Тема форума: «Возникновение жизни»

автор: LUCA сообщение №24488

Аналогия здесь очень простая. Метаболические сети - это аналоговые устройства. Они реально работают. Реально эволюционируют. Но потенциал их изменчивости более ограничен, по сравнению с потенциалом изменчивости структуры полимера (сети с большим количеством ответвлений и интермедиатов хотя и возможны, но с увеличением их сложности труднее их осуществление воспроизовдства). То есть существует потолок сложности для метаболических организмов.

Я бы сказал, что проблема метаболических сетей не столько в потенциале их изменчивости, сколько именно в их аналоговости. В отличии от дискретных схем аналоговые системы при многократном реплицировании очень быстро деградируют, теряя заложеннную в них информацию. Можно 1000 раз переписать фильм на DVD с одного диска на другой и в конце цепочки он ничуть не изменится. Если же попробовать провести аналогичную операцию с фильмом на видеокассете, то после тысячи последовательных операций копирования на выходе цепочки вряд ли вообще можно будет понять, что происходит на экране.
Достаточно наглядное изложение искажения информации в аналоговых системах так же изложено в классической книге Турчина "Феномен науки. Кибернетиченский подход к эволюции": http://refal.net/turchin/phenomenon/chapter01.htm
(см. раздел 1.5. - Надежность дискретных систем).

автор: Combinator сообщение 24489

Ты писал про глубокие слои литосферы. А жизнь всё же по большей части концентрируется в её верхних слоях.

Вообще-то в как раз в горячих зонах жизнь концентрируется. То есть ситуация обратная.
Концентрация жизни в горячих источниках хорошо известна + описанное сгущение жизни в глубоких слоях океанического дна (на глубине более километра с температурой, близкой к 100 С). См. для примера график распределения количества клеток на кубический см. с глубиной - пик приходится на глубокий слой с температурой, близкой к 100 С. http://elementy.ru/news/430738


Неплохо эти ньюансы описаны в моногорафии, вышедшей на русском языке, "Оборин А.А. Рубинштейн Л.М., Хмурчик В.Т., Чурилова Н. Концепции организованности подземной биосферы. Екатеринбург. УрО РАН, 2004@

автор: Combinator сообщение 24489

Для меня критерий достаточно прост - может ли бактерия жить и размножаться вне тела хозяина.

Хотя критерий сформулирован верно, но ты явно недооцениваешь роль особых условий.
Поясню. 99% видов бактерий не культивируются. Не смотря на очень немаленькие усилия.
Я вот пытался повысить долю культивируемых почвенных бактерий (добавлял в среду экстракты разных почв) и то повысил только в 3 раза долю культивируемых бактерий.

Дело в тех самых особых условиях. Не вижу противоречия с конктекстом. Речь шла об оценке минимального генома (метаболома), для которого в наиболее благоприятных специфических условиях ещё возможно длительное воспроизведение бактерии.

А не для бактерии Pelagibacter ubique, чья биомасса в океане превосходит биомассу всех рыб вместе взятых. Другими словами, сформулировав верно критерий, ты его подменяешь требованием к широким условиям, игнорируя роль особых условий - один из основных компонентов поиска модели зарождения жизни.
автор: Combinator сообщение 24489

Если ты не согласен, то можешь ли "на пальцах" объяснить, как устроена память химических реакций?

Автокаталитический цикл (или система взаимно катализирующих циклов) и является материальным носителем памяти. В среде, в которой потенциально могут размножаться множество альтернативных автокатализаторов будут разномжаться те, что уже присутствуют.

автор: Combinator сообщение 24489

В каком смысле? Разве реакция Бутлерова обратима?

Обратимость реакции и автокаталитичность - это совершенно разные вещи. См. подробнее http://wsyachina.narod.ru/earth_sciences/life_genesis_3.html

автор: Combinator сообщение 24489

Я правильно понимаю, что память химической системы основана на том, что если её перевести из состояния с внешними условиями A в состояние внешними условиями B, а потом вернуть обратно внешние условия A, то система не будет эквивалентна самой себе в исходном состоянии, так как при тех же внешних условиях у неё будет отличаться состав интермедиатов химических реакций?

