Автор Тема: Гидрогеологическая система – колыбель жизни?  (Прочитано 17221 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн ArefievPV

  • Участник форума
  • Сообщений: 8983
    • Просмотр профиля
То есть, это всё происходило только пузырьках?

Там ведь изначально затруднён обмен веществ. Такая система сразу быстро не возникнет и эволюционировать (до появления генетического кода) будет долго. Мой вариант, что это следующая стадия эволюции жизни - уже в клеточной форме. Первая стадия - эволюция в бесклеточной форме.
В прудах в то время были условия идеальные практически (для тамошней жизни). Там за тысячи лет концентрация реагентов в прудах стала очень высокой – гидротермальные источники потрудились на славу. Эволюция в протоплазме шла более высокими темпами, чем в массивах пены. Переходить в массивы пены – это заведомо проигрывать в скорости эволюции.

Разве только, в пузырьках могли прятаться «изгои»? Понятно, что не прятаться – просто там скапливались определённые продукты метаболизма, которые продолжали взаимодействовать в пузырьках (и там же – в массивах пены – продолжалась их медленная эволюция). Их (этих «изгоев») час пришёл, когда стал наступать первичный океан – бесклеточные формы жизни вымерли, клеточные остались.

Оффлайн ArefievPV

  • Участник форума
  • Сообщений: 8983
    • Просмотр профиля
В копилку...

Происхождение жизни.
http://www.bio.msu.ru/res/DictionaryAttachment/235/DOC_FILENAME/MFK_2015_vesna_Paleontologiya_5.pdf
Страница 89:
Цитировать
Появление белкового синтеза расширило спектр доступных ниш. Заселили разные
слои геотермальных отложений сульфида цинка. Осваивали гетеротрофный и
хемоавтотрофный варианты метаболизма.
Белковая RdRp сняла с рибозимов необходимость катализировать собственную
репликацию и позволила увеличить количество генетической информации.
Жизнь перешла из двумерной формы адсорбированных на минеральной
поверхности полимеров к трехмерной форме — скоплениям биополимеров во
впадинах и полостях минеральных отложений, затянутых примитивными
мембранами.
Появились первые структуры, похожие на клетки — мембранные пузырьки,
плавающие в воде. Они поначалу были расселительными стадиями плоских,
сидящих на минералах прото-организмов
.
Геном прото-организмов состоял, вероятно, из множества разных молекул РНК,
одно- или двухцепочечных, линейных и кольцевых.
Сразу после появления системы коллективной репликации должны были начать
плодиться всевозможные эгоистичные генетические элементы. Вирусы тоже, скорее
всего, появились очень рано.
(с) М. Никитин
Уже небольшая подвижка - жизнь допускается не только в клеточной форме...

Страница 93:
Цитировать
LUCA
• Реконструируется на основе сравнения геномов современных
организмов.
• Имел ДНК, транскрипцию. Но не имел репликации ДНК. Т.к. ДНК-
полимеразы у бактерий и архей не родственны друг другу, а другие
ферменты для работы с ДНК – родственны. Ферменты для синтеза
тимина тоже неродственны, т.е. ДНК у LUCA была еще с урацилом.
• Имел мембрану, но какую-то другую. Возм., мембраны изначально
служили для расселения плоских РНК-организмов, распластанных
на поверхности минералов.
• Имел не менее 1300 белковых семейств (как у современных
прокариот; многовато для такого древнего примитивного существа).
Очень много биохим. путей, в т.ч. таких, которые у совр. организмов
не встречаются вместе
.
Скорее всего, он был не одним организмом, а целым сообществом,
в котором шел активный ГПГ
.
• Из-за активного ГПГ отдельные компоненты этого сообщества для
нас уже неразличимы, и LUCA реконструируется как нечто цельное
Описание соответствует описанию "моей" протоколонии из протоклеток...

Во многих местах описываются гипотетические процессы, которые я целиком отношу к метаболизму протоплазмы пруда. Когда идут рассуждения: как, где в каких условиях, в какой последовательности что-то там возникло, то, по сути, описывается эволюция живой системы. Просто признать это для многих невозможно, поскольку с общепринятым определением жизни это не согласуется...

