Гипотеза самозарождения жизни на земле. показать сущность теории самозарождения жизни на земле -абиогенеза и её опровержение. показать сущность теории. — презентация

Литература:

Unrau PJ, and Bartel DP, RNA-catalysed
nucleotide synthesis. Nature, 395: 260-3, 1998

Orgel LE, Polymerization
on the rocks: theoretical introduction. Orig Life Evol Biosph, 28:
227-34, 1998

Otsuka J and Nozawa Y. Self-reproducing
system can behave as Maxwell’s demon: theoretical illustration under
prebiotic conditions. J Theor Biol, 194, 205-221,
1998

Woese C, The
universal ancestor. Proc Natl Acad Sci USA, 95:
6854-6859.

Varetto L, Studying
artificial life with a molecular automaton. J Theor Biol, 193: 257-85,
1998

Wiegand TW, Janssen RC, and Eaton BE, Selection
of RNA amide synthases. Chem Biol, 4: 675-83,
1997

Severin K, Lee DH, Kennan AJ, and Ghadiri MR, A
synthetic peptide ligase. Nature, 389: 706-9,
1997

Ruse M, The
origin of life, philosophical perspectives. J Theor Biol, 187:
473-482, 1997

Lee DH, Severin K, Yokobayashi Y, and Ghadiri MR, Emergence
of symbiosis in peptide self-replication through a hypercyclic
network. Nature, 390: 591-4, 1997

Lee DH, Severin K, and Ghadri MR. Autocatalytic
networks: the transition from molecular self-replication to molecular
ecosystems. Curr Opinion Chem Biol, 1, 491-496,
1997

Di Giulio M, On
the RNA world: evidence in favor of an early ribonucleopeptide world.
J Mol Evol, 45: 571-8, 1997

Ekland EH, and Bartel DP, RNA-catalysed
RNA polymerization using nucleoside triphosphates. Nature, 383: 192,
1996

Lohse PA, and Szostak JW, Ribozyme-catalysed
amino-acid transfer reactions. Nature, 381: 442-4,
1996

Ferris JP, Hill AR Jr, Liu R, and Orgel LE, Synthesis
of long prebiotic oligomers on mineral surfaces .
Nature, 381: 59-61, 1996

Lazcano A, and Miller SL, The
origin and early evolution of life: prebiotic chemistry, the pre- RNA
world, and time. Cell, 85: 793-8, 1996

Ertem G, and Ferris JP, Synthesis
of RNA oligomers on heterogeneous templates. Nature, 379: 238-40,
1996

Lee DH, Granja JR, Martinez JA, Severin K, and Ghadri MR, A
self-replicating peptide. Nature, 382: 525-8,
1996

Joyce GF, Building
the RNA world. Ribozymes. Curr Biol, 6: 965-7,
1996

Ishizaka M, Ohshima Y, and Tani T, Isolation
of active ribozymes from an RNA pool of random sequences using an anchored
substrate RNA. Biochem Biophys Res Commun, 214: 403-9,
1995

Mushegian AR and Koonin, EV, A minimal gene
set for cellular life derived by comparison of complete bacterial
genomes. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 93:
10268-10273.

Ekland EH, Szostak JW, and Bartel DP, Structurally
complex and highly active RNA ligases derived from random RNA
sequences. Science, 269: 364-70, 1995

Breaker RR, and Joyce GF, Emergence of a
replicating species from an in vitro RNA evolution reaction. Proc Natl
Acad Sci U S A, 91: 6093-7, 1994

Chyba C and Sagan C, Endogenous
production, exogenous delivery and impact-shock synthesis of organic
molecules: an inventory for the origins of life. Nature, 355: 125-32.,
1992

Doudna JA, Couture S, and Szostak JW, A
multisubunit ribozyme that is a catalyst of and template for complementary
strand RNA synthesis. Science, 251: 1605-8, 1991

Lahav N, Prebiotic
co-evolution of self-replication and translation or RNA world? J Theor
Biol, 151: 531-9, 1991

Stadler PF, Dynamics
of autocatalytic reaction networks. IV: Inhomogeneous replicator
networks. Biosystems, 26: 1-19, 1991

Eigen M, Gardiner W, Schuster P, and Winkler-Oswatitsch R, The origin of
genetic information. Sci Am, 244: 88-92, 96, et passim,
1981

Eigen M, and Schuster P, The hypercycle.
A principle of natural self-organization. Springer-Verlag, isbn
3-540-09293, 1979

Yockey HP, On the information content of cytochrome c. J Theor Biol, 67:
345-76, 1977

Поисковые пространства или сколько иголок в стоге сена

Таким образом, я продемонстрировал, что создание отдельно взятого небольшого фермента это не так уж умопомрачительно сложно, как креационисты (и Фрэд Хоил) нас пытаются убедить. Некоторое непонимание происходит потому, что людям кажется, что множество ферментов/рибозимов, не говоря уже о рибозимных полимеразах РНК или любой форме самовоспроизводителей, представляют собой очень маловероятные конфигурации и что шансы формирования даже одного фермента/рибозима, не говоря уже о нескольких, из случайных аминокислот/нуклеотидов очень малы.

