О происхождении жизни на Земле. Часть II

[systemity]

"О, решите мне загадку жизни, мучительную древнюю загадку, над которой билось уже столько голов, - головы в шапках, расписанных иероглифами, головы в тюрбанах и черных беретах, головы в париках и тысячи других бедных потеющих человеческих голов..."

Г. Гейне.

Первая часть: systemity.livejournal.com/248645.html 

Логическим толчком к выдвижению многочисленных гипотез биохимической эволюции, приведшей к возникновению жизни на Земле, служила интерполяция тех или иных физических и биохимических свойств живых существ (преимущественно бактерий) к пребиотическому состоянию Земли (3.5-5 миллиардов лет тому назад). 

То, что большинство бактерий кругленькие (и очень маленькие) и требуют для своего размножения (деления) питательных веществ, растворённых в водной среде (пребиотический бульон), вдохновило советского учёного А.И.Опарина (1894-1980) на создание теории самозарождения жизни на Земле, о чём я уже писал в предыдущей части поста. Опарин предположил, что в растворах высокомолекулярных соединений могут самопроизвольно образовываться зоны повышенной концентрации, которые относительно отделены от внешней среды и могут поддерживать обмен с ней. Он назвал их коацерватными каплями, или просто коацерватами. Из этих коацерватных капель по мысли А.И.Опарина и произошли предшественники бактерий - протобионты.

По существу теория А.И.Опарина отличалась революционной новизной лишь в сопоставлении с библейскими идеями о возникновении жизни, поскольку ничего не объясняла, как и все предложенные впоследствии теории, но утверждала возможность самопроизвольного зарождения жизни путём биохимической эволюции. Одной из новейших в череде таких теорий является т.н. теория РНК-мира. Все без исключения предложенные до сих пор теории базируются  на логике, которую можно назвать "лотерейной" логикой. Вот что-то такое вдруг случайно произошло... и дальше всё пошло само собой. 

 

Когда-то один из лауреатов нобелевской премии высказал гипотезу, в основе которой было предположение о том, что спонтанно образовавшиеся молеколы ДНК спонтанно встретились и спонтанно образовали нечто очень интересное с точки зрения биохимии и физиологии живых существ. Впоследствии один математически грамотный человек прикинул, что вероятность подобного сценария абсолютно невероятна. Эта гипотеза была рассчитана на оглушительно неграмотных читателей: вероятность её осуществления выражалась в отрицательной степени числом, намного превышающим количество атомов во Вселенной. 

Вообще нуклеиновые кислоты были особо излюбленным объектом манипуляций при прокламации новых эпохальных открытий, объясняющих происхождение жизни на Земле. Тема тихо-тихо засохла на корню и ныне поиск жизни на Марсе намного престижнее поиска здравого смысла в объяснении зарождения жизни на Земле, на котором, судя по всему, наука поставила крест. Но поиск жизни на Марсе или во вселенной по определению бессмыслен, если нет никаких представлений о том, как эта жизнь возникла на Земле. По этой причине ищут воду, поскольку единственным неоспоримым положением биологии является то, что жизнь без воды невозможна. Некоторые бактерий могут длительное время сохраняться в виде спор в отсутствие воды. Но это состояние не жизни, а анабиоза, т.е. существование в отсутствие жизнедеятельности с возможностью реанимации в подходящих условиях.

Что касается ДНК и вообще нуклеиновых кислот, то здесь нельзя не обратить внимание на полное отсутствие здравого смысла у тех, кто пытался любым способом прислонить ДНК к идее о происхождении жизни. ДНК содержит информацию, необходимую для поддержания и продолжения жизни. Потребность в ДНК или в её более древних аналогах появилась тогда, когда живое существо - протобионт уже функционировал.  Функционировал не очень эффективно, но функционировал. Необходим был какой-то механизм, который обеспечил бы рост и развитие (онтогенез) и размножение. С этой целью природа создала ДНК и, что очень важно подчеркнуть, механизм функционирования ДНК, поскольку без этого сложного механизма извлечения информации из ДНК последняя просто бесполезна.

Можно привести простую аналогию, демонстрирующую бессмысленность опоры на нуклеиновые кислоты в вопросе о зарождении жизни на Земле. Представим, что кто-то, занятый описанием истории появления автомобиля, с перепоя переключился на историю появления конвейеров по сборке автомобилей. Я пишу "с перепоя", поскольку в состоянии незамутнённого сознания спутать две такие абсолютно разные темы невозможно.