Совершенно верно.

автор: Combinator сообщение 24489

Возможно, я что-то упустил или недопонял в его работах. Если не сложно, не мог бы ты дать ссылку на какую-нибудь его работу, где демонстрируется возможность появления памяти в абиогенных химических системах?

В принципе можно взять любую монографию Эйгена. Хороший язык у Волькенштейна (нашего биофизика).

У меня на столе есть книга М.Эйгена, П. Шустера. Так что возьму её для примера.

На стр. 18 "Что такое гиперцикл?" Пользуясь итерацией, строится иерархия циклов, хотя свойсва гиперциклической организации уже каталитический цикл (частный случай - катализатор) обладает всеми ключевыми свойствами гиперцикла (но гиперциклом у Эйгена называется цикл более высокого уровня, хотя принципиально картина здесь не меняется0.

Единицы гиперцикла обладают свойством инкрустирования (самоинкрустирования).

Это свойство - и есть элемент биологической памяти.

Хотя авторы рассматривают примеры на РНК фага, они нигде и никогда не делали привязку именно к полимерности генома. Память - в самом явлении взаимного или самокатализа элементов гиперцикла. Появится новый элемент инкрустирующий элементы исходных гиперциклов - будет новый элемент памяти.
Стр. 28: "...самовоспроизводящиеся единицы гарантиурют сохранение ограниченного количества информации...". Далее обосновывается тезис, что количество этой информации возрастает, при повышении иерархического уровня организации.
Далее до страницы 50 рассматриваются модели, не привязанные к полимерности компонентво автокатализа.

Так что непременная привязка к полимерности молекулы для хранения памяти выглядит слишком уж натянутой.

Особенно для мира РНК.
Могу сделать предположение о том, что рибоциты (клетки с метаболизмом и наследственной иноформацией, сосредоточенной в РНК) не только не предпочтительны, но и В ПРИНЦИПЕ невозможны. Причина банальна - недостаток информационной ёмкости РНК-генома.
Любой вирус с 10 kb значащей части генома просто не будет способен дать жизнеспособное потомство - любая его копия будет содержать летальную мутацию.

Поэтому опять же подчёркиваю. Какой бы привлекательной не выглядела модель РНК-организма, он может существовать ТОЛЬКО при условии, что существенная часть наследственной информации приходится на конформационный геном. По этой причине в окружающем мире, встречая РНК-вирусы, мы никогда не встретим РНК-клетку.
РНК вирусы задействуют ДОПОЛНИТЕЛЬНО наследственную информацию ДНК-организма.

Так как ДНК - относительно позднее приобретение жизни, то РНК-формы жизни НЕИЗБЕЖНО должны были задействовать ДОПОЛНИТЕЛЬНО другую форму наследования - конформационный геном, который И СЕЙЧАС также никуда не делся.

автор: LUCA сообщение №24498

Вообще-то в как раз в горячих зонах жизнь концентрируется. То есть ситуация обратная.

При всём желании, с учётом того, что толщина слоя литосферы составляет от 40 до 200 км., а её нижняя граница определяется, грубо говоря, температурой в 1000 градусов Цельсия:
http://en.wikipedia.org/wiki/Lithosphere
не могу признать слой на глубине 1.6 км., имеющий температуру порядка 100 градусов её "глубокими слоями". Причём, заметь, 100-120 градусов это, по видимому, предельная температура, при которой ещё могут существовать даже гипертермофилы, то есть, описанная на Элементах "самая нижняя" экосистема судя по всему существует вблизи нижней границы биосферы.

автор: LUCA сообщение №24498

Другими словами, сформулировав верно критерий, ты его подменяешь требованием к широким условиям, игнорируя роль особых условий - один из основных компонентов поиска модели зарождения жизни.

Нет, это не так, я вовсе не настаиваю на широких условиях. Просто в контексте твоей презентации о происхождении жизни данный слайд по моим представлениям должен был символизировать что-то вроде оценки минимальной сложности генома бактерии, которая дала начало всему живому на Земле, что-то в роде этого. И в этом смысле логично рассматривать пусть и специфические условия (типа геотермальных источников или Lost City), но всё же такие, которые реально могли существовать в период зарождния жизни. И в этом плане понятно, что организм млекопитающего вряд ли мог быть таким местом.