Однако, анализы проведенные Экландом указывают на то, что в пространстве последовательностей 220-нюклидной РНК, ошеломляющие 2,5*10112 последовательности являются эффективными лигазами . Совсем не плохо для вещества, которое раньше считалось только структурным. Возвращаясь, в наш примитивный океан с объемом в 1*1024 литров и предполагая концентрацию нуклеотидов равной
1*10-7 М , у нас получается примерно 1*1049 потенциальных нуклеотидных цепочек, и тогда ощутимое количество эффективных лигаз РНК (около 1*1034) может быть получен в течении года, не говоря уже о миллионах лет. Потенциальное количество полимераз РНК также высоко. Около 1 в каждой из 1020 последовательностей является полимеразой РНК . Похожие расчеты относятся также к рибосомным ацил трансферазам (acyl transferases) (около 1 в каждой из 1015 последовательностей), и к синтезу рибозимных нуклеотидов .

Точно также, из 1*10130 возможных 100-компонентных белков, 3,8*1061 представляют собой цитохром С (cytochrome C)! Существует множество функциональных ферментов в пептидноом/нуклеотидном поисковом пространстве, поэтому кажется возможным, что рабочие сборки ферментов вполне могли «приготовиться» в предбиологическом супе ранней Земли.

Таким образом, даже при более реалистичных (хотя и умопомрачительных) цифрах, случайная сборка аминокислот в «жизненные» системы (берете ли вы белковые ферменты, основанные на гиперцикле , системы из мира РНК , или сосуществующие рибозимно-белковые ферменты РНК ) выглядит совершенно реальной, даже с пессимистичными цифрами концентрации исходного мономера и времени синтеза.

Доисторическая протоплазматическая капля

Вычисления утверждают, что вероятность случайного возникновения белка длинной в 300 аминокислот (скажем фермента как carboxypeptidase) равна (1/20)300 или 1 шанс из 2,04*10390, что является удивительно и умопомрачительно невероятным. Затем, это усугубляется дополнительными вероятностями возникновения 400 или около того подобных ферментов до тех пор, пока результат не становиться таким огромным, что просто размышление над таким числом приведет к вытеканию вашего мозга через уши. Это создает впечатление, что формирование даже самого маленького организма абсолютно невозможно. Тем не менее, это совершенно неправильно.

Во первых, формирование биологических полимеров из мономеров это функция законов химии и биохимии и эти законы решительно не случайны.

Во вторых, изначальная предпосылка неправильна, потому что в современной теории абиогенеза первые «живущие объекты» были бы гораздо проще, даже не протобактерия или препротобактерия (то, что Опарин называл протобионтом и Уос (Woese) называл протогеномом ), а одна или несколько простых молекул длинной, скорее всего, не больше чем 30-40 субединиц. Эти простые молекулы медленно развились сначала в более организованные самовоспроизводящиеся системы, а затем в простые организмы . Иллюстрация, сравнивающая гипотетический протобионт с современной бактерией приведена ниже.

Первым «живущим объектом» могла бы быть одиночная самовоспроизводящаяся молекула подобная «самовоспроизводящемуся» пептиду из группы Гадири (Ghadiri) , или самовоспроизводящемуся гексануклеотиду , или полимераза РНК, которая действует сама на себя .

Ещё одна точка зрения это, что первыми самовоспроизводителями были группы катализаторов, либо белковые ферменты, либо рибозимы РНК, которые регенерировали себя как каталитический цикл . Примером может служить Sun Y самовоспроизводитель из трех субединиц . Эти каталитические циклы могут быть ограничены в маленьком пруду или лагуне, или быть каталитическим комплексом, впитанным либо глиной, либо липидными веществами на глине

Принимая во внимание, что существует много каталитических последовательностей в группе случайных пептидов или поленуклеотидов (см. ниже), вероятно, что мог образоваться небольшой каталитический комплекс

Эти две модели не взаимоисключающие. Пептид Гадири может мутировать и образовать каталитический цикл .

Не зависимо от того были ли первые самовоспроизводители одиночными молекулами или комлексами маленьких молекул, это модель не имеет ничего общего с Хойловским «тайфуном на свалке производящим Боинг 747». Чтобы ещё раз подчеркнуть мою мысль я приведу здесь простое сравнение теории, которую критикуют криационисты, и теории абиогенеза.

Обратите внимание, что настоящая теория абиогенеза состоит из несколько маленьких шагов. На самом деле я опустил некоторые шаги (особенно между гиперциклом и протобионтом) для простоты

Каждый шаг связан с ростом организации и сложности, и химические компоненты двигаются под «крышу организма» постепенно, а не делают это одним большим скачком.