Итак, с чего всё началось? Для того, чтобы правильно ответить на этот вопрос вовсе нет необходимости в наличии высшего образования. Для этого необходимо всего лишь не быть фанатическим приверженцем веры во что-то: в Бога, в ДНК, в самопроизвольное зарождение, в панспермию и т.п., поскольку логика и вера - суть вещи несовместимые. Так, например, теория панспермии не решает принципиального вопроса о возникновении жизни, она только отдаляет его в ещё более туманное прошлое Вселенной. Т.н. теория стационарного состояния жизни или "теория страусиного закапывания головы в песок" не может по определению удовлетворить наш интерес к вопросу о происхождении жизни. Эта "теория" утверждает, что жизнь существовала всегда. 

Евангелие от Иоанна утверждает: "В начале было Слово. И Слово было у Бога. И Слово было Бог" [Иоан. 1,1]. Не бактерии-протобионты, а Слово с большой буквы. А ведь это совершенно закономерный вывод с точки зрения логики священного писания. Ведь только с помощью слова Моисей, Иисус и Мохамед могли убеждать людей в существовании Бога. Поэтому для служителей веры, теоретиков и практиков интрепретации священных книг до возникновения слова действительно ничего не было, поскольку для них жизнь - только от Бога. 

Только пользуясь словом, можно было в воображении верующих утвердить гипотезу происхождения жизни, называемую креационизмом (лат. creatio - создание). Сторонники креационизма  полагают, что мир в его разнообразии был создан Богом (или богами) по заранее продуманному плану. Практически все религиозные учения утверждают, что человек и все другие живые существа созданы Богом. Никаких доказательств, что это так, не существует. Это вопрос веры, которая в доказательствах не нуждается.

Суммируя сказанное, можно сделать вывод о том, что вся надежда здесь на здравый смысл, не замутнённый верой. А уже к гипотезе, основанной на здравом смысле, необходимо подыскивать соответствующее техническое обоснование. Таким образом, вначале должна быть ГИПОТЕЗА, а уж затем техническое ОБОСНОВАНИЕ этой гипотезы.  

Около тридцати лет назад я опубликовал статью о происхождении жизни в сборнике на русском языке, вышедшем в издательстве биологического центра АН СССР в Пущино на Оке (www.matrixreasoning.com/pdf/OriginOfLifeBrief.pdf ; http://www.matrixreasoning.com/pdf/OriginOfLife.pdf ; www.matrixreasoning.com/pdf/LifeOrigin3.pdf). Подозреваю, что кроме корректора и меня никто эту статью не читал. Во второй части этого поста о происхождении жизни я расскажу о высказанной мною в этой статье ГИПОТЕЗЕ, а в следующей части расскажу о физико-химическом ОБОСНОВАНИИ принципа самоорганизации первичной системы и биологических последствиях этого типа самоорганизации.

Итак, ГИПОТЕЗА! Всем хорошо известно, что для жизнедеятельности любого биологического организма необходима энергия, источником которой является пища. Но для переработки пищи в конструктивные материалы и энергию нужна изначальная энергия, которая хранится в организмах главным образом в виде АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты). При гидролизе АТФ в АДФ (аденозиндифосфорную кислоту) выделяется энергия, способность к использованию которой является универсальным свойством всех живых существ. Будучи макроэргическим соединением, АТФ выполняет функцию аккумулирования биологической энергии и ее последующего использования для выполнения клеточных функций. Точнее сказать, что АТФ имеет всеобщее хождение в качестве энергетической валюты.

"Макроэргичность" АТФ объясняется во многих учебниках, но не верьте им. Использование АТФ в качестве универсальной энергетической валюты нельзя объяснить ни с точки зрения химии, ни с точки зрения физики. Вопрос о том, по какой причине на роль энергетического носителя природа выбрала именно АТФ, а не широкий спектр различных веществ, что очень логически сочиталось бы с разделением функций, не имеет ответа. Универсальность АТФ в качестве энергетической валюты больше, чем какое-либо свойство живых существ наводит на мысть о том, что всё живое эволюционаровало из одного предшественника. Интересно, что в 1807 году Томас Юнг первым использовал термин "энергия" в современном смысле этого слова взамен ранее существовавшего понятия "живая сила". К молекуле АТФ как нельзя лучше подходит именно определение "живая сила".   

Таким образом, получается парадокс: для усвоения питательных веществ из внешней среды необходима энергия. Значит до возникновения способности к метаболизму экзогенных субстратов (что само по себе требует некоторой организованной конструкции, для создания которой необходима энергия) протобионты должны были создать некий молекулярный механизм концентрирования и переноса энергии. Но в современных организмах энергия, которая используется для утилизации пищи, поставляется за счёт предыдущих порций АТФ, полученных из ранее утилизированной пищи. А у нарождающегося организма первичная энергия для запуска метаболизма поставляется из запасов материнского организма. Откуда же возникла эволюционно-первичная порция сконцентрированной энергии?  

