Евгений Музыченко

Previous Entry Share Next Entry
Репликаторы, гены, эволюция
emuzychenko
Читаю "Эгоистичный ген" Докинза, и отчаянно жалею, что книга не попалось мне лет двадцать назад - русский перевод был издан как раз в 1993. А оригинал был написан аж в 1976.

Самое первое впечатление - то, как неимоверно криворуко и убого преподаются и пропагандируются в России теории происхождения жизни и эволюции. В нашем школьном курсе биологии, написанном где-то в середине-конце 70-х, было упомянуто лишь об опытах Опарина, доказавшего возможность возникновения сложных органических молекул под действием радиации, ультрафиолета и электрических разрядов. О том, как процесс мог идти дальше, писалось исключительно туманно - "случайное возникновение", "миллиарды лет непрерывного случайного комбинирования" и т.п. В это, конечно, теоретически верилось, но не более, чем абстрактно - не более, чем в практическую реализацию теоремы о бесконечных обезьянах.

С тех пор прошло тридцать лет, за это время я перечитал хренову гору книг и статей, в которых шла речь о возникновении жизни и эволюции - как научных, так и научно-популярных, как самостоятельных, так и посвященных критике креационизма. Но, блин, гадом буду, ни в одной из них я не встречал ключевой информации, принципиально необходимой для адекватного понимания теорий. А ведь эта информация была точно известна еще с 80-х.

Акцент на том, что в "первичном бульоне" неизбежно должны были возникать каталитические реакции, я впервые встретил с полгода назад, у А. В. Маркова, в "Рождении сложности". До этого нигде не встречалось ничего подобного - все то же унылое "случайно собралась молекула ДНК, а потом уже пошел естественный отбор по Дарвину" от эволюционистов, и такое же "такая сложная структура, как ДНК, не могла возникнуть спонтанно" от креационистов. А ведь упор на тот факт, что большинство реакций, идущих при репликации - каталитические, действительно является ключевым. Каталитическая реакция получает значительное преимущество перед обычной, а если при этом еще и возникает автокаталитический цикл, то формируется этакая молекулярная машина, активно потребляющая вещества из окружающей среды и преобразующая их в некий продукт с большой скоростью. А когда реакция идет быстро (секунды-минуты) - в среде неизбежно формируются достаточно резкие перепады (давления, температуры, концентрации, скорости, прозрачности, густоты и т.п.), что всегда способствует формированию сложных пространственных структур - например, тех же свернутых определенным образом белков.

А коли зашла речь о преимуществе, отсюда закономерно вытекает идея о конкуренции химических реакций между собой. А конкуренция - это тот самый отбор, на который обратил внимание Дарвин. И получается совершенно естественная и закономерная цепь:

- Возникновение простых органических молекул под действием высоких энергий.
- Возникновение каталитических реакций.
- Появление "молекулярных машин", в которых идут активные автокаталитические циклы.
- Наработка большого количества сложных и разнообразных молекул, которые могут разнообразно соединяться между собой.
- Возникновение из всего этого простейшей самовоспроизводящейся молекулы (репликатора) вроде РНК..

Подавляющее большинство популярных трудов о происхождении жизни грешит отсутствием предположений о том, что могло быть движущей силой, заставлявшей молекулы постоянно усложняться, что в итоге привело к возникновению РНК и ДНК. Как-то устоялось мнение, что все это шло "чисто спонтанно". Беда лишь в том, что при типичных для органики температурах "спонтанно" там ни черта не идет, а если повышать температуру или подводить другие виды энергий, то скорость распада начинает превышать скорость синтеза. И только этот самый катализ (а в особенности - автокатализ) способен как качественно повысить скорость протекания реакций в нормальных для органики условиях, так и способствовать усложнению отдельных молекул и молекулярных структур.

