Здравствуйте, Дмитрий. У Вас такой поток информации, я не успеваю думать))). Но интересно.
Здравствуйте, Олег. Я стараюсь быть менее многословным. Но порой, что бы быть правильно понятым, на мой взгляд, просто необходимо подкреплять свои соображения и вопросы фактологическим материалом. Но я попытаюсь не распыляться ))
В лабораторных условиях много чего можно сделать. Однако для каждой следующей реакции нужны особые специфические условия, а стадий многие тысячи, и на каждой стадии образуется куча побочных продуктов, от которых надо избавляться, и если есть НИИ, он может за несколько лет сделать одну сложную молекулу, а разных молекул нужны сотни тысяч, да подходящих друг к другу.
Ну смотрите, Олег, а какие у науки есть варианты по изучению вопросов абиогенеза? Можем ли мы в природе наблюдать сей процесс? Очень сомнительно!!
Во-первых, ещё Дарвин прозорливо писал, что те простейшие кирпичики (органические молекулы и их более сложные комплексы), из которых формировалась жизнь на заре своего зарождения... в наших, современных условиях, просто станут субстратом для высокоразвитых форм жизни! Всё что может появиться более сложного среди абиогенной органики, будет просто "съедено" современными микроорганизмами, т.е. использовано для своей жизнедеятельности. Конкуренция тут абсолютно жёсткая. Поищите ещё на нашей современной Земле местечко удобное для спокойного постепенного абиогенеза, да ещё
абсолютно стерильное!
Во-вторых, общепризнанно, что условия на древней Земле отличались от современных. Тот же кислород в подавляющей своей массе - это продукт фотосинтеза, который появился далеко не сразу. Кислород очень сильный окислитель. В современных условиях сложно найти локацию подходящую для абиогенеза и одновременно защищённую от воздействия кислорода. Согласны?
Что же тогда остаётся учёным, занимающимся проблемами абиогенеза? Опустить руки по-вашему?...
За не имением возможности непосредственно наблюдать процессы абиогенеза в природе, учёные стараются по косвенным данным выяснить, какие условия были на древней Земле. Где и под воздействием каких факторов мог происходить процесс синтеза сложных органических молекул, их полимеризация и репликация и т.д. Ну и, с учётом полученных данных, конечно проведение экспериментов в лабораториях!
Эти эксперименты проводятся отнюдь не ботаниками, а биохимиками экспериментаторами, знающими и химию,и биохимические основы современной жизни, на зубок. Конечно, ставятся многие эксперименты, не дающие убедительного результата (например с ничтожным и нестабильным выходом искомых продуктов). Но также ученые наталкиваются на более реалистичные пути абиогенного синтеза, под воздействием простых в своей сути природных факторов - температуры, ультрафиолетового излучения и т.д. И безусловно, биохимики в массе своей здраво оценивают вероятность протекания того или иного открытого ими процесса/реакции в естественных природных условиях вне лабораторий. У Вас есть в этом сомнения?
Да читал я про эти опыты. Ну да, они в 10 раз круче Миллера, что не мудрено, не трудно быть в 10 раз больше нуля. Ботаника это впечатлит, химика - нет. Почитайте любой хороший ученик органической химии, там гораздо больше открытий чудных. Только к абиогенезу это отношения не имеет.
Ну вот давайте на этом конкретном примере и определим - имеют ли, упомянутые мной эксперименты, отношение к абиогенезу или нет.
Одной из составных частей схемы реакций цианосульфидного протометаболизма является т.н. реакция Сазерленда. До её открытия в 2009 г. долгое время биохимики пытались получить рибонуклеиновые кислоты в три последовательных этапа - отдельное получение рибозы, отдельное получение нуклеинового основания, их дальнейшая сшивка и фосфорилирование. Т.е. экспериментаторы старались разбить процесс синтеза рибонуклиотида на более простые последовательные реакции, которые бы не мешали протеканию друг друга. И это было оправдано предшествующим негативным опытом: если смешивать много простых органических реагентов и вовремя не останавливать протекающую реакцию, то со временем получаются, помимо искомых продуктов, необходимых для дальнейшего построения живого, и масса побочных высокомолекулярных. В той же реакции Бутлерова, в конце, если вовремя её не остановить, получается сложная смесь сахаров, в которой нужные сахара перемешаны с семи-, восьмиуглеродными и т.д. сахарами и их продуктами распада. И сие есть проблема... Можно упомянуть и множество других более красивых реакций, решающих вопрос синтеза рибонуклеотидов. Но в них, в массе своей, те же проблемы - малый выход чистых искомых продуктов, и загрязнение побочными, которые нужно удалять каким-то естественным для природных процессов путём...
