Необходимые условия для возникновения жизни (абиогенеза)

[Rattus]

В качестве исходного материала был выбран глицин — простейшая и наиболее распространенная во Вселенной аминокислота.
...
Результатом становится образование глицилглицина — простейшего дипептида. Исследование показало, что этот процесс эффективно идет и при низких энергиях (солнечный ветер), и при высоких (космические лучи), что делает его универсальным для различных областей космоса.

Ох уж этот глицин... Это даже не хиральная молекула! Его присутствие в наборе биогенных аминокислот показывает только структурную минималистичность, оптимизированность молекулярной основы жизни. Чего бы им было не взять зеркальные варианты аланина, валина или (изо)лейцина, также вроде как находимых в астеродах и которые в моделях несложно образуются - хотя бы в смеси?

эксперимент показал, что космическая радиация способна запускать параллельный синтез компонентов сразу для двух главных подсистем жизни: структурной (белки) и информационной (генетический материал). Ранее считалось, что столь разные классы соединений требуют различных условий для формирования.

Ну, вот это уже что-то...

[ivanij]

 На днях был в Дарвиновском музее. Попался на глаза, весьма интересный материал, отражающий историю развития и совершенствования представлений человека об эволюции живой природы. Конечно, полностью публиковать здесь эти картинки не совсем соответствует теме (off-top), но ссылку, думаю, можно Художественные выставки, музеи и прочее...

[Серый Страж]

Возможно, мы ошибались насчёт происхождения жизни: как формировался генетический код 4 миллиарда лет назад
https://www.ixbt.com/live/science/vozmozhno-my-oshibalis-naschet-proishozhdeniya-zhizni-kak-formirovalsya-geneticheskiy-kod-4-milliarda-let-nazad.html

Генетический код, определяющий правила перевода нуклеотидных последовательностей ДНК в аминокислотные последовательности белков, является основой функционирования всех известных живых систем. На протяжении десятилетий в биологии преобладала гипотеза ступенчатого формирования этого кода. Предполагалось, что сначала жизнь начала использовать простые аминокислоты, которые могли возникать в неживой природе без участия сложных биологических процессов, а затем постепенно освоила более сложные молекулы.

Однако исследование, опубликованное в журнале PNAS группой ученых из Аризонского университета, ставит под сомнение устоявшуюся хронологию и предлагает новый метод определения возраста аминокислот через анализ структуры древнейших белков.

Аномалии периода до LUCA и альтернативные коды

Наиболее неожиданные результаты были получены при анализе так называемых «пре-LUCA» доменов. Это последовательности, которые успели удвоиться и разойтись по разным функциям еще до того, как единая линия жизни разделилась на бактерий и архей.

В этих сверхдревних белках обнаружилась высокая концентрация ароматических аминокислот (триптофана, тирозина и фенилаланина), которые имеют в своей структуре углеродные кольца.

В стандартной модели триптофан считается самой последней аминокислотой, добавленной в код из-за сложности её синтеза. Однако его присутствие в пре-LUCA структурах указывает на то, что на начальных этапах эволюции могли существовать иные механизмы кодирования.

Авторы выдвигают гипотезу, что до формирования современного универсального генетического кода существовали альтернативные системы. Возможно, в специфических условиях, таких как щелочные гидротермальные источники, производство ароматических соединений шло более активно. По мере эволюции и перехода к единому стандарту состав аминокислот оптимизировался, и некоторые из них временно стали менее востребованными, пока жизнь не выработала новые способы их синтеза.

Глобальный контекст и выводы

Работа исследователей из Аризоны меняет вектор развития эволюционной биологии. Она доказывает, что генетический код не был случайным набором веществ, доступных в первичной среде. Его формирование было жестко обусловлено физико-химическими свойствами молекул и необходимостью создания эффективных каталитических центров.

Главные выводы исследования:

• Молекулярная масса является определяющим фактором ранней интеграции аминокислот.
• Сера и металлы стали основой биологического катализа намного раньше, чем предполагали классические модели.
• Глутамин, напротив, был добавлен в код на последних этапах, что подтверждается сложностью механизмов его встраивания в транспортные РНК.