Оффлайн Питер

  • Участник форума
  • Сообщений: 1780
    • Просмотр профиля
Ну  раз  вы   цитируете  Никитина  -    то  повторю    цитату
"Жизнь перешла из двумерной формы адсорбированных на минеральной
поверхности полимеров к трехмерной форме — скоплениям биополимеров во
впадинах и полостях минеральных отложений, затянутых примитивными
мембранами."
При   этом  уже есть    репликация      нуклеиновых  кислот  и есть  белки,   которые  катализируют  этот  процесс.
Но    посмотрим  на  чуть  более  ранний  этап.  У  нас  есть  пока   абиогенный  синтез  олигонуклеотидов.   И  в  том  числе  есть  автокатализ  Далее    на    этом  олиге   могут     сорбироваться   аминокислоты    или  короткие  пептиды.  Этот  процес   очевидно    зависит  от  последовательности  пептида  и   нуклеиновой    кислоты   (опыт   работы    с  аптамерами  об  этом  говорит).    В итоге    образуются   комплексы   НК-белок   -   относитель   специфичные.     Они     периодически  диссоциируют и  снова  образуют  комплекс   -     "своя"  НК     находит "свой"    пептид.   Когда  это  проще  делать ?   В   ограниченном  мембраной  объеме   или в  "прудике"    без  границ  ? То     есть  на  мой   взгляд  мембрана  возникает  очень  рано .

А  оно  вам  надо  ?

Оффлайн ArefievPV

  • Участник форума
  • Сообщений: 8983
    • Просмотр профиля
Ну  раз  вы   цитируете  Никитина  -    то  повторю    цитату
"Жизнь перешла из двумерной формы адсорбированных на минеральной
поверхности полимеров к трехмерной форме — скоплениям биополимеров во
впадинах и полостях минеральных отложений, затянутых примитивными
мембранами."
При   этом  уже есть    репликация      нуклеиновых  кислот  и есть  белки,   которые  катализируют  этот  процесс.
Так ведь я и говорю, что они изначально появились в прудике... Это дальнейшая эволюция их протекала: сначала на поверхностях (в виде "бутербродов"), а затем в пузырьках (под защитой мембран). Возможно, что и параллельно эволюция шла...

Но    посмотрим  на  чуть  более  ранний  этап.
Ранний этап был в пруде, и нам достоверно его реконструировать весьма затруднительно - в нашем распоряжении только единственный конечный вариант эволюции (остальные исчезли) - мы сами.
 
У  нас  есть  пока   абиогенный  синтез  олигонуклеотидов.   И  в  том  числе  есть  автокатализ  Далее    на    этом  олиге   могут     сорбироваться   аминокислоты    или  короткие  пептиды.  Этот  процес   очевидно    зависит  от  последовательности  пептида  и   нуклеиновой    кислоты   (опыт   работы    с  аптамерами  об  этом  говорит).    В итоге    образуются   комплексы   НК-белок   -   относитель   специфичные.     Они     периодически  диссоциируют и  снова  образуют  комплекс   -     "своя"  НК     находит "свой"    пептид.
В прудике было таких "сладких парочек" много - они могли попарно и переходить в массивы пены.
Просто в итоге (в конкурентной борьбе при наступлении первичного океана) осталась именно такая "сладкая парочка", которая постепенно эволюционировала до полноценного генетического кода.

То есть, говоря простым языком, предшественников комплексов НК-белок было множество вариантов, которые сформировались в самом пруде. Какая-то часть таких предшественников комплексов продолжила эволюцию на поверхностях, какая-то - в пузырьках. Причём, допускаю, что оба процесса происходили, до некоторой степени, параллельно.

И до полноценных комплексов НК-белок они эволюционировали собственными путями (друг от друга - отличными). Ведь даже в массивы пены, в разных локальных гидрогеологических системах, могли перейти совершенно разные предшественники комплексов НК-белок. Соответственно, они в итоге и сформировали совершенно разные комплексы НК-белок. А далее - конкуренция (на фоне наступления первичного океана) и победили самые живучие... И по потомкам этих победителей (по нам самим, по сути) мы можем судить только о самих победителях - о "сёстрах/братьях-конкурентах" мы вообще ничего сказать не можем, кроме общих рассуждений.
 
Когда  это  проще  делать ?   В   ограниченном  мембраной  объеме   или в  "прудике"    без  границ  ?
Предшественникам легче появится в пруде. Конкретно эволюционировать легче под конкретные и более стабильные окружающие условия - на минеральной подложке и/или в пузырьке.

Обратите внимание - максимальное разнообразие в пруде, на подложке - уже разнообразие значительно меньше (подложка и её свойства уже сама является ограничивающим фактором), в пузырьках - ещё меньше (мембрана капитально "отсекает" множество вариантов. Но, в то же время, стабильность условий на подложке чуть выше, чем в толще пруда, а в пузырьке - ещё чуть выше, чем в толще пруда. 

