Гидрогеологическая система – колыбель жизни?

[АrefievPV]

К сообщению (в той теме данные рассуждения будут немного оффтопом):
https://paleoforum.ru/index.php/topic,8969.msg265814.html#msg265814
 
«Гомеостатическое ядро» живой системы нашего типа изначально сформировалось как замкнутая (закольцованная) на саму себя совокупность из взаимосвязанных сложных химических процессов – эдакий гиперцикл из сложных химических реакций (окончание одного гиперцикла является одновременно и началом следующего гиперцикла).
 
Таких гиперциклов (подобных друг другу) было множество в гидрогеологических системах, связанных (точнее – периодически связываемых друг с другом) в единую сеть на поверхности планеты. Именно в тот период и возник ЕО дарвиновского типа (в нашем теперешнем понимании) – эти гиперциклы возникали, воспроизводились, размножались (распространялись на соседние гидрогеологические системы) и умирали. В процессе такого ЕО оставались гиперциклы наиболее адаптированные к среде обитания.
 
Понятно, что адаптация (соответствие, согласованность) может быть как к текущим условиям, так и ко всем последующим условиям (если условия среды воспроизводятся периодически/циклически). Если система «вобрала» (типа, отразила в своей структуре в том или ином виде) в себя таковую периодичность/цикличность, то и ответная реакция на воздействия среды обитания, условия которой изменяются периодически/циклически, будет соответствовать этим средовым воздействиям. Можно сказать, что среда обучает систему (это к моим утверждениям, что среда создаёт систему, а после создания среда изменяет систему и управляет системой).
 
Обратите внимание на два момента – возможность существования системы за счёт постоянного воспроизведения своей структуры и возможность существования за счёт устойчивости/прочности своей структуры. То есть, долго существовать можно: и за счёт пассивной устойчивости, и за счёт постоянной воспроизводимости. Первый вариант характерен для систем, которые мы считаем (и обзываем) косными, а второй вариант характерен для систем, которые мы считаем (и обзываем) живыми.
 
Тут следует заметить, что наша эволюционная история ограничивает нас изначально – мы ведь начали существовать как химические процессы – в постоянной динамике (принято обзывать это дело метаболизмом или обменом веществ). И остановка этой динамики для нас равносильна смерти. Про споры, вирусы, цисты и пр., которые на первый взгляд вроде бы демонстрируют как раз такую остановку динамики, поясню ниже.
 
Замечание в сторону.
 
Необходимо уяснить, что при возникновении «ошибки/косяка/глюка» в структуре живой системы (а при воспроизведении это происходит очень часто), эволюция не «откатывает» назад структуру системы («фарш не провернут назад»), она может сформировать только «заплатки» поверх. Кстати, и в программировании этот приём весьма распространён – обычно не начинают переписывать программу (особенно сложную программу типа ОС) заново («с нуля»), а ставят «заплатку» (зачастую обзывают это дело обновлениями).
 
Поясню немного подробнее про фазы существования живых систем (в определениях я упоминаю о фазе).
 
В процессе эволюции (в результате ЕО) в живых системах возникли, как обособленные состояния, фаза активного существования и фаза пассивного существования.
 
Понятно, что изначально эти фазы мало отличались друг от друга – в одной фазе гиперциклы воспроизводились в полном объёме и с прежней интенсивностью, а в другой фазе в полном объёме, но на отдельных этапах воспроизводства и/или в отдельных каскадах реакций уже с меньшей интенсивностью.
 
Таковую особенность воспроизведения системы ЕО поддержал – зачастую это полезно для самосохранения системы в период недостатка энергетических и вещественных ресурсов (типа, уменьшить потребление при недостатке ресурсов). А когда наступил период прежнего изобилия ресурсов, то система перешла на прежнюю интенсивность воспроизводства гиперциклов.
 
