Автокаталитические реакции склонны к усложнению.
Если в лужу насыпать кучу органической химии, то при определённых условиях луже будет проще и экономичнее стать живой, чем просто перестать булькать.
Ключевая работа тут — Autocatalytic Sets of Proteins Кауффмана.
Берём полипептиды — цепочки аминокислот. Это такие детали схемы, плавающие в нашей луже. Если у нас очень много разных деталей, может ли случайно возникнуть ситуация, когда они начнут собирать сами себя во что-то более крупное? Например, может ли конструктор сам себя собрать в деревянный домик или Тысячелетенего Сокола?
Интуитивное суждение — нет, потому что вероятность крайне, крайне низкая. Но если у вас реально очень разнообразный набор деталей, внезапно ситуация меняется.
Упрощая, от их случайного соударения сначала появляется деталь, которая может собирать другие более сложные. И начинает стрелять этими глайдерами во все стороны. Они бьются в другие, и появляется ещё одна, ещё и ещё. В общем, находится подмножество, которое может собирать само себя. Такие самособирающиеся наборы могут возникнуть даже при вероятности сборки 1 к миллиарду. Появляются автокаталитические наборы, где для каждого члена набора существует хотя бы одна реакция его образования, катализируемая другим членом этого же набора.
При увеличении максимальной длины полипептидов, количество возможных реакций между ними растет быстрее, чем количество самих полипептидов.
Дальше приводится математический анализ, показывающий, что вероятность образования автокаталитического набора стремится к 100% при увеличении разнообразия. Вероятности 1 к миллиарду нужно около 18 тысяч различных полипептидов, чтобы заработало. Это сильно меньше, чем в старой доброй бактериальной клетке, но надо же с чего-то начинать, правильно?
Дальше надо пройти ещё один порог сложности, когда реакции не замкнутся, а будут делать больше и больше новых деталей (а не повторять имеющиеся), то есть увеличивать шансы их провзаимодействовать. Это в конечном итоге почти гарантирует формирование автокаталитических циклов.
Итого:
— Есть матмодель, которая позволяет оценить возможность спонтанного возникновения автокаталитических наборов.
— Эта матмодель показывает, что пока полипептидов мало, всё ведёт себя как интуитивно ожидается, то есть лужа остаётся лужей.
— Как только деталей становится больше, лужа внезапно начинает потихонечку бурлить, создаются циклы.
— Появляются всё более и более сложные конструкции.
— Обсуждаются различные усложнения базовой модели, учитывающие более реалистичные предположения. Показано, что основные выводы устойчивы к этим усложнениям. В частности, для поддержания цикла в реальных условиях нужны ячейки или хотя бы какие-то другие условия, чтобы молекулы могли взаимодействовать и не распадаться сразу в среде. То есть лужа должна быть со сложной топологией. Это уточняется уже в других работах про модель GARD, там рассматриваются самособирающиеся капли, внутри которых идут реакции. Капли ограничены липидными компонентами.
— Синтез пептидов в воде термодинамически невыгоден, но при достаточной концентрации равновесие может сдвинуться в сторону более крупных полимеров или промежуточных олигопептидов.
— В других работах есть эксперименты с бесклеточными системами, доказывающие возможность сложных автокаталитических систем без генетики.
Есть и конкурирующие гипотезы. Например, гиперцикл Эйгена (The Hypercycle: A Principle of Natural Self-Organization). Гиперцикл — когда ядро это генетика, а белки вспомогательны и просто средство репликации. У Кауффмана нет единой матрицы. В итоге пришли к тому, что наиболее вероятно, что ранние самовоспроизводящиеся процессы имели и черты негенетических автокаталитических сетей (пептиды, короткие олигонуклеотиды, липиды и похожее), и элементы шаблонного копирования. Вероятно, сначала мог возникнуть набор слабоспецифичных автокатализаторов, а затем появились более точные механизмы воспроизводства (гиперциклы, кодирующие ферменты, и переход к ДНК/РНК на более поздних этапах).
#гуманитарии_познают_мир
--
Вступайте в ряды Фурье! Гномам тяжело нас всех выдумывать!