Разумеется, все это прекрасно и давно известно специалистам - биохимикам, биологам, генетикам, но в большинстве популярной литературы почему-то не упоминается. Теперь выясняется, что, как минимум, Докинз об этом писал (и писал популярно) аж в 1976. И где это все? Стоит ли удивляться, что у нас такое засилье креационизма вообще, и православия в частности? :)

Заглянул в статью об автокатализе в Википедии - так и есть, в ней нет даже ссылки на статью об эволюционной химии. В ближайшее время добавлю.

А ведь мы, по сути, действительно являемся "машинами выживания" для наших генов. :) Этакая "Матрица внутри нас". Может, потому этого особо не афишируют, дабы не взращивать в людях унижения собственной незавидной ролью? :)

Еще забавно, что гены строят свои машины, в том числе, и из материала, оставшегося после распада более ранних экземпляров своих же машин - чем не реинкарнация? :)

  • 1

Пара ссылок

1. h_ttp://elementy.ru/news/431082

2. Journal of American Chemical Society, V.128, p.20-21, 2006:

1) Представленный в межзвездном и вулканическом газах ядовитый для современных форм жизни карбонилсульфид (S=C=O), реагирует с аминокислотами (R-CH(NH2)COOH) в водном буфере при нейтральной кислотности среды (pH около 7) в присутствии одноэлектронного окислителя K3[Fe(CN)6] c образованием циклического реакционоспособного интермедиата (далее - NCA).

K3[Fe(CN)6] – весьма вероятный кандидат в предшественники активных центров цитохромов, белков отвечающих за окислительные процессы. (При подобном процессе сера из карбонилсульфида окисляется с HS(-) до HSO3(-) и далее в SO4(2-).) Окисление соединений серы(2-) крайне важно для некоторых современных форм океанической жизни возле черных курильщиков. Да и не только для них.

2) NCA при этой pH (а еще лучше при 9) реагируя с молекулой какой либо аминокислоты (R’-CH(NH2)COOH, R’ возможно не равен R), дает соответствующий дипептид. Дипептиды могут реагировать с NCA сходным образом, производя трипептиды и т.д.

Таким образом открывается поле случайностей более высокого порядка по сравнению с полем случайностей предыдущего уровня организации материи (где есть лишь аминокислоты, сахара, некоторая другая примитивная органика и неорганика), на которое могут быть наложены требования имеющихся условий для формирования первых шагов предбиологической эволюции пептидов, предков белков. Новая ступень формирует и новые условия для отбора. Ступень отличается большим диапазоном статистически неравноправных возможностей реализации синтеза пептидов. Каждый вновь возникающий объект обзаводится с имеющимся окружением новыми связями, создавая новое поле случайностей и условий для выбора синтеза объектов параллельного с собой, низшего и более высокого уровней (взаимодействие с высшим уровнем проявляется для низших по мере появления последнего). При этом открывается путь для увеличения суммарной энтропии системы, что тоже – хорошо, т.к. находится в согласии со вторым началом термодинамики. Суммарно энтропия растет при росте номера ступени, но приращение энтропии на каждой последущей ступени меньше, чем на предыдущей. (Примерно экспоненциальное падение приращения.)

3) NCA может распадаться на исходную аминокислоту и карбонат-анион под действием вездесущих гидроксил-анионов ОН-.

При этом возможна рацемизация оптически активных аминокислот, что создает нишу для будущих наномашин – белков,- препятствующих подобного рода безобразию: для жизни важны аминокислоты L-ряда и синтезируемые на их основе белки. Кроме того создаются предпосылки для возникновения мембран для разделения реагентов и электрохимических взаимодействий, что со временем приводит к повышнию селективностей и выходов в реакциях на более высоком уровне организации. Сказанное – характерный признак систем с обратными связями. Эти обратные связи помогают протекать естественному отбору на данных примитивных ступенях, вчастности. На более продвинутых, естественно,- тоже. Системы стремятся к термодинамическому равновесию, при этом энтропия растет, а производство ее во времени - падает. Из тупика равновесия система может выйти, если она следует так называемому принципу максимума производства энтропии, который вступает в действие в близи точки равновесия. Работа этого пока не доказанного принципа - создание следующей иерархической ступени. Выход на эту ступень позволяет системе увеличивать свою энтропию и далее. При этом необходим подвод энергии, которая после прокрутки в циклах системы, дает ей возможность существовать, производя полезную работу, но, в большей степени рассеиваясь в виде тепла.