Иными словами, для того, чтобы получить энергию из пищи, чтобы расщепить молекулы пищи необходимо некоторое стартовое количество энергии. Это стартовое количество энергии у протобионтов не могло быть наработано с помощью эволюционно возникшего механизма. Это стартовое количество энергии могло быть только аккумулировано из энергетических шумов внешней среды. И именно тот механизм самоорганизации, который был способен аккумулировать энергетические шумы, должен был в процессе эволюции превратиться в систему  синтеза АТФ, а более конкретно в систему окислительного фосфорилирования. 

Но мембранно-зависимый процесс синтеза АТФ путём окислительного фосфорилирования - процесс исключительно сложный и до сих пор полностью неразгаданный. Таким образом мы сталкиваемся с задачей типа "пойди туда - не знаю куда, найди то - не знаю что". И  это уже касается технического обоснования гипотезы, а  сама гипотеза сводится к следующему положению: жизнь на Земле была обязана эволюции первичного самоорганизующегося комплекса молекул, способного пассивно аккумулировать энергию из внешней среды.  

   

Comments

[lady-catarina.livejournal.com]

А может стоит просто вспомнить о Боге?

[av-klement.livejournal.com]

хм...а откуда "способность аккумулировать"...?
или это первичное свойство самоорганизации...?!

[av-klement.livejournal.com]

кстати у Амосова...
"происхождение первичной материи остаётся непонятным, но развитие сложности объяснимо явлениями самоорганизации. Идея её разработана И.Р.Пригожиным. Простой пример, морозные узоры на окнах - вода, холод и стекло. Подышите на них и растает. Через полчаса - новая картина, и уже другой узор."...

[silentpom.livejournal.com]

вы как-то в разборе попыток своих предшественников упустили циклы, гиперциклы и прочий автокатализ

[user-xyuser.livejournal.com]

... При гидролизе АТФ в АДФ (аденозинтрифосфорную кислоту) ...

А что такое АДФ?

[ex-unforgiv34.livejournal.com]

Эти энергетические шумы и были Словом :)
Если серьезно - звучит красиво, но можно ли проверить экспериментально - большой вопрос.

[lizasdad.livejournal.com]

Я согласен практически со всем.
Да, от коацервата до чего-то такого, что можно назвать "жизнью" - дистанция огромного размера.
Да, математические "системоведческие" манипуляции не преумножают реальное знание
Да, ДНК-РНК и АТФ "включились" в клетку уже после того, как жизнь достигла какого-то уровня организации.
Я бы сфокусировался на более древнем уровне развития жизни - на самоорганизации левовращающих аминокислот из рацемического раствора. Интуитивно я чувствую, что в процессе оптического обогащения L- аминокислот зарыто несколько важных собак.
У меня есть одна идея, я с удовольствием её обсудил бы...

[lizasdad.livejournal.com]

А с геологией перикласа Ваша магниевая теория никак не связана?
А может ли пирофосфат "работать" в водной среде? Тут скорее полифосфаты.
Но ведь из Ваших построений выходит, что АТФ-механизм накопления энергии организмы освоили на более поздних этапах эволюции. Т.е. речь идёт не столько о зарождении жизни, сколько о её совершенствовании.

[lizasdad.livejournal.com]

Охуеть, как интересно!
А липофильная защита - это видимо липидная капля или нечто коацерватоподобное?
Не нужен никакой стереохимический анализ, т.к. тут дело не в ионном радиусе, а в реакционной способности иона Mg, что не одно и то же. Видимо погоду тут делает органика, которая вокруг иона Mg +2.
Две мысли родилось:
1. Почитать про геологию-геохимию оксида Mg, минерал называется "периклас". Нет ли там биогенной природы и как датируется образование отложений "чистого" MgO. Возможно это след тех самых Ваших гипотетических организмов.
2. Все это безусловно воспроизводимо в стекле, включая измерение теплот реакций. Не пытались попробовать?

Что Вы все про политику, мы уже все поняли и что левые плохие, и что Обама ничтожество. Вот тут - ТЕМА, пишите!

[lizasdad.livejournal.com]

Много замечаний и непонятных мне деталей. Например, в водной среде все-таки продуктом будет не окись MgO а гидроокись Mg(OH)2.
Кстати, гидроокись Mg попадая в "буфер" - морскую воду скорее не даст твёрдый осадок, а превратится опять в растворимую соль MgCl2, т.е. ион Mg+2. Т.о. мы имеем самый настоящий магниевый цикл.
Но откуда взялся липид? Судя по упоминанию МЭА это фосфолоипид?
Я имею опыт получения фосфолопидов, сами они не образуются. Но являются носителями оптической активности. Так как же выглядел добиологический синтез например фосфатидил-холина или фосфатидил -МЭА?
И как же это Вы за 30 лет всё это в колбе не попробовали?

[lizasdad.livejournal.com]

В науке "профессиональная национальность" определяется факультетом, который человек закончил.
И как же по-вашему выглядит "ячейка" с Mg производящая энергию?
Пишите.