Проблема гипотезы РНК-мира и жизнь до него.

Автор Alexeyy, июня 25, 2020, 15:49:57

« назад - далее »

vit

вообще, мне кажется, к вопросу абиогенеза нужно подходить с точки зрения энергии и появления атф

Alexeyy

Цитата: https://en.wikipedia.org/wiki/Self-replication"Саморепликация - это любое поведение динамической системы, которое приводит к созданию идентичной или похожей копии самой себя
...
Одна форма естественного самовоспроизведения, которая не основана на ДНК или РНК, встречается в глиняных кристаллах. [7] Глина состоит из большого количества мелких кристаллов, а глина - это среда, способствующая росту кристаллов. Кристаллы состоят из правильной решетки атомов и способны расти, если, например, помещают в водный раствор, содержащий кристаллические компоненты; автоматическое расположение атомов на границе кристалла в кристаллическую форму. Кристаллы могут иметь неровности, когда правильная атомная структура нарушается, и когда кристаллы растут, эти неровности могут распространяться, создавая форму самовоспроизведения неровностей кристалла. Поскольку эти неоднородности могут влиять на вероятность разрушения кристалла с образованием новых кристаллов, кристаллы с такими неоднородностями могут даже рассматриваться как находящиеся в процессе эволюционного развития."

Цитата: http://www.bbc.com/earth/story/20160823-the-idea-that-life-began-as-clay-crystals-is-50-years-old
Химик Грэм Кэрнс-Смит провел всю свою научную карьеру, выдвигая простую, радикальную идею: жизнь началась не с неуклюжих органических молекул, таких как ДНК, а с простых кристаллов.

Прошло 50 лет с тех пор, как Кэрнс-Смит впервые выдвинул свои идеи о происхождении жизни. Некоторые ученые высмеивали их; другие, осторожно или искренне, приняли их. Они никогда не стали господствующей ортодоксией, но они также никогда не уходили. Была ли какая-то правда в смелом предложении Кернса-Смита? Действительно ли жизнь пришла из кристаллов?
...
Кернс-Смит задал себе два вопроса: какие основные свойства необходимы для живой системы, и можно ли найти эти свойства где-либо, кроме тех форм жизни, которые мы знаем сегодня?
"

Если вы посмотрите на глину под микроскопом, вы обнаружите, что она сделана из крошечных кристаллов

Его цель состояла в том, чтобы найти систему, намного более простую, чем современная жизнь, но которая имела бы некоторые решающие свойства живой системы. Он нашел ответ в неожиданном месте: глины.

Большинство из нас, если мы вообще думаем о глине, наверное, просто помнят, как плохо мы были в школе керамики в школе. Глина, на первый взгляд, это просто влажная грязная грязь.

Но Кернс-Смит знал, что в глине есть нечто большее. Абстрактным образом, это может быть скорее как жизнь.



Если вы посмотрите на глину под микроскопом, вы обнаружите, что она сделана из крошечных кристаллов. Внутри каждого кристалла атомы расположены в структуре, которая повторяется в плотно упакованном, правильном порядке.
Основные характеристики кристаллов означают, что они готовы развиваться

Каждый кристалл может расти, если его поместить в воду с добавлением одинаковых химических компонентов. Кристаллы также могут быть разделены на части, при этом один «материнский» кристалл дает начало «дочерним» кристаллам.

Каждый кристалл может даже иметь свои особенности, которые он может передать своим дочерним кристаллам - так же, как живые существа наследуют черты от своих родителей. И иногда, когда кристалл распадается, могут возникать новые причуды, например, из-за напряжения разрушения. Это похоже на процесс генетической мутации, которая создает новые черты в живых существах.

Другими словами, рассуждал Кернс-Смит, существенные характеристики кристаллов означают, что они готовы развиваться.



Когда кристалл передает свои особенности своим дочерям, эти уникальные черты могут помочь или помешать новым кристаллам.

Например, дочери могут в итоге с большей вероятностью разделиться на два кристалла. Если характеристики кристалла влияют на его способность к разделению, то в действительности этот кристалл обладает эволюционным преимуществом.
"

За 50 лет было проведено всего несколько экспериментов по изучению идей Кернса-Смита.