То     есть  на  мой   взгляд  мембрана  возникает  очень  рано .
На мой взгляд - тоже. Но ведь и подложка появилась тоже очень рано.

Однако, и эволюция на подложке, и эволюция в пузырьке - это всегда специализация чего-то более универсального и неспециализированного. Вот таким неспециализированным и была протоплазма - бешенная мешанина бесклеточных жизненных форм (постоянно и/или циклически обменивающихся метаболитами) в прудах гидрогеологических систем.
« Последнее редактирование: Ноябрь 16, 2019, 17:48:16 от ArefievPV »

Оффлайн Питер

  • Участник форума
  • Сообщений: 1780
    • Просмотр профиля
Тут  есть  одна  проблема   -    специфичность.  Если       образовался   удачный   дуплекс  НК-пептид и  диссоциировал  -  то  шанс    найти  снова  пару  в  большом  объеме  минимален.  А  не    специфичные  дуплексы    мало    продуктивны  в  плане     выбора     лучших  вариантов.
А  оно  вам  надо  ?

Оффлайн ArefievPV

  • Участник форума
  • Сообщений: 8983
    • Просмотр профиля
Тут  есть  одна  проблема   -    специфичность.
Нет этой проблемы. В пруде - универсальность обеспечивается, на положке и в пузырьках - специфичность обеспечивается.
 
Если       образовался   удачный   дуплекс  НК-пептид и  диссоциировал  -  то  шанс    найти  снова  пару  в  большом  объеме  минимален.
В пруде постоянно в наличии огромное количество самых разных пар - что-нибудь случайно состыкуется... Благодаря огромному количеству самых разнообразных реакций всегда был выбор. Но если выбор был осуществлён в толще пруда, то при диссоциации он пропадал.

А вот если удачный выбор оказался на подложке или в пузырьке, то там диссоциированные части легко себе пару находили. Так и шёл отбор - подложки и пузырьки накапливали в себе только удачные (то бишь, совместимые).

А  не    специфичные  дуплексы    мало    продуктивны  в  плане     выбора     лучших  вариантов.
Вариант не бывает абстрактно лучшим, он лучший - к каким-то условиям. И выбор идёт на многих уровнях. Например, в пузырьки могут попасть совместимые (на этом уровне каждый из них оказался лучшим), но разные варианты. А вот при изменении внешних условий может выяснится, что какие-то варианты (уже находящиеся в пузырьках) гораздо лучше приспособлены, чем другие варианты (тоже находящиеся в пузырьках) - хотя, и те, и другие, оказались по-своему лучшими (в плане совместимости со своей парой). Это уже выбор на следующем уровне...

Оффлайн ArefievPV

  • Участник форума
  • Сообщений: 8983
    • Просмотр профиля
Накопилось немного информации. Приведу ссылки и отдельные цитаты.

https://paleoforum.ru/index.php/topic,9297.msg238076.html#msg238076
Хочу заметить, что такое спонтанное, хаотичное (и чуть ли, не произвольное) возникновение контуров и возникновение между ними связей возможно с лёгкостью в протоплазме, но практически невозможно (и вообще – маловероятно) в клетке. Такой сбой во внутренней структуре приведёт к смерти клетки. Зато на жизнестойкости протоплазмы в пруде такой сбой никак не отразится (одним больше, одними меньше на фоне триллионов – это ничто). ::)

Этот довод (разумеется, на мой взгляд, он является доводом) считаю также в пользу первичности возникновения жизни именно в бесклеточной форме. Полагаю, что такую сложную структуру клеточные формы (и «бутерброды» тоже) попросту унаследовали от бесклеточных форм. Причём, наследовали в разных локальных гидрогеологических системах разное – просто в результате ЕО остались только такие, потомков которых, мы и наблюдаем сегодня. 
.....
Если период каких-то изменений (или сами условия) во внешней среде много больше времени существования одного поколения, но меньше времени закрепления в геноме, то передача опыта поколений (именно по данным изменениям) вряд ли закрепится в наследственности, но может закрепиться в культуре. Для протоколоний из протоклеток это был, пожалуй, единственно возможный выход. Только, культурой обозвать сие не очень-то корректно, хотя сходство присутствует. Ведь передача опыта происходила не вертикально (от предков к потомкам), а горизонтально (ГПГ между особями). Кстати, микроорганизмами найденное решение до сих пор используется. Только хочу заметить, решение было найдено не клеточными формами, а в момент перехода к клеточным формам – в противном случае, протоколонии, на первых порах, не смогли бы долго существовать (в протоклетках были неполные геномы – что попало, то попало, остальное можно получить от только соседей по протоколонии).   