автор: LUCA сообщение №24498

Обратимость реакции и автокаталитичность - это совершенно разные вещи.

Несомненно. Просто я пытался понять, что ты имел в виду, написав,
Те кто исследовали реакцию Бутлерова, "не знали об этом"


автор: LUCA сообщение №24498

Совершенно верно.

Тогда память в каком-то виде в такой системе теоретически действительно может существовать. Проблема лишь в катастрофически быстрой деградации информации при её репликации (см. мой последний вчерашний пост).

автор: LUCA сообщение №24498

Память - в самом явлении взаимного или самокатализа элементов гиперцикла. Появится новый элемент инкрустирующий элементы исходных гиперциклов - будет новый элемент памяти.

Имеется в виду инкрустация в том смысле, в котором этот термин ввёл в оборот Скулачёв?

автор: LUCA сообщение №24498

Так что непременная привязка к полимерности молекулы для хранения памяти выглядит слишком уж натянутой.

Я вовсе не настаиваю на обязательной полимерности, по крайней мере, на самых первых этапах, но дискретность выглядит абсолютно необходимой, имхо.

автор: LUCA сообщение №24498

Поэтому опять же подчёркиваю. Какой бы привлекательной не выглядела модель РНК-организма, он может существовать ТОЛЬКО при условии, что существенная часть наследственной информации приходится на конформационный геном. По этой причине в окружающем мире, встречая РНК-вирусы, мы никогда не встретим РНК-клетку.

А чем тебя не устраивает модель "распределённого РНК генома", или, другими словами, РНК-сети? Может быть, плазмоиды и вироиды и являются реликтами тех времён? Представь, что в клетке наследственная информация распределена между множеством относительно коротких РНК-молекул, заполяющих клетку. Все они существуют во множестве почти идентичных для каждого условного гена копий. Тогда после деления клетки почти всегда в двух вновь образовавшихся клетках останется полный необходимый для метаболизма "джентельменский набор" всех генов. Это можно себе наглядно представить примерно как клетку, наполненную множеством иРНК, которые регулярно самореплицируются. Одновременно обходится проблема низкой точности копирования РНК-молекул. Когда появилась ДНК, информация с иРНК постепенно целиком перекачевала на этот более надёжный носитель (позже примерно по такому же пути пошли эукариоты, которые постепенно перенесли все гены своих метаболитов (кроме тех, которые абсолютно необходимы для выполнения их функций и репликации) в ядро, где они сохраняются гораздо надёжнее, видимо, это одна из причин, почему им удалось резко увеличить длину генома по сравнению с прокариотамии).

автор: LUCA сообщение №24498

РНК вирусы задействуют ДОПОЛНИТЕЛЬНО наследственную информацию ДНК-организма.

Несомненно. Но заметь, что ровно то же самое по видимому относится и к симбиотам.

Делал презентацию по происхождению симбиотических клеточных органелл - митохондрий и пластид. Попутно перевёл довольно интересную статью http://pedsovet.org/forum/index.php?autocom=blog&req=showblog&blogid=2104&showentry=21086автор: Combinator сообщение №24504
СКЕПТИЧЕСКОЕ УДИВЛЕНИЕ. Преступный фотосинтез: Myrioneйcta, Dinophysis и украденные пластиды.

Спасибо, весьма забавно. Кстати, по одной из версий динофлагелляты получили по крайней мере часть своих пластид непосредственно от фотсинтезирующий клостридий, а не по длинной цепочке поглащений от цианобактерий.
LUCA, у меня к тебе ещё есть просьба, я сейчас делаю статью о возникновении оксигенного фотосинтеза для этого сайта, если у тебя будут время и возможность, не мог бы ты её преварительно поглядеть на предмет возможных ляпов?

автор: Combinator сообщение 26370

LUCA, у меня к тебе ещё есть просьба, я сейчас делаю статью о возникновении оксигенного фотосинтеза для этого сайта, если у тебя будут время и возможность, не мог бы ты её преварительно поглядеть на предмет возможных ляпов?