В некотором смысле физические недостатки или особенности в кристалле можно рассматривать как генетическую информацию. В результате Кэрнс-Смит считал, что кристаллические минералы могут подвергаться простой форме эволюции путем естественного отбора. Эта идея теперь называется «гипотезой кристаллов как генов.

Позднее, рассуждал Кэрнс-Смит, биологические молекулы, такие как ДНК, начали связываться с кристаллами. Это помогло процессу репликации. В конце концов произошло «генетическое поглощение»: биологические молекулы развили способность к самовоспроизводству и оставили кристаллы позади.

Кэрнс-Смит изложил все это в статье, опубликованной в 1966 году, полвека назад.».

василий андреевич

  За ионный насос, работающий на атф тоже нобелевку дали. Я как-то взялся читать, но от ужаса запутался, что куда почем бежит. Получалось, что для энергообеспечения такого насоса нужен перпетум мобиле. А ведь ионный насос - это базовое понятие живого.
  Однако можно серьезно задуматься, например, сколько энергии тратит яблоня для наливки яблока водой? А нисколько. Вода поднимается за счет эффекта смачивания при явлении осмоса - вода самопроизвольно пойдет по капиллярам в сторону наибольшей концентрации солей. Следовательно, "механизм жизнеобеспечения яблони" заключается в увеличении концентрации солей при испарении воды с листьев и последующем сбрасывании старой, пересоленной. Наиболее ярко такой прием используют растения солончаков. Да и сам наблюдал, когда в прошлом году был на Белом море, где наши березки и елки растут практически в приливной зоне - самые нижние деревца высушивают и сбрасывают зелень еще летом, функционируя на пределе своей приспосабливаемости. Сбрасывают нижнюю зелень, что бы дать функционировать верхней.

  Но если для протожизни энергозатратный насос не нужен, то синтез макроэнергетических молекул, типа атф, вторичен и значим уже для конкурентного успеха. А на первых парах работает водная среда, выдворяющая из себя в мертвую органику все молекулы, понижающие ее энтропию. При этом самой интересной молекулой являются, так называемые, двояколюбые, у которых один конец гидрофобный, а другой гидрофильный. Естественная коагуляция таких молекул - это создание резервуара, в котором начнет действовать реактор по деструкции "двояколюбых" на гидрфилов, которые свободно выдворяются из мицеллы и гидрофобов, остающихся бренной ношей еще не жизни. Жизнь же с ее Дарвиновской конкуренцией начнется только после синтеза репликатора, обеспечивающего сохранность наиболее удачной, обязательно многокомпонентной, системы, утратившей возможность изменяться под ударами судьбы в угоду колебаний условий среды.
  С косным веществом принципиально так: стресс вызывает пропорционально ответную реакцию, при которой система (вещество, объект) окружает себя барьером энергии активации, делающим систему индифферентной по отношению к малым ундуляциям средовых факторов. И понятно, что такой способ реакции для живого не подходит. А что нужно для предживой системы, становящейся субъектом, т.е. активно изменяющим неблагоприятный средовой фактор за счет мобильной внутренней реакции как бы предваряющей ответную реакцию противодействия?
  Самое простое - это жертвовать излишним, ради сохранения необходимого. Получаем принцип, используемый в информатике - сохраняется та информация, к которой ведет наибольшее число вероятных маршрутов. Именно отсюда растут ноги у суждения о обязательной многокомпонентности эволюции системы, претендующей на роль будущего живого. Или иначе - слагаются в синтетик те компоненты, не важно, молекулярный или надмолекулярный, которые принимают участие в наибольшем количестве вариативностей среды.
  А это, во-первых, ионы, такие как натрий-калий, позже магний-кальций, селен-сера. И уже потом азот-фосфор, после того, как подавляющее большинство вариативных ниш будет заполнено псевдо пращурами.
  Почему амины вытеснят циклы серы? Можно только предположить, что именно эксперименты с азотистыми основаниями ведут к репликатору, и именно он побеждает, вытесняя с "внешней орбиты" сернистые в самые низы энергетических ниш, где они функционируют до сих пор, как экстремофилы и на их акваторию пока не покушаются более продвинутые товарищи.