Откуда креационисты взяли идею, что современные организмы сформировались спонтанно, не очень понятно. Первая современная формулировка абиогенеза, гипотеза Опарина/Халдина сделанная в 20-х, начинается с простых белков/белкоидов медленно развивающихся в клетки. Даже идеи циркулирующее в 1850-х не были теориями «спонтанности». Самое близкое, что я могу найти это оригинальные идеи Ламарка в 1803!

Принимая во внимание, что креационисты критикуют теорию, которая устарела на 150 лет и которой не придерживается ни один современный эволюционный биолог, зачем же нам продолжать? Потому, что в их ошибочных «опровержениях» проявляются некоторые фундаментальные проблемы со статистикой и биохимией

Примечания

1. Voet, Donald; Voet, Judith G. Biochemistry 1 (3rd ed.). — New York: John Wiley & Sons, 2004. — ISBN 0-471-19350-X.
2. ↑ Яновская М. И. «Пастер» / Серия «Жизнь замечательных людей». — М.: «Молодая гвардия», 1960.
3. Morgulis, Sergius; Oparin, Aleksandr Ivanovich. The origin of life. — New York: Dover Publications, 2003. — P. 25. — ISBN 0-486-49522-1.
4. ↑ Paul F. Lurquin. The origins of life and the universe. — Columbia University Press, 2003. — p. 96—99
5. H. Rauchfuss Chemical Evolution and the Origin of Life. — Springer, 2008. — p. 85—110
6. Paul F. Lurquin. The origins of life and the universe. — Columbia University Press, 2003. — p. 96
7. И. С. Шкловский. Вселенная, жизнь, разум. 4-е изд., доп. — М.: Наука, 1976. — С. 160 (гл. 13).
8. Наточин Ю. В. Роль ионов натрия как стимула в эволюции клеток и многоклеточных животных // Палеонтологический журнал. — 2005. — № 4. — С. 19—24.
9. Mulkidjanian, A. Y.; Galperin, M. Y. (2009) «1. On the origin of life in the Zinc world. 2. Validation of the hypothesis on the photosynthesizing zinc sulfide edifices as cradles of life on Earth», Biology Direct.
10. Sugawara, T. et al. (2011). Self-reproduction of supramolecular giant vesicles combined with the amplification of encapsulated DNA, Nature Chemistry, 1127.
11. . Pons, M-L, (2011).Early Archean serpentine mud volcanoes at Isua, Greenland, as a niche for early life, PNAS, Sept. 15.
12.  (недоступная ссылка)
13. Рождение сложности. Эволюционная биология сегодня: неожиданные открытия и новые вопросы / А. В. Марков. — М.: Астрель, CORPUS, 2010. — С. 60.
14. Crick F. Life itself: its origin and nature. — Simon and Schuster, 1981. — 192 p. — ISBN 0671255622.

Терминология

Абиогенез –
возникновение живого из неживого, т. е. исходная гипотеза современной теории происхождения жизни.

Ацил трансфераза (Acyl transferase) –

Фермент или рибозим, который синтезирует пептиды.

Лигаза (Ligase) –

Фермент или рибозим, который добавляет мономер к полимеру или соединяет короткие полимеры.

Мономер –

Любая субединица полимера. Аминокислота это мономер пептида или белка, нуклеотид это мономер олигонуклеотида или полинуклеотида.

Нуклеотид –

Аденин, Гуанин, Цитозин и Урацил. Это мономеры из которых состоят олиго- или полинуклеотиды такие как РНК.

Олигонуклеотид –

Короткий полимер, состоящий из нуклеотидных субединиц.

Полимераза –

Фермент или рибозим создающий полимер из мономеров. На пример, полимераза РНК производит РНК из отдельных нуклеотидов.

Рибозим –

Биологический катализатор, произведенный из РНК.

Самовоспроизводитель –
Молекула,
которая может создавать идентичные или почти идентичные копии самой себя
из меньших подединиц. Нам известны, по крайней мере, четыре
самовоспроизводителя.

Заключения

Даже сама предпосылка креациониских вычислений вероятности неправильна, так как они целятся в неправильную теорию. Более того, этот аргумент часто утопает в статистических и биологических ошибках.

На сегодняшний день, так как мы не знаем, какова вероятность жизни, практически невозможно приписать какие бы то ни было осмысленные вероятности шагам возникновения жизни, за исключением первых двух (мономеры в полимеры р=1.0, формирование каталитических полимеров р=1.0). Вероятность перехода из воспроизводящихся полимеров в гиперцикл вполне может быть равна 1.0, при условии правоты Кауфмана (Kauffman) о каталитическом закрытие и моделях фазовых переходов. Но для подтверждения этого нужна настоящая химия и более подробное моделирование. Для перехода из гиперцикла в протобионт вероятность зависит от теоретических концепций, которые все еще находятся в стадии разработки и пока неизвестны.

И наконец, возможность возникновения жизни зависит от химии и биохимии, которые мы все еще постигаем, а не от подбрасывания монеток.