Дальше – больше: теперь в одной фазе гиперциклы воспроизводились в полном объёме и с прежней интенсивностью, а в другой фазе в частичном объёме (какая-то часть каскадов реакций сильно тормозилась или вообще останавливалась) и с меньшей интенсивностью. Разумеется, останавливались те каскады реакций, которые не приводили к окончательной смерти системы – то есть, они могли быть запущены вновь при восстановлении окружающих условий (так сказать, до прежнего изобилия). Такая способность системы позволяла пережить уже более серьёзный недостаток ресурсов.
 
Постепенно в результате ЕО сформировались системы, которые могли не только уменьшать интенсивность, тормозить и/или останавливать отдельные каскады реакций, но и целые этапы воспроизводства (сначала притормаживать этап, а потом и останавливать его полностью). Опять-таки, тормозились и останавливались только те этапы, которые могли быть запущены вновь при возникновении соответствующих внешних условий.
 
Ну, и так далее – до возникновения полноценных фаз (фазы пассивного существования и фазы активного существования). Эти обособленные фазы были предтечами таких состояний живых систем как: «курица и яйцо», «растение и семя», «бактерия и спора» и т.д. То есть, правильный ответ на вопрос: «какая из фаз возникла первой?» (это как аналог вопроса: «что первично – курица или яйцо?») будет – сначала возникла живая система, а уж потом в ней возникли фазы (как обособленные состояния этой живой системы). Ну, или отвечать, что «курица и яйцо» возникли одновременно, как единый и неразделимый комплекс.
 
Возникает вопрос, почему таковые фазы не возникли (вообще-то они там были в качестве предтеч) сразу в момент рождения живых систем? Ответ простой – изначально живые системы нашего типа возникли как динамические воспроизводящиеся процессы, полностью зависимые (без намёка хоть на какую-то автономность) от среды обитания. В тогдашних существующих условиях, таковые процессы (и им подобные) возникали автоматически, и называть их живыми можно лишь с большой натяжкой (автономность там практически никакая).
 
Отвлекусь немного.
 
Вообще, наделение живых систем некоей субъектностью возникает вследствие иллюзии – люди не могут выявить внешние первопричины стремления к самосохранению и помещают эти первопричины внутрь системы. Причина (и возникновения, и функционирования, и «проактивности») всегда лежит вне рассматриваемой системы.
 
Напомню основное свойство/качество наблюдателя любого уровня – он всегда является локальным и актуальным отражением действительности. Локальным и актуальным – то есть, по определению, ограниченным. И при выделении любой системы он не может отразить в себе то, что находится за границами выделения (перевёл «взгляд» – и границы сдвинулись). Однако почему-то людям это сложно понять...
 
И ведь даже просто осознание, что причины настоящего лежат в прошлом (а по моим представлениям – сразу и в прошлом, и в будущем) уже должно навести на мысль, что причины происходящего всегда внешние (ведь и прошлое, и будущее – вне настоящего). Но этого не происходит – люди в своих размышлениях, представлениях, рассуждениях, объяснениях следуют выученному шаблону размышлений/представлений/рассуждений/объяснений. «Реактивный» у людей ассоциируется с косным (типа, самости-то нет, прямые и непосредственные реакции на воздействия), а «проактивный» ассоциируется с живым (типа, причины активности внутри, субъектность в наличии). И ведь мало кто задумывается о сути (и об истоках) таковой «проактивности»...
 
Продолжу.
 
То есть, первые живые системы были практически полностью «реактивными», «проактивность» в них не просматривалась. Но подобие ЕО (именно в дарвиновском понимании) уже было. Скажу больше – я считаю, что там было не просто подобие ЕО, а самый настоящий ЕО. 
 
Усложнение среды обитания таких первичных живых систем неизбежно приводило к усложнению самих живых систем (опять напоминаю: инициатор и ведущий – это всегда среда). Первичный этап усложнения системы можно обозвать «тупым» наращиванием сложности («слипание» нескольких гиперциклов, «облипание» гиперцикла всяким там «обвесом» и т.д.). Такое «тупое» усложнение систем было естественным процессом во многих случаях в той конкретной среде обитания (напоминаю – всё это «варилось» в гидрогеологических системах, в объёмах и на поверхностях (водной, дне и стенках) прудов и проток гидрогеологических систем).
 