  И уже на азот фосфорной стадии необходимость в атф становится главенствующей. Без нее не пойдут те реакции, которые можно назвать противоестественными, не характерными для косной материи.

vit

Цитата: василий андреевич от июля 06, 2020, 13:17:52
    И уже на азот фосфорной стадии необходимость в атф становится главенствующей. Без нее не пойдут те реакции, которые можно назвать противоестественными, не характерными для косной материи.
атф, атфаза, днк/рнк и белок, то с чего начали...

Alexeyy

Цитата: Спасская Д. 2017
Возникновение глины связали с зарождением жизни. 11 Апр., Сложность 5.8. https://nplus1.ru/news/2017/04/11/claylife .

Первоисточник:

Zhou R., Basu K., Hartman H., Matocha C. J., Sears S. K., Vali H., Guzman M. I. 2017. Catalyzed Synthesis of Zinc Clays by Prebiotic Central Metabolites. Scientific Reports, volume 7, Article number: 533. http://www.nature.com/articles/s41598-017-00558-1 .

Суть:

"Объединенная команда ученых из Университета Кентукки (США), Массачусетского технологического института и канадского Университета МакГилла продемонстрировала, как янтарная кислота, которая является одним из центральных метаболитов в наших клетках, способна катализировать формирование цинк-содержащего глинистого минерала из отдельных компонентов буквально в горячей воде. Статья опубликована в журнале Scientific Reports."
...


Эволюцинное значение:

"По современным представлениям, жизнь на Земле зарождалась параллельно геологическим процессам. Не только глинистые минералы катализировали формирование сложных органических молекул, но и наоборот, органические молекулы — будущие компоненты протоклеток — способствовали образованию минералов. Вероятно, благодаря своим адсорбирующим свойствам и способности связывать заряженные молекулы, глина в свое время сыграла роль идеальной «подложки» для образования полимеров, таких как РНК (о «мире РНК» можно почитать например здесь), из отдельных нуклеотидов, и образования пузырьков из молекул жирных кислот, которые послужили прототипом клеточных мембран. Именно поэтому процессы формирования минералов, слагающих глину, интересуют не только геологов, но и специалистов по происхождению жизни. "
...


Связь с циклом трикарбоновых кислот:


"Из неорганических элементов, слагающих глину, самым интересным с точки зрения биохимиков является цинк. Еще до того, как он вошел в состав многих эволюционно консервативных клеточных белков, помогая им поддерживать структуру, цинк, предположительно, сыграл свою роль в процессе абиогенеза, т.е. образования органических молекул, впоследствии распространенных в живых системах. Известно, что кристаллы сульфида цинка (ZnS) обладают способностью к фотокатализу, т.е. превращению энергии солнечного света в энергию химических связей (на этом факте строится современная гипотеза «цинкового мира», которую в том числе активно разрабатывает российский ученый Армен Мулкиджанян). Фактически, это абиогенный фотосинтез — процесс, который живые системы воспроизвели много позже путем создания сложных белковых комплексов. В лабораторных условиях с участием сульфида цинка удалось катализировать взаимопревращение компонентов цикла трикарбоновых кислот (один из центральных и эволюционно консервативных внутриклеточных процессов). Ученые предположили, что последние, в свою очередь, могли бы способствовать образованию цинк-содержащих минералов."
...



Вывод:

"Исходя из результатов можно говорить о том, что образование органических молекул благодаря фотокатализу поспособствовало формированию глинистых почв, которое, в свою очередь, оказалось важным для появления более сложных органических молекул. Таким образом, как подчеркивают авторы работы, фотохимия могла бы сыграть решающую роль в формировании жизни на Земле и, возможно, других твердых планетах".

василий андреевич

Цитата: vit от июля 06, 2020, 15:03:59атф, атфаза, днк/рнк и белок, то с чего начали...
Этим надо заканчивать, а не начинать.
Цитата: Alexeyy от июля 07, 2020, 05:41:29образования пузырьков из молекул жирных кислот, которые послужили прототипом клеточных мембран.
Еще раз. Не может быть поступательного процесса к РНК и белку, как последовательного синтеза. Сколь-нибудь сложное единичное соединение возможно только на фоне множества реакций распада. Допустим, минерального распада, срабатывающего как точечный источник свободной энергии попадающий в "нужную" точку органики.
  Но дело даже не в источнике - их сколь угодно в геологическом мире, а в отводе тепла и "отходов синтеза". Реактор - пограничные слои вода-глобула.
  Но синтезу с участием азот-фосфорных пар на простейших мембранах обязательно должен предшествовать процесс сборки и распада поверхностно активных веществ. Вода унесет только гидрофилов, гидрофобы станут бременем глобулы вплоть до вывода ее из оборота в осадок. В активной водной взвеси остается крайне ограниченный ряд компонентов, становящихся деятельной стезей в направлении шагов усложнения. Каждый шаг изменяет среду функционирования так, что состоявшийся процесс становится необратимым.
  Потому и синтез к РНК или белкам "в пробирке" придется признать принципиально невозможным.

