Необходимые условия для возникновения жизни (абиогенеза)

[Rattus]

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

Нестыкуется тут на самом деле то, что не было введено строгого и исходно общепринятого определения информации. Потому ею могут спекулировать физики-популяризаторы, заменяя ею менее понятное для массового читателя понятие энтропии, а большинство биологов наоборот - опасается "узурпировать" - и совершенно напрасно! Нужно просто принять, что информация начинается с интерпретации, а последняя - только с биологии (процесса трансляции РНК-пептид, если нужно совсем конкретно). Тогда, правда, могут заверещать компутерщики, что, дескать - их системы ниразу не биологические, но очень даже информационные. Хотя по сути все эти системы - не более чем придатки очень расширенного фентипа одного вида живых организмов. Лингвистов, филологов и иных гуманитариев, конечно, проще в эту систему понятий впихнуть - благо физически носитель этой культуры - непосредственно тот же биологический объект из клеток с полинуклеотидными цепями. А вот с компьютерами неочевидно, но тогда и муравейники и бобровые плотины надо исследовать отдельно от муравьёв и бобров, и нужны отдельные специальности по ним, причём внебиологические.
Чтобы компутерщики и прочие инженеры-технари получили право на автономию от биобазиса, им нужно сделать совсем "простую" вещь - замкнуть цикл воспроивзодства технических систем без биологических. Ну а раз не выходит каменный цветок - то пусть не обессудят.

напомню: жизнь – это живая система + её среда обитания

В свою очредь также напомню ещё раз: среда обитания не имеет однозначных и универсальных границ: например чуть менее чем вся земная биота требует для существования, чтобы Солнце светило и грело Землю. За пределами Солнечной системы не должно быть слишком близких источников жёсткого излучения и проходящих сквозь неё тел, могущих вызвать крупные гравитационные возмущения в её внутренней части. То есть "среда обитания расширяется" до целой Галктики. Далее - сами галактики порой сталкиваются между собой и в результате сильно меняется траектория многих тел в них. Значит "среда обитания" расширяется уже за пределы Галактики. И т.д. и т.п. Таким образом, данное "определение" жизни становится по сути беспредельным и перестаёт соответствовать критерию конкретности, ограниченности научных понятий по К.Попперу.

Не организмы производят собственные копии, а среда производит копии организмов

Этот подход напрочь отрицает существование границ внутренней среды организмов и роли гомеостаза. Это уже само по себе неконструктивно для реальной биологии и медицины. С наиболее общей точки зрения понятно, что пределы гомеостаза и границы организмов в конечном итоге относительны, но эту относительность можно вполне чётко указать и оговорить. А когда "мыши" на уровне определений неотличимы от "грязного белья", конструктивно заниматься биологией, повторюсь, не представляется возможным.

Репликация, это только способ сохранения своей структуры именно для таких неустойчивых химических систем, как живые системы нашего типа жизни

Только фокус в том, что абсолютно устойчивых сложных химических систем в природе не существует в принципе - согласно второму началу термодинамики. А значит и другого способа сохранения структуры на астрономическом масштабе времён - тоже не существует. Именно поэтому данный процесс вполне годится в качестве абсолютного критерия жизни.

[Mercury127]

Немецкие химики обнаружили, что многие фотохимические реакции образования связей углерод-гетероатом в гетероциклах гораздо быстрее идут в смеси с водой, чем в органических растворителях.

[Rattus]

Планетологи при помощи моделирований определили, что на дне глобального океана спутника Юпитера Европы не способен протекать силикатный вулканизм и не могут возникать разломы. Это накладывает серьезные ограничения на модели потенциальной обитаемости океана.

[Серый Страж]

Как в мире РНК появились белки
https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/437039/Kak_v_mire_RNK_poyavilis_belki

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.

[Rattus]

Ага. И что здесь нового?

[Серый Страж]

Эволюция рибозимов, размножаемых рибозимами: еще один шаг к воссозданию РНК-жизни в пробирке
https://elementy.ru/novosti_nauki/434208/Evolyutsiya_ribozimov_razmnozhaemykh_ribozimami_eshche_odin_shag_k_vossozdaniyu_RNK_zhizni_v_probirke

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, David P. Horning, Gerald F. Joyce. RNA-catalyzed evolution of catalytic RNA // PNAS. 2024. DOI: 10.1073/pnas.2321592121.(https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2321592121)

[petrovich1964]

Источник: Nikolaos Papastavrou

Ссылка не работает.

Есть интересная статья поясняющая работы Папаставрова с коллегами.
RNA life on the edge of catastrophe https://www.pnas.org/doi/abs/10.1073/pnas.2402649121
скачать пдф https://www.pnas.org/doi/pdf/10.1073/pnas.2402649121?download=true

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?

[Серый Страж]

Источник: Nikolaos Papastavrou

Ссылка не работает.

У меня работает. Я ведь продублировал ссылку:

(https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2321592121)