И вот команда смелых и не опустивших руки биохимиков во главе с Сазерлендом, отложив в сторону обоснованные предшествующим опытом предубеждения своих коллег - что нужно всё делать последовательно - взяли простые органические молекулы и смешали всё в одном ведре! Брали цианоацетилен, цианамид, глицеральдегид и гликольальдегид, кинули туда же до кучи и фосфат, входящий в состав рибонуклиотидов. Все реагенты, как видите, достаточно простые, пути синтеза которых и их доступность на древней Земле была ранее обоснована в опытах и наблюдениях. В итоге, фосфат не только не мешал реакции, но и облегчал её, подавляя синтез побочных продуктов. Так, он способствовал реакции цианамида с гликольальдегидом в сторону промежуточного продукта - 2-аминооксазола, а затем реакцию его с глицеральдегидом с образованием арабинозо-аминооксазолина. Затем арабинозо-аминооксазолин реагировал с цианоацетиленом, давая арабинозо-ангидронуклеозид. В обычном водном растворе при этом повышается pH, и среда становится щелочной, что приводит к распаду промежуточных продуктов и побочным реакциям с цианоацетиленом. Но фосфат и тут приходит на помощь, поддерживая среду кислой и направляя реакцию в сторону арабинозо-ангидронуклеозида! Он в свою очередь при повышении температуды превращается в циклический цитидин-монофосфат. А катализатором его фосфорилирования становится мочевина, образующаяся из цианамида в ходе одной из побочных реакций! Наконец, что бы избавиться от побочных продуктов этой реакции и превратить часть цитозина в урацил, достаточно осветить раствор ультрафиолетовым светом, коего в бескислородных условиях древней Земли было в избытке!
Ну вот, Олег, смотрите насколько красивая реакция, в которой побочные продукты одних этапов становятся катализаторами последующих! Простые реагенты, простые условия и процессы! Более того, в дальнейшем, в ходе других подобных реакций, в сути своей простых, были получены все четыре рибонуклиотида и десять из двадцати аминокислот! Не кажется ли Вам, что открытием данной схемы реакций цианосульфилдного протометаболизма учёные наконец сильно приблизились к пониманию путей, которыми в своё время Природа воспользовалась на данном этапе абиогенеза??
И Вы правильно заметили, что химическое равновесие может смещаться в ту или иную сторону ЛОКАЛЬНО. По сути в реакции Сазерленда мы это и видим - локальное смещение равновесия, которое позволяет одним продуктам становиться катализаторами других. Воздействие внешних факторов т.к. ультрафиолет так же смещает равновесие ЛОКАЛЬНО и приводит к необратимым реакциям и избирательному получению необходимых сложных продуктов. Присутствуют простые природные процессы смещающие равновесие - концентрирование нужных продуктов, осаждение и улетучивание ненужных... Я же не спорю, что вокруг нас много обратимых реакций, способных к равновесию, НО и процессов со смещённым равновесием, приводящих к САМОусложнению материи предостаточно! Как думаете??
Про проблему хиральности не буду говорить, чтобы не бить лежачего...
Значит тем более стоит и об этой проблеме поговорить ))
Этим вопросом креационисты троллили эволюционистов, наверное, на протяжении лет шестидесяти с момента открытия структуры ДНК. И действительно, даже если мы получаем искомые четыре нуклеотида, то раствор выходит близким к рацемическому содержанию левых и правых изомеров с соотношением близким к 50/50. Как потом из этой смеси получить РНК и ДНК, состоящие только из правых изомеров, а белки из левых аминокислот, было не понятно. Решение задачи самосборки таких хирально чистых да ещё и длинных молекул казалась долгое время статистически невероятной!