Но адекватно реагировать на самые быстрые изменения во внешней среде (особенно, без явно выраженной периодичности/повторяемости) для одноклеточных (даже целой колонией) не было никакой возможности. Такая возможность появилась только у многоклеточных (и то, далеко не сразу). Рост и развитие многоклеточного организма в период онтогенеза мог легко компенсировать все условно-постоянные средовые параметры и условно-периодические средовые изменения (разумеется, в определённых пределах). Причём, записывать на уровне генов параметры среды и/или периодичность изменений в среде стало неактуально – структура многоклеточного организма в период роста и развития сама прекрасно подстроится под условия среды и периодичность изменений (по сути, именно средовые воздействия будут настраивать и отлаживать структуру растущего организма).
.....
Здесь хочу напомнить, что среда своими воздействиями на систему, организует внутреннюю структуру системы. Организация системы идет тем легче, чем менее жёсткая структура у системы. Но тут возникает противоречие: с одной стороны необходимо надёжно сохранятся, а с другой стороны необходимо легко изменяться. Типа, нельзя быть сразу: и пластичным, и жёстким. ::)

И вот тут природа нашла изящное решение и воплотила его в многоклеточных животных. Вообще-то, предтечи этого решения природой были найдены давно – ещё в период становления клеточных форм. На этапе многоклеточных животных просто произошло масштабирование и разнесение/разделение этого решения – структура организма остаётся прежней (условно), а части организма легко изменяют свою локацию и форму относительно друг друга во времени и в пространстве. То есть, поведение – это легко изменяемый компонент решения, базовая структура организма – это надёжно сохраняемый компонент решения.

https://paleoforum.ru/index.php/topic,2220.msg238635.html#msg238635
Рибозим справился с синтезом своего предка
https://nplus1.ru/news/2020/01/28/bravernaworld
.....

Созданы рибозимы, синтезирующие зеркальные копии самих себя
https://elementy.ru/novosti_nauki/432350/Sozdany_ribozimy_sinteziruyushchie_zerkalnye_kopii_samikh_sebya

Циклическая смена влажности помогла синтезу нуклеозидов в РНК-мире
https://nplus1.ru/news/2019/10/03/rnaworld

Оффлайн ArefievPV

  • Участник форума
  • Сообщений: 8983
    • Просмотр профиля
Продублирую в копилку...
https://paleoforum.ru/index.php/topic,2220.msg239729.html#msg239729
Для обмена веществ нашли геохимического предка
https://www.nkj.ru/news/38280/
Органические молекулы, необходимые для энергетического метаболизма, можно получить в ходе неорганических реакций.

Молекулы, из которых состоят живые организмы – нуклеиновые кислоты, белки, липиды – это очень, очень большие молекулы. И даже если мы разберём их на запчасти – а в нуклеиновых кислотах, белках и липидах можно выделить отдельные строительные блоки – то и «запчасти» всё равно окажутся довольно крупными и сложными молекулами. И если мы говорим о происхождении жизни на Земле, то должны объяснить, как они возникли. Сейчас, когда биомолекулы синтезируются в клетках, их делают ферменты, то есть те же белки. Но в очень давние времена никаких ферментов ещё не было.

И всё же сложные молекулы могли возникнуть из очень простых: не так давно химикам удалось показать, что «кирпичи» для рибонуклеиновых кислот вполне можно получить из очень простых исходных веществ: цианистого водорода (HCN) и сероводорода (H2S); и что для того, чтобы необходимые реакции произошли, нужны ультрафиолетовое излучение и определенные катализаторы, которые вполне могли быть на тогдашней Земле. Более того, исследователям удалось показать, что из того же цианистого водорода и сероводорода можно получить молекулы-предшественники для синтеза аминокислот (а значит, и белков) и липидов. (В некоторых рецептах вместо сероводорода предлагают оксид серы.)

Но жизнь – это не просто молекулы, это ещё и процессы, в которых они участвуют. Молекулы взаимодействуют друг с другом, вступают в реакции, синтезируют новые молекулы, расщепляют старые, и не просто так, а имея в виду воспроизвестись в следующем поколении. Без наследственности, без передачи информации из поколения в поколение никакой жизни не будет. Чтобы всё это происходило, нужна энергия и строительный материал. Возможно, то и другое молекулы-предки брали от самих себя. А возможно, они воспользовались, как сейчас говорят, готовыми решениями – в смысле, уже имеющимися геохимическими реакциями.