vit

Цитата: василий андреевич от июля 07, 2020, 18:24:34
Цитата: vit от июля 06, 2020, 15:03:59атф, атфаза, днк/рнк и белок, то с чего начали...
Этим надо заканчивать, а не начинать.


глиняные теории это самоорганизация молекул, а биосинтез невозможен без атф, атф не может без атфазы, атфаза это белок, значит не может без днк/рнк.

Alexeyy

Да нет: в глинах биокатализ идёт. Показан в экспериментах. Там источник энергии – сульфид цинка, который производит абиогенный фотосинтез.

Да и амилоиды синтезируют и себя и другие полипептиды без АТФ: их просто перемешивают с аминокислотами при определённой температуре и биосинтез идёт (вроде, источник энергии - температура). Амилоиды катализируют так же и другие важные биохимические реакции.

vit

Цитата: Alexeyy от июля 07, 2020, 20:28:27
Да нет: в глинах биокатализ идёт. Показан в экспериментах. Там источник энергии – сульфид цинка, который производит абиогенный фотосинтез.

Да и амилоиды синтезируют и себя и другие полипептиды без АТФ: их просто перемешивают с аминокислотами при определённой температуре и биосинтез идёт (вроде, источник энергии - температура). Амилоиды катализируют так же и другие важные биохимические реакции.

в биокатализе должны участвовать -азы-белки.

белки в неживой природе не встречаются, не стоит выделять неживое из живой клетки и придавать ему свойства само-.

Alexeyy


Alexeyy

Но роль АТФ-азы когда-то, верятно, мог играть амилоид:

Цитата: Monasterio O., Nova E., Diaz-Espinoza R. 2017. Development of a novel catalytic amyloid displaying a metal-dependent ATPase-like activity. Biochem. Biophys. Res. Commun. 482: 1194–1200.
Амилоиды представляют собой белковые агрегаты с высокой регулярной структурой, которые участвуют в различных патологиях, таких как болезнь Альцгеймера и Паркинсона. Последние данные показали, что при определенных условиях небольшие пептиды могут самоорганизовываться в амилоиды, которые проявляют каталитическую реакционную способность по отношению к определенным соединениям. Здесь мы сообщаем о новом пептиде с последовательностью, полученной из активного сайта РНК-полимеразы, которая проявляет гидролитическую активность в отношении АТФ. Каталитическая реакция протекает в присутствии двухвалентного металла, марганца, и продуктами являются АДФ и АМФ. Кинетические данные показывают субстрат-зависимое насыщение активности с максимальной скоростью, достигаемой при 1 мМ АТФ. При более высоких концентрациях АТФ мы также наблюдали субстратное ингибирование активности. Самосборка пептида в амилоиды строго зависит от металла и необходима для катализа. Наши результаты показывают, что аспартатсодержащие амилоиды также могут быть катализаторами в условиях, которые включают взаимодействия с металлами. Кроме того, мы впервые показываем амилоид, который проявляет реактивность в отношении биологически важной молекулы. (https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2016.12.011 , https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27923655)

vit

Если известный, уважаемый ученый заявляет, что жизнь на Земле не зарождалась, думаю, ему  можно поверить.

Alexeyy

Там, по-мему, такого не утверждается (что не зарождалась).

Питер

Цитата: vit от июля 08, 2020, 15:02:18Если известный, уважаемый ученый заявляет, что жизнь на Земле не зарождалась, думаю, ему  можно поверить.

Сам    видел,  зуб  даю,  да ?
А  оно  вам  надо  ?

vit

#164
 честно признался и не нужно больше глиняными теориями заниматься, можно посвятить себя ссм или долговременному эксперименту с колями, какая разница где фантазировать

лански уже более 30 лет фантазирует, простого горизонтального обмена не заметил :D