плохо выживают.
Явление облигатного симбиоза (паразитизма прежде всего) показывает что это далеко не всегда так.
Наблюдатель же целенаправленно создает механизмы и алгоритмы которые служат целям наблюдателя.
Немецкие химики обнаружили, что многие фотохимические реакции образования связей углерод-гетероатом в гетероциклах гораздо быстрее идут в смеси с водой, чем в органических растворителях.
Выходит, металлоферменты и серосодержащие белковые компоненты играли критически значимую роль в самом начале эволюции клеточного метаболизма.
Научный консультант Международной лаборатории биоинформатики НИУ ВШЭ Алан Герберт предложил новое объяснение одной из нерешенных загадок биологии — происхождения генетического кода. Согласно исследованию, современный генетический код мог возникнуть благодаря самоорганизующимся молекулярным комплексам — тинкерам. Новую гипотезу автор выдвинул на основе анализа вторичных структур ДНК с помощью нейросети AlphaFold3. (кликните для показа/скрытия)Научный консультант Международной лаборатории биоинформатики НИУ ВШЭ профессор Алан Герберт предложил новое объяснение происхождения кода. По его мнению, в ходе эволюции ключевую роль в формировании современного генетического кода играли флипоны — особые участки ДНК, способные образовывать вторичные структуры.С помощью нейросети AlphaFold3 от DeepMind Алан Герберт проанализировал характер связей между флипонами и аминокислотами. «Оказалось, что флипоны, образованные из двухбуквенных повторов, очень хорошо связываются с простенькими пептидами, состоящими из двухбуквенных аминокислотных повторов. И именно такое соответствие присутствует в современном генетическом коде», — комментирует Мария Попцова, заведующая Международной лабораторией биоинформатики НИУ ВШЭ.Например, цитозин-гуаниновый повтор CGCGCG образует Z-ДНК. С такой последовательностью очень хорошо связывается пептид с аргинин-аланиновым повтором RARARA. В современном коде аргинину соответствует кодон CGC, а аланину — GCG. Если подробно рассмотреть структуру пространственных взаимодействий, то самая лучшая связь получается именно из непересекающихся триплетов: CGCGCG связывается с RA. В публикации Алан Герберт рассматривает десятки примеров взаимодействия флипонов из коротких повторов с пептидами из аминокислотных повторов. Выяснилось, что при этом также могут происходить реакции, приводящие к взаимному удлинению цепей, особенно в присутствии магния и цинка. Эти металлы служат катализаторами таких реакций.По мнению автора исследования, подобные комплексы когда-то сформировались благодаря особым компонентам — тинкерам, так называемым мастеровым природы, как их назвал Франсуа Жакоб. В работе профессора Герберта такими самовоспроизводящимися мастеровыми служат структуры, состоящие из флипонов и пептидов. Тинкеры использовали ДНК как матрицу для синтеза белков, а белки, в свою очередь, способствовали удлинению спирали ДНК. В итоге возник триплетный неперекрывающийся код: нечетное количество оснований позволяет кодировать последовательности из разных аминокислот, а характер связей между флипонами и аминокислотами требует, чтобы каждый кодон соответствовал только одной аминокислоте.«Роль флипонов как тинкеров в первоначальной биологической эволюции — это кардинально новый взгляд на происхождение жизни. Без преувеличения можно сказать, что, если теория подтвердится экспериментально, наш коллега доктор Герберт заслуживает Нобелевской премии, — считает Мария Попцова. — Открытие взаимодействий флипонов с аминокислотами в соответствии с таблицей современного генетического кода доказывает, что возникновение генетического кода — не случайность, а естественный результат эволюции. Природа ничего не изобретает с нуля, она придумывает новые механизмы из того, что доступно. Природа действует как нерадивый мастеровой, который, когда надо быстро сделать что-то работающее, необязательно надежное и прочное, хватает то, что подвернется под руку. Именно это свойство и стоит за понятием “тинкер”».«В целом предлагаемая схема не требует ДНК, РНК или пептидного мира для объяснения происхождения жизни, — пишет Алан Герберт в своей статье. — Вместо этого описанные тинкеры являются агентами, которые способствуют этой возможности. Они возникают из простого соответствия между низкосложными нуклеотидами и простыми пептидными полимерами, используя металлы для катализа их первоначальной репликации. Снабжая пребиотический суп копиями самих себя, эти тинкеры вполне естественно развили неперекрывающийся, триплетный генетический код».Помимо понимания происхождения жизни, изучение тинкеров может привести к созданию новых технологий, включая искусственные самоорганизующиеся системы и самовосстанавливающиеся материалы. Способность тинкеров объединять различные химические элементы может быть использована для направленной эволюции новых биомолекул.
Уважаемые биологи, можете прокомментировать?
"Ученые обнаружили молекулярных «сборщиков» жизни": https://naked-science.ru/article/column/molekulyarnyh-sborshhikovУважаемые биологи, можете прокомментировать?
насколько знаю, у всех известных на Земле организмов ДНК нуклеотиды синтезируется из их соответствующих РНК аналогов путём восстановления их рибозы с помощью белковых ферментов. Таким образом, получается, что нужно ещё придумать рибозим, способный на такое восстановление
Цитата: Combinator от 27 Мар 2025 [15:15:52]насколько знаю, у всех известных на Земле организмов ДНК нуклеотиды синтезируется из их соответствующих РНК аналогов путём восстановления их рибозы с помощью белковых ферментов. Таким образом, получается, что нужно ещё придумать рибозим, способный на такое восстановление А зачем тут вообще ДНК? Тот факт, что в работе моделирование проводилось на ДНК, не обязательно должен ограничивать применимость подхода именно этим вариантом НК. Например аналог той же Z-формы давно известен и у РНК: https://www.nature.com/articles/311584a0
именно её кодоны соответствуют классической таблице ген. кода, а РНК соответствует как раз её антикодонам.
Цитата: Combinator от 28 Мар 2025 [18:13:08]именно её кодоны соответствуют классической таблице ген. кода, а РНК соответствует как раз её антикодонам. Не скажу как в "классической", но в современной университетской - написаны именно рибонуклеотиды (с урацилом, а не тимином). И потому матричная цепь ДНК, по которой собирается мРНК с кодонами - комплиментарная кодирующей.
Да, точно, извиняюсь, это я маху дал.