Но и в данном вопросе Природа пришла на помощь, предоставив подсказки. Начнём с того, что в метеоритах из группы углистых хондритов, богатых абиогенной органикой, содержание левых изомеров аминокислот обычно больше на 1-5%, чем правых. Мелочь, но уже что-то. Это факт! Т.е. ещё до появления Земли, в Солнечной системе уже присутствовали области, богатые примитивной органикой со смещённой в нужную сторону хиральностью. Далее ученые экспериментально показали, что самые обычные минералы, такие как, например, кальцит, имеют отдельные хиральные грани, на которые избирательно оседают левые изомеры, на другие - правые. Тоже неплохо, если учесть, что жизнь могла зародиться в каких-либо пористых глинах, содержащих подобные минералы. Есть так же немало экспериментов, в которых рацемические растворы с равным содержанием изомеров, путём воздействия на них нехитрыми внешними факторами становятся хирально чистыми. Тот же Сазерленд установил, что рибоаминооксазолин при простом упаривании раствора кристаллизуется в хирально чистые кристаллы уже при соотношении изомеров 60:40! На последних стадиях синтеза аденина и цитозина в упомянутой выше реакции Сазерленда, при участии аминокислот (продуктов того же цианосульфидного протометаболизма) получается почти 100% раствор правых рибонуклеотидов!!! Особенно эффективно этому способствует пролин, связывающий и дезактивирующий левые рибонуклеотиды... Та-дам!!! )))
Олег, если Вас столь будоражит проблема хиральности, если будет интерес, можем более подробно рассмотреть эти эксперименты. Далеко не всё в этом вопросе оказалось невероятным, как это раньше виделось.
А спонтанное возникновение информации в неживой (более того, в неразумной!) природе не обнаружено. Поправьте меня, если я ошибаюсь.
А вот тут, Олег, мы с Вами пришли, на мой взгляд, к самому интересному аспекту!
Самопроизвольное усложнение материи есть простое складывание кирпичиков за счёт образования связей между ними, будь то ядерный или химический синтез. Движущие силы здесь имеют обычный термодинамический характер, а структура сложной системы полностью определяется свойствами составных частей. Можно сказать, что например структура вновь получившегося атомного ядра была уже изначально заложена в свойствах протонов и нейтронов.
Согласен!
... И ничего иного из них не построишь...
Я бы поправил... из протонов, нейтронов, электронов и т.д. можно построить множество разных химических элементов с разными свойствами...
С философской точки зрения эта сложность не обладает свойством новизны, так как была запроектирована заранее.
А вот с этим утверждением я не могу согласиться... Вы правильно заметили, что вновь образуемая, более сложная структура
полностью определяется свойствами составных частей... и я бы добавил что не только. Но и их
взаимным расположением и отношениями! Например,
структура! воды H2O, определяется свойствами её составных частей - водорода и кислорода, их способностью к определённого рода взаимодействию при наличии подходящих условий. Но разве вновь образованная структура - молекула воды - не обладает
новыми свойствами, не присущими составляющим её структурным элементам??! Например, способностью находиться в жидком состоянии при температуре от 0-100с при давлении в 1 атмосферу? Вы можете найти такое свойство у водорода или кислорода, или у их структурных элементов - электронов, протонов, нейтронов и т.д? Это что-то новое появилось?? Откуда оно появилось? Та же ситуация при обратном процессе разложения воды на структурные элементы. Куда деваются свойства воды? Где-то сохраняются по-Вашему? В продуктах распада? Вот ответьте, пожалуйста, на эти вопросы - мне очень хочется понять Вашу логику, Ваше видение такого явления, как ЭМЕРДЖЕНТНОСТЬ!
Процесс построения сложных молекул в живых организмах кардинально отличается от вышеописанного, так как там свойства получаемых молекул не определяются химическими свойствами исходных молекул (хотя конечно и не противоречат им). А чем они тогда определяются? А вот как раз «сверхъестественной силой», а именно заложенной в них информацией. Информация в них через биохимический интерфейс направляет процессы внутриклеточного синтеза по путям, статистически невероятным, но обеспечивающим гомеостаз, рост, размножение и тд и тп.
А спонтанное возникновение информации в неживой (более того, в неразумной!) природе не обнаружено. Поправьте меня, если я ошибаюсь.
Собственно, а что принципиально отличает цепочку нуклеотидов, кодирующую конкретный белок - т.е. ген - от молекулы воды? У молекулы воды свои свойства, у цепочки нуклеотидов свои. Да, разная степень сложности, разный уровень организации материи. Но где тут необходимость в сверхъестественном?? Вас, я понимаю, поражает сложность процессов в живой клетке, меня тоже. Но можно остановиться перед этой сложностью в благоговении, а можно попытаться понять, как она могла появиться.