Конечно, давай.
P.S. На палеонтологическом форуме я с удовольствием читаю про твоих любимых клостридий. Пора бы и мне взгянуть на них повнимательнее.

Спасибо, у меня настроение сразу поднялось, просто пазл, на мой взгляд, постепенно складывается, и это не может не радовать.
А статью про превращение внутренней мембраны во внешнюю при спорогенезе, на которую я кидал ссылку на форуме палеонтологов видел? Если хочешь, могу послать тебе оригинал данной публикации в Cell. А ещё недавно в Nature вышла статья, что определённый экспериментальным путём состав атмосферы ранней Земли оказался окислительным, а не восстановительным, как думали раньше, что ещё больше убедило меня в мысли, что жизнь зародилась отнюдь не на Земле.

автор: Combinator сообщение 26372

Спасибо, у меня настроение сразу поднялось, просто пазл, на мой взгляд, постепенно складывается, и это не может не радовать. А статью про превращение внутренней мембраны во внешнюю при спорогенезе, на которую я кидал ссылку на форуме палеонтологов видел? Если хочешь, могу послать тебе оригинал данной публикации в Cell. А ещё недавно в Nature вышла статья, что определённый экспериментальным путём состав атмосферы ранней Земли оказался окислительным, а не восстановительным, как думали раньше, что ещё больше убедило меня в мысли, что жизнь зародилась отнюдь не на Земле.

Буду благодарен за статью. Обязательно и побыстрей прочитаю. Времени сейчас стало побольше.
Взялся за правки своих статей здесь. Вчера вот поправил "Что было первым - метаболизм или ген?" - ошибки, рисунки и небольшие дополнения.

Статью отправил по адресу, указанному тобой при регистрации на форуме. Надеюсь, дошла. Новую версию откорректировнной тобой статьи "Что было раньше..." тоже обязательно посмотрю на этой неделе.

Насколько я понимаю, новая модель возникновения эвкариот основана на том, что спорангий древней полиэндоспорогенной и эндоскелетной клостридии – носителя микротрубчатых придатков эндоспор “поглотил” клетку археи.
Архея превратилась в истинное клеточное ядро, а микротрубчатые придатки эндоспор – в митотический аппарат ядра. http://144.206.159.178/FT/7795/866772/15120259.pdf

Combinator, Ваша идея по поводу упорядочённого расположения генов LUCA выглядит привлекательной. Вы не пробовали восстановить порядок генов у LUCA, основываясь на двух группах данных: обоснованных предположениях относительно набора генов LUCA (тРНК, рРНК, ферменты промежуточного метаболизма, РНК-полимераз) и Вашего источника - реального расположения генов у клостридий?

Ещё хотел бы обратиться к Вам с просьбой - может быть Вы могли бы здесь написать небольшую статью с критикой данной статьи на Элементах http://elementy.ru/news/431137 и с изложением Вашей позиции относительно происхождения грамотрицательных?
автор: Combinator сообщение 26370

Спасибо, весьма забавно. Кстати, по одной из версий динофлагелляты получили по крайней мере часть своих пластид непосредственно от фотсинтезирующий клостридий, а не по длинной цепочке поглащений от цианобактерий.

Какие аргументы есть в пользу этого утверждения?
Относительно клостридий мне приходилось лишь читать, что они сами приобрели некоторые гены от эвкариот.

P.S. Да уж, в скольких глобальных моделях учитываются уникальные особенности клостридий!

Насколько я понимаю, новая модель возникновения эвкариот основана на том, что спорангий древней полиэндоспорогенной и эндоскелетной клостридии – носителя микротрубчатых придатков эндоспор “поглотил” клетку археи. Архея превратилась в истинное клеточное ядро, а микротрубчатые придатки эндоспор – в митотический аппарат ядра. http://144.206.159.178/FT/7795/866772/15120259.pdf

Спасибо, на первый взгляд, очень любопытно, завтра внимательно почитаю.