А вот оставались (выживали и успешно распространялись) только те системы, которые оказались способными к формированию реакций на воздействия среды на протяжении всего периода/цикла (суток, сезона, года и пр.). То есть, оставались те системы, которые смогли отразить в своей внутренней структуре внешнюю периодичность/цикличность изменений средовых условий. Иначе говоря, оставались только системы, обученные ответным реакциям (знающие как надо реагировать) на весь период/цикл изменений среды. Сложность таких выживших систем уже можно обозвать функциональной сложностью.
 
Понятно, что такое обучение (то есть, знание и способность к адекватным реакциям на изменения среды на протяжении целого года) не гарантирует выживания на долгосроке, но как первый шаг к автономности (и, соответственно, к переходу от «реактивности» к «проактивности») – это вполне серьёзная заявка.
 
Кстати, обучение возможно, только если в самой структуре системы есть некий излишек/избыток «бесхозных» связей (то есть, имеется некоторая пластичность структуры, некоторый «люфт» в структуре) – когда всё до предела оптимизировано, то система к обучению не способна (малейшие изменения ведут к критической поломке и смерти).
 
Это означает, что обучение возможно только для «рыхлых/пластичных» систем – у них возможны изменения в структуре без критических повреждений. Результат обучения «прописывается» в структуре системы (изначально – только в «оболочке/обвесе», а не в «гомеостатическом ядре») и воспроизводится совместно с прочим «обвесом». Разумеется, по мере дальнейшей эволюции часть «записей» может быть интегрирована в «гомеостатическое ядро». Кстати, гомеостаз организуется (по мере усложнения системы) на разных уровнях живой системы (а не только на уровне генов) – это результат обучения с последующей оптимизацией.
 
Само собой, «рыхлые/пластичные» системы по выживаемости сильно уступают адаптированным и предельно оптимизированным системам в текущих условиях. Но при изменении условий всё меняется (зачастую, на 180 градусов) – «рыхлые/пластичные» системы выживают, а адаптированные и предельно оптимизированные к прежним условиям системы, гибнут.
 
А вот уже обученную систему в последующий период ужесточения ЕО ждёт неизбежная оптимизация – потеря лишних «бесхозных связей. Внешне это выглядит как специализация. Система становится обученной до предела – становится, так сказать, идеально адаптированной к условиям существования.
 
Оптимизированная обученная система по сравнению со своим предком – неоптимизированной обученной системой имеет преимущество (как минимум, для её воспроизводства требуется меньше ресурсов) и недостаток (она плохо обучаема для новых условий).
 
Таких циклов: «наращивание «тупой» сложности – обучение (возникновение функциональной сложности) – оптимизация/специализация» в эволюции было много. Забавно, что и на уровне нашего социального обучения (воспитания, дрессировки) происходят аналогичные процессы, но это разговор для другой темы.

[АrefievPV]

Закину мыслишку (пока сыровата, конечно, надеюсь, потом доработаю), дабы не забылась...

Эукариоты появились в колонии – колония являлась средой обитания первых эукариот. Эволюция отдельных клеток (отдельных линий) происходила совместно и параллельно с эволюцией самой колонии (типа, коэволюция клеток (протоэукариот) и колонии).

Кроме того, эволюция эукариот (как отдельных клеток, как отдельных линий) в многоклеточный организм происходила именно в форме колонии – то есть, в первую очередь шёл отбор колоний.

И даже не очень удачный вариант (для индивидуального выживания) «отпочковавшейся» клетки-одиночки («почки», из которой разовьётся колония) легко перекрывался удачливостью колонии. По сути, совместное выживание оказалось в приоритете перед индивидуальным выживанием. Ну, и как следствие, после определённого по продолжительности периода такой совместной эволюции (в виде колонии), индивидуально клетки уже не могли толком выживать (а вот в виде многоклеточного организма – запросто).

Мало того, предполагаю, что вариантов протоэукарит было много, но абсолютное большинство из них оказались тупиковые.