Вас удивляют, я полагаю, пути внутриклеточного синтеза - все эти гиперциклы реакций, увязанных друг с другом через прямые и обратные связи?! Один цикл Кребса чего стоит, или процесс сплайсинга РНК. Но разве в неживой природе не встречаются процессы САМОорганизации? Чем принципиально отличается циклический ход превращения одних реагентов в другие в реакции Белоусова-Жаботинского?? Вы говорите всё дело в информации, заложенной в геноме живых существ? Но может стоит присмотреться внимательно к ней? Всё ли в геноме свидетельствует о работе Всеведующего Творца?
Я в своё врем почерпнул прекрасную аналогию у Докинза. Если представить современную жизнь, как вершину горы, вершину приспособленности, то можно вообразить два способа достижения этой вершины.
Сотворение - это если бы как альпинист в один прыжок запрыгнул бы на гору, и
Эволюцию - тот же альпинист путём преодоления множества препятствий и испытаний, малыми шажками вскарабкался на вершину. В каком состоянии мы бы ожидали увидеть альпинистов в том и другом случае? При сотворении, наверное, альпинист был бы чистеньким, не запыхавшимся и не запылившимся, а при долгом эволюционном подъёме - мы бы рассчитывали обнаружить следы на пути его подъёма - и мы их видим в палеонтологической летописи!. Альпинист-эволюционист был бы в садинах, возможно с обморожениями, запылившийся и т.п. И подобное же мы можем видеть в генетической летописи современных организмов, в их эмбриологии и т.п.
Ну вот например, белок D1 в реакционном центре пурпурных несерных фотосинтезирующих бактерий, которые не могут расщеплять воду, что бы производить органические соединения в отсутствии кислорода, и используют в качестве источника электронов и протонов водород или углеводы, этот белок D1 у них стабильно работает! Но у потомков этих бактерий - фотосинтезирующих и производящих кислород, этот же белок в присутствии кислорода функционирует из рук вон плохо. После переработки каждых 10000 электронов он просто начинает разваливаться! Процесс занимает около 30 минут. И какое же решение мы видим от бездумной, не способной на резкие скачки и попятных ход, Эволюции? Правильно, создание сложной системы починки данного белка! Это как если бы через каждые 10000 оборотов колеса бригада механиков на полном ходу свешивалась бы из автомобиля и заменяла повреждённую шину )) Эволюция работает с тем, что в наличии... От Разумного Создателя мы бы ожидали более изящного решения. Как думаете??
Или вот почему в ДНК и РНК присутствуют всего четыре конкретных нуклеотида, хотя существует гораздо больше вариантов нуклеотидов менее подверженных ошибкам копирования? Это установленный экспериментальный факт. У эволюционных биохимиков есть ответ - данные нуклеотиды прошли отбор на устойчивость к ультрафиолету, которого было в избытке на Земле в бескислородную эпоху. А что можно сказать про Разумного Создателя? Чем обоснован Его выбор, если вся современная жизнь сегодня надёжно защищена от ультрафиолета озоновым слоем? Где логика?
Могу и ещё примеров подкинуть, если будет интерес... Это к вопросу об исключительной удивительности информации, заложенной в генетическом коде. Есть в чём покопаться...
Возвращаясь к Вами озвученным сомнениям... как-то читал труды нашего советского учёного, профессора Ляпунова, одного из отцов отечественной кибернетики. Он, помимо всего прочего, живо интересовался потоками информации в биологических системах, и пришёл к выводу, что информация не подвержена закону сохранения, как энергия, масса и т.п. В его понимании информация может появляться и исчезать в результате биологических процессов. Что думаете об этом? Это, на мой взгляд, принципиальный в нашей с Вами дискуссии вопрос. А проблема путей появления сложного биологического кода путём малых шагов, соответственно и генетической информации - это вопрос производный, согласны? В общем, хотел бы услышать Ваши мысли насчёт ЭМЕРДЖЕНТНОСТИ, как Вы её понимаете, признаёте ли её существование?
PS Простите, видимо опять не сдержал обещания быть кратким, останавливаюсь )) Вам слово.