Combinator, Ваша идея по поводу упорядочённого расположения генов LUCA выглядит привлекательной. Вы не пробовали восстановить порядок генов у LUCA, основываясь на двух группах данных: обоснованных предположениях относительно набора генов LUCA (тРНК, рРНК, ферменты промежуточного метаболизма, РНК-полимераз) и Вашего источника - реального расположения генов у клостридий?

К сожалению, я не очень хорошо знаком с предположениями относительно набора генов ЛУКА. А что касается моего способа, то я его, конечно, пытался применить для данной задачи. Надёжнее всего восстанавливаются участок генома, боизкий к точке начала репликации (ori). По мере движения в обе стороны "вглубь" кольцевой хромосомы разнообразие в последовательности генов постепенно увеличивается, и где-то условно говоря дальше 200-300 тыс. нпо (в оба конца) там уже всё довольно мутно... Если Вам интересно, я могу прислать Вам черновики моих попыток восстановления генома ЛУКА по "позиционному" принципу по нескольким сотням наиболее близких к ori генов. Там, естественно, много жизненно важных генов (ДНК полимераза, АТФ-синтаза, все основные субъединицы рРНК и т.д. и т.п.). А вот, например, оперон генов для синтеза жгутика и его мотора сильно гуляет, что, по видимому, говорит о его более позднем происхождении (косвенно это так же подтверждается негомологичностью генов синтеза жгутиков архей с аналогичным кластером генов у эубактерий).

Ещё хотел бы обратиться к Вам с просьбой - может быть Вы могли бы здесь написать небольшую статью с критикой данной статьи на Элементах http://elementy.ru/news/431137 и с изложением Вашей позиции относительно происхождения грамотрицательных?

Ну, критики там уже и в комментариях хватало. Или вот, например, здесь:
http://pathogenomics.bham.ac.uk/blog/2009/08/evidence-for-an-early-prokaryotic-endosymbiosis-i-dont-believe-it/
Что касается моей позиции, то идея о их появлении в результате мутации, приведшей к сбою спорогинеза и соотв. превращения внутренней мембраны родительской клетки во внешнюю мембрану дочерней клетки кажется мне весьма привлекательной, особенно, в свете эксперимекнтальных фактов, изложенных в статье в Cell. Если Вы считаете, что будет полезным написать по этому поводу небольшую статью, то я могу попробовать. Единственно, со свободным временем у меня не очень, ведь моя основная работа (распознавание рукописных текстов) страшно далека от молекулярной биологии.

Какие аргументы есть в пользу этого утверждения? Относительно клостридий мне приходилось лишь читать, что они сами приобрели некоторые гены от эвкариот.

Вот здесь: http://medbiol.ru/medbiol/microbiol/0000976a.htm
утверждается, что "на основании сходства между бактериохлорофиллом g и хлорофиллом с высказывается предположение о том, что гелиобактерии (то есть, фотосинтезирующие клостридии и другие фирмикуты! - вставлено мной) - предки пластид, содержащих хлорофилл с, имеющихся в группах бурых, диатомовых, золотистых и других водорослей." Так как у динофлагеллят, как известно, в дополнение к хлорофиллу a, тоже имеется именно хлорофилл с (а не b, как у большинства остальных водрослей), можно поспекулировать, что высказанное выше предположение можно отнести, в том числе, и к ним. Кроме того, насколько я помню, когда я делал запросы к базе NCBI, то в кластере генов аппарата фотосинтеза для клостридии Heliobacterium modesticaldum Ice1 иногда неожиданно вылезали гены, имеющие неплохую степень гомологии с некоторыми генами динофлагеллят... Но это всё, конечно, довольно зыбкие аргументы, голову на отсечение за эту гипотезу я не дам, нужны дополнительные исследования, что бы можно было более-менее уверенно её подтвердить или опровергнуть...

P.S.

По поводу новой версии Вашей статьи "Что было первым..." у меня есть некоторые предложения по стилистическим улучшениям, и некоторые, так сказать, "мысли вслух". Я могу изложить их здесь, либо отправить Вам письмо с соотв. предложениями по улучшению и "рассуждениями на тему".