Принцип, благодаря которому возникали сначала протоклетки, затем  клетки (прокариоты), а потом протоэукариты и наконец эукариоты был один и тот же – интеграция геномов и прочей молекулярной «машинерии» в единое целое.

Понятно, что сначала происходила интеграция в единый объём, а потом оптимизация внутренней структуры (и, разумеется, параллельно этому, оптимизация оболочек этого объёма) этого объёма в процессе эволюции.

Интеграция в единый объём с большей вероятностью (на много порядков большей) будет происходить, если интегрируемое постоянно (или очень часто) находится поблизости и/или в непосредственном контакте. А такие условия как раз и складываются в колонии.

То есть, для возникновения эукариоты нужна соответствующая среда обитания – колония из разных видов прокариот. В аналогичных условиях появлялись и сами прокариоты – в протоколонии из разных видов протоклеток. Опять-таки, предполагаю, что вариантов протоклеток было много, но абсолютное большинство из них оказались тупиковые.

P.S. Несколько ссылок (и совсем крохотных цитат) из заблокированной темы.

Немного о проплазменной форме жизни, переходе в протоклеточную и пр. здесь:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,9509.msg234921.html#msg234921

Подытожу: переход в клеточную (сначала, в протоклеточную) форму состоялся не поодиночке, а в виде колонии (сначала, в виде протоколонии) и геном (сначала, протогеном)  поначалу был общий для всей колонии (протоколонии) и разбросан по клеткам (протоклеткам . Дальнейшая эволюция (до полноценной клеточно-генетической формы) шла уже в протоколониях.

А здесь немного об изначальной социальности жизни:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,9509.msg235197.html#msg235197

Выскажу даже такую, парадоксальную, на первый взгляд, мысль – индивидуальное существование и, соответственно, индивидуальное поведение, возникли много позже в  эволюции живых систем.

Изначально, и существование, и поведение, были только коллективными. И первоначально такое индивидуальное (обособленное) существование (а следом, и поведение) были вовсе не нормой и нещадно отсекались ЕО. Мутанты, способные существовать индивидуально (обособленно, отдельно от колонии), имели шанс оставить потомков только при весьма необычных условиях – полнокомплектность генома и отсутствие конкурента в виде протоколонии в данной экологической нише. Причём, такая индивидуальность (обособленность) существования была весьма относительна – в общем геноме (для всей протоколонии) большинство генов были завязаны именно на коллективное сосуществование и возникший мутант их нёс в себе.

Но при определённых условиях, для протоколоний, имещих в своём составе некоторое количество таких протоклеток (мутантов-индивидуалистов), это было благом – такие протоколонии могли быстрее конкурентов осваивать освободившиеся ниши (пруды, локальные гидрогеологические системы) после гибели или ухода прежних жильцов.

Тут немного о возможном сценарии возникновения многоклеточности:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,9509.msg241444.html#msg241444

Теперь несколько ссылок (и цитата) из этой темы.

Несколько важных моментов (про «маргиналов», режимы работы и пр.):
https://paleoforum.ru/index.php/topic,10211.msg255214.html#msg255214

Ещё чуток (по сценариям возникновения жизни):
https://paleoforum.ru/index.php/topic,10211.msg256540.html#msg256540
https://paleoforum.ru/index.php/topic,10211.msg256541.html#msg256541

А вот здесь следует обратить внимание на мой комментарий (наверное, он получился слегка ироничным):
https://paleoforum.ru/index.php/topic,10211.msg256721.html#msg256721

...
Происхождение жизни
http://www.evolbiol.ru/paleobac.htm

В начале было сообщество

Многие биологи полагают, что все разнообразие жизни на нашей планете происходит от единственного исходного вида – "универсального предка". Другие, в том числе крупнейший микробиолог академик Г.А.Заварзин, несогласны с этим. Устойчивое существование биосферы возможно только при условии относительной замкнутости биогеохимических циклов. В противном случае живые существа очень быстро израсходуют все ресурсы или отравят себя продуктами собственной жизнедеятельности.