Когда жизнь только зарождалась, органики в окружающей среде было очень и очень мало – вряд ли те реакции, которые шли с сероводородом и цианистым водородом, могли доверху заполнить древний океан органическими молекулами. И жизни, как бы она ни выглядела в то время, нужно было научиться самой делать органические вещества из неорганических. Сейчас это умеют некоторые микробы, создающие органические молекулы из углекислого газа и водорода: они забирают электроны от Н2 и с их помощью монтируют из СО2 сложные конструкции в ходе особой цепи реакций, которая называется путём Вуда – Льюнгдаля. Важно, что путь Вуда – Льюнгдаля позволяет одновременно превращать углекислый газ в органику и получать энергию. Считается, что гены, которые нужны для таких реакций, были у самого древнего общего предка, от которого в конечном счёте произошли все остальные живые организмы. Но путь Вуда – Льюнгдаля у современных микробов идёт не сам по себе – его обслуживают целых одиннадцать белков.

Однако некоторое время назад удалось показать, что некоторые молекулы, которые получаются в результате подобных процессов, можно получить с помощью металлов – железа, никеля и кобальта. Металлы в природе встречаются обычно в составе минералов, а минералы с никелем и железом в нужной химической форме в изобилии попадаются около гидротермальных источников на дне морей. Гидротермальные источники выбрасывают из земной коры много железа, серы, никеля и т. д., и водород в том числе.

Исследователи из Дюссельдорфского университета вместе с коллегами из других научных центров поставили эксперименты с минералами магнетитом и грейгитом, богатых железом, и минералом аваруитом содержащим железо и никель; и магнетит, и грейгит, и аваруит, как можно догадаться, есть у гидротермальных источников. В статье в Nature Ecology & Evolution говорится, что под давлением, примерно в 25,5 раз превышающем атмосферное, при температуре в 100 °С все три минерала катализируют реакции, в которых из водорода и углекислого газа получается смесь органических молекул, среди которых есть пируват, ацетат и формиат (то есть остатки пировиноградной кислоты, уксусной кислоты и муравьиной кислоты).

Пирвуат, ацетат и формиат – главные молекулы любого обмена веществ, они находятся в узлах разнообразных метаболических путей, с их помощью происходят превращения энергии, её добыча из окружающей среды и запасание в удобной для жизни форме. То, что эти важнейшие метаболические посредники получились в «неживых» условиях, ещё раз говорит о том, что переход от «неживой» химии к биологической эволюции, от нежизни к жизни был вполне возможен.

Гидротермальных источников в древнем океан было немного больше, чем сейчас, и они могли не только влиять на информационный отбор РНК, но и обеспечивать поначалу метаболическими полуфабрикатами зарождающуюся жизнь. Возможно, первые молекулы, которые учились размножаться и эволюционировать, пользовались продуктами геохимических реакций до тех пор, пока первые протоклетки не обустроили в себе необходимые энергетические процессы.

P.S. Напомню про свои взгляды на вопрос возникновения жизни на нашей планете.
Наиболее важные ссылки собрал в теме:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,10211.0.html
Для этой новости, в первую очередь, думаю, будут актуальными ссылки на эти сообщения из той темы:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,10211.msg226517.html#msg226517
https://paleoforum.ru/index.php/topic,10211.msg234825.html#msg234825

И ещё. Ссылки на информацию, о которой упоминается в статье:

Как длинные РНК победили короткие
https://www.nkj.ru/news/25700/
Физико-химические условия на древней Земле благоприятствовали отбору более длинных молекул РНК, в которых могло быть записано больше информации.

С чего начиналась жизнь на Земле
https://www.nkj.ru/news/26050/
Предшественники всех необходимых биомолекул могли получиться в результате похожих химических реакций и из одинакового химического сырья.

Последний общий предок жил на водороде
https://www.nkj.ru/news/29224/
Одноклеточный организм, давший начало всем доменам земной жизни, жил рядом с вулканическими горячими источниками на дне океана и питался выходящим из них водородом.

Для зарождения жизни на Земле подобрали другой рецепт
https://www.nkj.ru/news/33553/
Первые молекулы-предшественники нуклеиновых кислот получились не из сероводорода, а из диоксида серы.