автор: Combinator сообщение 26610

По поводу новой версии Вашей статьи "Что было первым..." у меня есть некоторые предложения по стилистическим улучшениям, и некоторые, так сказать, "мысли вслух". Я могу изложить их здесь, либо отправить Вам письмо с соотв. предложениями по улучшению и "рассуждениями на тему".

Пока времени не было. Но в выходные вновь сяду за материал.
Ящик я убил. Временный - coder
И конечно выкладывай мысли вслух.
Пока главных предварительных вывода два:
1. Модели возникновения эвкариот ещё достаточно сырые, и разные модели противоречат друг другу.
2. В клостридиях по видимому и правда есть несколько подсказок к тому, как произошло клеточное ядро, возможно - относительно структуры генома Луки, возможно - относительно происхождения грамотрицательных и пластид.

Пиши смелей, мысли твои заставляют задуматься.

Лука, свои мысли по поводу обновлённого варанта твоей статьи "Что было первым - метаболизм или ген?" изложил в своём комментарии к оной статье.

По поводу гипотезы происхождения эукариот от клостридий в результате "сбоя" процесса спорогинеза. Идея, как мне кажется, очень любопытная и плодотворная. Но я бы её слегка модифицировал. Ни к чему привлекать на мой взгляд малореалистичный процесс "подмены" клеткой древней археи дочерной клетки в процессе спорогинеза. Исходя из бритвы Оккама логичнее предположить, что и бактерии с двойной мембраной и эукариоты произошли в результате каких-то мутационных процессов в спорогенерирующих бактериях, приведших в первом случае к перерождению мембраны их материнской клетки во внешнюю мембрану грам-отрицательнных бактерий, а во втором случае к перерождению дочерной клетки спорогинезной бактериий в ядро эукариотической клетки. При этом, в случае эукариотов, они произошли скорее всего не от клостридий, а от их близких родственников - актиномицетов - http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%BD%D0%BE%D0%BC%D0%B8%D1%86%D0%B5%D1%82%D1%8B , многие из которых тоже способны формировать споры. При таком сценарии эукариоты являются вместе с археями сестринскими группами, произошедшими от актиномицетов или, как вариант, от ныне вымершей группы бактерий, которые имели общие черты клостридий, бацилл, и актиномицетов. Судя по всему, эта группа сформировалась в результате симбиоза грам-положительной бактерии и бактериофага (иногда вирусам оказывается выгоднее не убивать клетку сразу, а встроиться в её геном, что бы он тиражировался самой клеткой в процессе её деления). Подробнее эта гипотеза изложена здесь - http://www.biology-direct.com/content/6/1/16

То, что предок эукариот обладал многоими чертами, свойственными актиномицетам можно подкрепить следующими соображениями:
1. Именно у актиномицет есть практически полный набор генов для синтеза прекурсора стерола, считающегося одной из основных "визитных карточек" эукариот.
2. Эукариты - аэробы, а археи и клостридии облигатные или факультативные анаэробы. В то же время, актиномицеты как раз, в основном, аэробы.
3. Актинобактерии, включая актиномицентов, активно "сосут" водород из атмосферы (по некоторым оценкам, они обеспечивают до 80% от общих источников поглащения атмосферного водорода).
4. По некоторым признакам (прежде всего, формированию мицелия) прослеживаются явные аналогии актинобактений с низшими грибами.
5. Те немногочисленные случаи, когда бактерии обладают не кольцевым, а линейным геномом, обнаруживаются преимущественно как раз у актиномицетов.

По видимому, именно химерный состав генома первых эукариот, изначально получивших от сроднившегося с ними вируса серьёзный аппаратный багаж, облегчающий манипулирование генетическим материалом, и позволил им успешно вступать в симбиотические отношения со многими бактериями, постепенно перетаскивая в свой ядерный геном наиболее ценные гены своих "постояльцев".

LUСA, я отправил на указанный тобой адрес результаты своей возни с геномами клостридий. Не знаю, когда руки дойдут продолжить это занятие, но, может быть, что-то из того, что мне уже удалось нацедить в сентябре, покажется тебе интересным. Если будут вопросы или комментарии - пиши сюда или прямо на мыло.