Замкнутость циклов может быть обеспечена только сообществом из нескольких разных видов микроорганизмов, разделивших между собой биогеохимические функции (примером такого сообщества являются циано-бактериальные маты). Заварзин считает, что организм, способный в одиночку замкнуть круговорот, столь же невозможен, как и вечный двигатель.

Для этапа химической преджизни это еще более очевидно. Никакая отдельно взятая органическая молекула не сможет устойчиво самовоспроизводиться и поддерживать гомеостаз в окружающей среде. На это способны только комплексы из довольно большого числа разных молекул, поделивших между собой функции.

Скорее всего, общим предком всего живого был не один вид, а полиморфное сообщество, в котором происходил активный обмен наследственным материалом между организмами. Разнообразие, симбиоз, разделение функций, информационный обмен – изначальные свойства земной жизни.

Народ так и не сделал последнего шага в рассуждениях...

А чего проще-то – задать себе вопрос: как и каким образом обеспечивалась замкнутость циклов до клеточных организмов? И чем, в таком случае, сие образование следует считать? На мой взгляд, сие образование следует считать протоплазменной формой жизни. Но, это "на мой взгляд", а не на "их взгляд"...

[АrefievPV]

Чуток вольных размышлизмов (закину, чтобы не забыть).
 
Способность к самосохранению появилась, когда начали возникать системы с внутренним гомеостазом – по сути, с внутренним закольцованным гиперциклом химических реакций (это, если речь идёт о жизни нашего типа). Системы в большом количестве возникали в результате сложных взаимодействий внутри среды, каждый раз заново.
 
Напоминаю: среда создаёт систему, а не система создаёт самое себя.
 
Конечно, способность систем к самосохранению (причём, в первую очередь, самосохранение в активной фазе существования) спровоцировала конкуренцию за ресурсы между системами. Разумеется, со всеми вытекающими адаптациями* для более эффективной конкуренции – оптимизация структуры, повышенную прочность/устойчивость, способность к восстановлению структуры после повреждения, экономность, возможность пережидать плохие условия в пассивной фазе существования и т.д.
 
Но вся проблема была в том, что среда создавала системы каждый раз заново, и все адаптации* происходили только прижизненно и по наследству не передавались. В самих системах никакой долговременной памяти не было, да и нужды для однократно и недолго живущих систем в такой памяти никакой не было. Мало того, наличие такой памяти сильно ухудшало другие возможные адаптации* (например, оптимизацию структуры и экономичность).
 
Одна из вытекающих адаптаций* (способность к восстановлению структуры после повреждения) оказалась достижима несколькими способами. Один из этих способов – переход в режим самовоспроизводства.
 
Строго говоря, изначально этот способ не являлся способом размножения, как стремлением к продолжению рода, это был всего лишь способ самосохраниться таким вот образом – реплицироваться в свеженькую копию, пока не разрушился оригинал (как образец для репликации). И так раз за разом – копии/реплики передавали свою структуру по эстафете от поколения к поколению и тем самым сохраняли её в череде поколений. Вполне нормальное решение.
 
А если ещё и реплик с одного оригинала получаются больше, чем одна (например, в течение жизни оригинала с него реплицируется несколько копий последовательно, или, сразу несколько копий за один акт репликации), то конкуренция уже возникнет сразу между несколькими линиями, а не только между копиями в одном поколении. Вот тут уже ЕО (в дарвиновском смысле) начнёт работать во всю мощь.
 
Замечание в сторону.
 
Понятно, что реплику создаёт по-прежнему среда, просто оригинал имеет такую специфическую структуру, что для среды энергетически выгоднее реплицировать копию оригинала, нежели создать другую систему заново (разумеется, из подходящих «блоков», находящихся в среде по месту создания). То есть, репликация систем процесс естественный (и энергетически выгодный именно для среды), а не обусловлен каким-то неведомым стремлением системы реплицироваться. И вообще, все эти стремления (и стремление к размножению, и стремление к самосохранению) являются всего лишь интерпретациями наблюдателя.
 