Если порядок формирования генетического кода определяется фундаментальными свойствами материи (массой и способностью к катализу), то можно ожидать, что на других планетах жизнь будет использовать схожий набор строительных блоков. Поиск внеземных организмов теперь может быть сфокусирован на обнаружении конкретных серосодержащих и металлозависимых биохимических сигнатур, которые, как выяснилось, являются наиболее древними признаками жизни.

Источник: Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)

[Бобр-99]

Если порядок формирования генетического кода определяется фундаментальными свойствами материи

Тогда это боги. Иначе способов будет много.

[Rattus]

Работа исследователей из Аризоны меняет вектор развития эволюционной биологии. Она доказывает, что генетический код не был случайным набором веществ, доступных в первичной среде. Его формирование было жестко обусловлено физико-химическими свойствами молекул и необходимостью создания эффективных каталитических центров... Молекулярная масса является определяющим фактором ранней интеграции аминокислот...
Если порядок формирования генетического кода определяется фундаментальными свойствами материи (массой и способностью к катализу), то можно ожидать, что на других планетах жизнь будет использовать схожий набор строительных блоков.

Если эти выводы подтверждаются - это очень фундаментальное открытие. Сильно подозревал, что дело обстоит таким образом, но серьёзных доказательств допрежь не было.
Кто-то может указать, что такое положение не соответствует определению жизни, принятому в Разделе. Но схожесть - не идентичность. Уже сам факт существования диалектов генетического кода и возможность его биоинженерного изменения показывает, что код интерпретации последовательностей не абсолютно детерминирован физикой. Собственно, наверное с генетического кода как раз и начинается эта неединственность и повышение роли условий в конкретном месте и времени в историческом закреплении наблюдаемых форм.

[Combinator]

"Главные выводы исследования:
Молекулярная масса является определяющим фактором ранней интеграции аминокислот."
=================
"В этих сверхдревних белках обнаружилась высокая концентрация ароматических аминокислот (триптофана, тирозина и фенилаланина), которые имеют в своей структуре углеродные кольца."
================

Как то эти два вывода не очень совместимы, как мне кажется. Триптофан, тирозин и фенилаланин располагаются в самом конце списка по возрастанию молекулярной массы.

 

[Mercury127]

Тогда это боги. Иначе способов будет много.

систем счисления тоже много (было). но в ЭВМ почему-то выжила лишь одна.

[Rattus]

Как то эти два вывода не очень совместимы, как мне кажется. Триптофан, тирозин и фенилаланин располагаются в самом конце списка по возрастанию молекулярной массы.

Может имелся ввиду несколько более широкий диапазон масс вообще, где оные просто находятся близ верхней границы пригодных мол.масс?

[Combinator]

Может имелся ввиду несколько более широкий диапазон масс вообще, где оные просто находятся близ верхней границы пригодных мол.масс?

В любом случае, вывод интересный, так как ощутимая концентрация ПАХ наблюдается в облаках молекулярного газа в космосе.

[Rattus]

Не могут ли в таком случае археи и бактерии иметь вообще разное происхождение? Уж очень удивительны отличия в строения мембран этих двух доменов.

Не могли, судя по всему - LUCA не только по генам некодирующих РНК аппарата трансляции выводится же - там ещё множество общих белок-кодирующих генов.
А вопрос мембран, только с другой стороны, уже обсуждали вот здесь: https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,122038.msg6440903.html#msg6440903

Например, Mg2+ активно используется для удержания вместе субъединиц рибосомы. Возможно, он и при репликации может быть полезен, позволив, например, дополнительно уменьшить число нуклеотидов в рибозиме и увеличить скорость полимеризации.

Насколько знаю, что трансляция, что все НК-полимеразные реакции - транскрипция с репликацией - вообще не очень-то идут без ионов магния. Ему по размеру и заряду неплохо соответствует ион двухвалентного железа, но из-за понятной нестабильности в окислительной среде, он в современных клетках и в пробирках в этой роли не применяется.