Если в лужу насыпать кучу органической химии, то при определённых условиях луже будет проще и экономичнее стать живой, чем просто перестать булькать.
Ключевая работа тут — Autocatalytic Sets of Proteins Кауффмана.
Берём полипептиды — цепочки аминокислот. Это такие детали схемы, плавающие в нашей луже. Если у нас очень много разных деталей, может ли случайно возникнуть ситуация, когда они начнут собирать сами себя во что-то более крупное? Например, может ли конструктор сам себя собрать в деревянный домик или Тысячелетенего Сокола?
Интуитивное суждение — нет, потому что вероятность крайне, крайне низкая. Но если у вас реально очень разнообразный набор деталей, внезапно ситуация меняется.
Упрощая, от их случайного соударения сначала появляется деталь, которая может собирать другие более сложные. И начинает стрелять этими глайдерами во все стороны. Они бьются в другие, и появляется ещё одна, ещё и ещё. В общем, находится подмножество, которое может собирать само себя. Такие самособирающиеся наборы могут возникнуть даже при вероятности сборки 1 к миллиарду. Появляются автокаталитические наборы, где для каждого члена набора существует хотя бы одна реакция его образования, катализируемая другим членом этого же набора.
При увеличении максимальной длины полипептидов, количество возможных реакций между ними растет быстрее, чем количество самих полипептидов.
Дальше приводится математический анализ, показывающий, что вероятность образования автокаталитического набора стремится к 100% при увеличении разнообразия. Вероятности 1 к миллиарду нужно около 18 тысяч различных полипептидов, чтобы заработало. Это сильно меньше, чем в старой доброй бактериальной клетке, но надо же с чего-то начинать, правильно?
Дальше надо пройти ещё один порог сложности, когда реакции не замкнутся, а будут делать больше и больше новых деталей (а не повторять имеющиеся), то есть увеличивать шансы их провзаимодействовать. Это в конечном итоге почти гарантирует формирование автокаталитических циклов.
Итого:
— Есть матмодель, которая позволяет оценить возможность спонтанного возникновения автокаталитических наборов.
— Эта матмодель показывает, что пока полипептидов мало, всё ведёт себя как интуитивно ожидается, то есть лужа остаётся лужей.
— Как только деталей становится больше, лужа внезапно начинает потихонечку бурлить, создаются циклы.
— Появляются всё более и более сложные конструкции.
— Обсуждаются различные усложнения базовой модели, учитывающие более реалистичные предположения. Показано, что основные выводы устойчивы к этим усложнениям. В частности, для поддержания цикла в реальных условиях нужны ячейки или хотя бы какие-то другие условия, чтобы молекулы могли взаимодействовать и не распадаться сразу в среде. То есть лужа должна быть со сложной топологией. Это уточняется уже в других работах про модель GARD, там рассматриваются самособирающиеся капли, внутри которых идут реакции. Капли ограничены липидными компонентами.
— Синтез пептидов в воде термодинамически невыгоден, но при достаточной концентрации равновесие может сдвинуться в сторону более крупных полимеров или промежуточных олигопептидов.
— В других работах есть эксперименты с бесклеточными системами, доказывающие возможность сложных автокаталитических систем без генетики.
Есть и конкурирующие гипотезы. Например, гиперцикл Эйгена (The Hypercycle: A Principle of Natural Self-Organization). Гиперцикл — когда ядро это генетика, а белки вспомогательны и просто средство репликации. У Кауффмана нет единой матрицы. В итоге пришли к тому, что наиболее вероятно, что ранние самовоспроизводящиеся процессы имели и черты негенетических автокаталитических сетей (пептиды, короткие олигонуклеотиды, липиды и похожее), и элементы шаблонного копирования. Вероятно, сначала мог возникнуть набор слабоспецифичных автокатализаторов, а затем появились более точные механизмы воспроизводства (гиперциклы, кодирующие ферменты, и переход к ДНК/РНК на более поздних этапах).
#гуманитарии_познают_мир
--
Вступайте в ряды Фурье! Гномам тяжело нас всех выдумывать!