Кстати, именно в эту проблему – как возникла эта изначальная специфическая структура оригинала – упёрлась наука в вопросе происхождения жизни на нашей планете. На мой взгляд, этот вопрос уводит в сторону – только затрудняет и маскирует выявление сути жизни (конкретно – сути живой системы) явлением репликации. Поэтому в настоящее время людям очень трудно понять и принять идею, что репликация (хоть расширенная, хоть нерасширенная) является всего лишь способом самосохранения.
 
Продолжу.
 
Само собой, точной копии не получалось, соответственно, и свойства оригинала наследовались не полностью. Однако для реализации такой адаптации долговременная память уже не была излишеством, она могла пригодиться для следующей копии, ведь у предыдущей копии уже могли быть выработаны некоторые нужные адаптации*, которые можно было использовать.
 
И вот тут уже у меня вопрос (прямо-таки, крамольный) по изначальной специфической структуре оригинала – были ли ядром такой структуры и ядром структуры памяти только лишь нуклеиновые кислоты? Или белки тоже могли сформировать структуру ядра и/или памяти? Или поверхность минералов (апатиты) могла оказаться структурой памяти, например? Вопросы...
 
Да, в настоящее время мы видим, что нуклеиновые кислоты являются ядром и успешно справляются с выполнением функции долговременной (наследственной) памяти. Но в прошлом это ведь могло быть по-другому – ядро было образовано одной структурой, а память другой. Просто ядро и память были связаны друг с другом и реплицировались совместно. Впоследствии функции и роли могли перераспределиться.
 
Хорошей гипотезой в русле этой идеи является гипотеза «РНК-мира», но она, опять-таки, отводит ведущую (и даже – единственную) роль нуклеиновым кислотам.
 
У меня складывается впечатление, что такая структура ядра и памяти не является единственной, а сложилась именно в тогдашних земных условиях.
 
И возвращаясь к структурам ядра и памяти – только интегрировавшись (опять интеграция создаёт следующий уровень, опять выживают гибриды, опять при взаимодействии двух возникает/формируется третье) в единую систему, они смогли дать начало живым системам с генетическим кодом. 

Скорее всего, протоплазменная форма жизни не обладала геномом (изначально – точно не обладала, а позднее – вполне могло появиться нечто подобное) – геном появился только у «бутербродной» формы жизни, а потом его унаследовала протоклеточная форма жизни (протоколонии из протоклеток в массивах пузырьков пены). Но возможен вариант, что массивы пены «захапали» гены независимо от полей с «бутербродиками» с восходящими потоками пузырьков со дна и стенок прудов гидрогеологических систем.
 
Тем не менее в защиту протоплазменной формы жизни можно сказать, что реплицировалась эта форма жизни весьма успешно (даже расширенной репликацией – размножением), и захват соседнего пруда через протоку, был обычной ситуацией в то время. Долговременная память базировалась в самой протоплазме (её потомки, модифицированные до неузнаваемости – некоторые виды эпигенетической памяти). И не важно, что внешне это было похоже на рост и почкование протоплазмы, конкуренцию оно обеспечивало (как и полноценный ЕО). 

Вообще плюсов (и минусов, конечно) у такой формы жизни хватало – пруд играл роль суперклетки с огромным (просто фантастическим) прижизненным адаптационным потенциалом; полнейшая интеграция процессов, ускорявшая поиск/перебор вариантов решений неимоверно; чудовищная скорость эволюции – большую часть эволюционного пути от косной до полноценной живой предклеточного уровня было пройдено именно протоплазменной формой жизни. 

Но и минусы тоже были: паразиты там просто процветали (интеграция-то полнейшая и любой паразитарный процесс там мгновенно распространялся); попадание в гидрогеологическую систему извне воды в товарных количествах могло погубить эту форму жизни (защитной оболочки-то не было), что и произошло при наступлении первичного океана (благо процесс был растянутый, и часть процессов успела перебазироваться в массивы дырявых пузырьков пены)
 
P.S. Крамольный вопрос, это вопрос о жизни вообще, а не только лишь о земной жизни.