Re: Пара ссылок

Спасибо за ссылки, интересно. Я подчеркивал, что специалистам все это известно достаточно давно, но беда в том, что даже в XXI веке это популяризуется крайне медленно. А РПЦ наступает активно и, что немаловажно, весьма успешно.


продолжение

4) Судьба NCA может быть и менее прозаичной, чем в п.3. Он может взаимодействовать – и делает это! – с фосфат-анионом HPO3(2-), давая смешанные ангидриды аминокислоты и остатка фосфорной кислоты. Подобные ангидриды взаимодействуя с еще одним ионом HPO3(2-), высвобождают для новых циклов предэволюции исходную аминокислоту и параллельно приводят к пирофосфат-аниону – примитивному аналогу АТФ, способному, впрочем, быть источником энергии и в некоторых современных биоциклах (хорошо сохранились!). Реакция смешанных ангидридов со второй молекулой HPO3(2-) идет в присутствии ионов кальция, в частности – на гидроксиапатитах.

Здесь мы видим примитивные процессы О-фосфорилирофания, столь популярные ныне. Система, таким образом, получает дополнительно кучу положительных и отрицательных обратных связей. Кроме того, здесь та точка, где встречается производство энергии от окисления сульфидов современными биотами и их предшественниками с аккумулированием энергии в разного рода полифосфатах, в том числе – и возможных предшественников АТФ. Сульфиды же, как мы уже видели, могут поставляться живому не только в виде сероводорода как сейчас, но и в виде карбонилсульфида, что, по-видимому, имело место во времена оны.

Естественно, раз мы коснулись столь тонкой материи, как сера, к которой некоторые участники форума имеют весьма трепетное и неоднозначное отношение, стоит заметить, что не всегда ее падение с неба обозначает беду всему живому. Если оно еще недостаточно живое, так от серы оно только толстеет и румянеет :).

Безусловно, аминокислоты, содержащие серу, при столь ее важной роли должны были наиболее интенсивно вовлекаться в различные предбиотические процессы.

5) Естественно, авторы не могли миновать соблазна и решили выяснить: раз NCA реагируют с фосфат-анионами, не могут ли они взаимодействовать и с аденозинмонофосфатом (АМФ)… И таки да! При этом получается соединение, несущее активированную аминокислоту, присоединенную по атому кислорода фосфатного остатка аденозина. А это прекрасный кандидат на прогресс в области синтеза транспортных РНК, необходимых для синтеза белков по матрице. ЗДЕСЬ ВСТРЕЧАЮТСЯ ВМЕСТЕ ПУТИ ЭВОЛЮЦИИ БЕЛКОВ И НУКЛЕОТИДОВ. Возможно, здесь - та точка, которую так упорно ищет все прогрессивное биохимическое и биологическое сообщество :).

О возникновении жизни - очень рекомендую
====
http://users.livejournal.com/_hellmaus_/118334.html
Пишет _hellmaus_ (_hellmaus_)
2012-09-07 14:44:00

Происхождение жизни
По многочисленным просьбам выкладываю в сеть конспект своего курса для Летней Экологической Школы.

Там дофига весьма свежей информации, из статей последних 2-5 лет, большей части которой на русском языке просто нигде нет. Написано сложнее, чем "Рождение сложности" Маркова, но информации гораздо больше - "цинковый мир" и "железный мир", рибосомы без мРНК и мембраны без глицерола, четыре простых способа разделения оптических изомеров и многое другое!

Ахтунг! Для понимания многих мест желательно знать химию!
====

Текст большой, более 10 постов.
Очень познавательно.

Спасибо, буду просвещаться. :)

  • 1
?

Log in

No account? Create an account