Происхождение жизни.
Возвращаюсь к данной теме,ранее в Мембране она давалась работа в первый раз печаталась в ряде ресурсов с 2003 года..
Коррекции будут вносится раздельно ,..
From: «Sergey Astashkin»
To: ayotov@abv.bg
Date: Sat, 05 Jul 2003 19:18:22 +0400
Subject: origin of life-inglish
Зарождение судьбы.
Применяемые сокращения :
DNA- дезоксирибонуклеиновая кислота;
RNA- рибонуклеиновая кислота;
PUO(ПУО) — Пуриновые основания;
PMO(ПМО)- Пиримидиновые основания;
p-Nzd — про- нуклeозиды;
p-Ntd — про- нуклeотиды;
pNtd — полинуклeотиды;
Gl гликоли;
PAR про- реактор;
IE , ИЕ информационные единицы.
A-IB — блоки pNtd не которые содержат информации .
Существующие модели появления судьбы на Земле не отвечают на главные вопросы: 1- Движущие силы — `автопилоты` до появления клетки ?
2- путь и Вероятность возникновения?( почва | да и Вселенная | через чур молода , дабы обеспечить возможность происхождения судьбы из белков).
Предлагаемая модель ответила на эти вопросы. КАК же это произошло? Обрисовываемые в работе химические реакции — конечно же являются одними из огромного числа , но выделяются мной , как самые вероятные и ответственные для описания процессов приведших к зарождению судьбы на Земле. Главная мысль , очевидность зарождения судьбы — через информационную часть.
Т.е. `цель` жизни и ее сущность -самовоспроизведение , как раз с него и началась история судьбы на Земле. Разумеется , что DNA и RNA были базой происхождения клеточной структуры. Как и последующая эволюция: эволюция матрицы — DNA и RNA молекул. Как будет продемонстрировано ниже , время происхождения первых про — DNA и про — RNA молекул , было исторически маленьким.
Возможность происхождения судьбы так высока , что нужно будет принять, что Жизнь, в ее несложном виде — самовоспроизведение по данной модели — может появиться везде : где условия кроме того иногда повторяют `активные циклы` ( т.е. в случае если кроме того главные температуры низкие , но существуют периоды с температурами : 10СТ120С , с присутствием перечисленных ниже компанентов в воздухе и на поверхности , и с ограниченными территориями перегрева ). В будущем изложении собственной теории создатель разглядывает лишь значимые для происхождения судьбы реакции и процессы . В этом случае рассматриваются совокупности Земного типа.
`А`-этап.
В начале докембрия т.е. ~ 3.8 миллиарда лет назад воздух Почвы напоминала Венерианскую . Р ~ 150 бар Т ~ 300С с широкими территориями перегрева Т350 С. Главные компаненты :атмосферы-N,CO,CO2,H,HCN, NH3, SO2, H2S,CH4,C2H2, H2SO4 ,Н2О ,HCl. Неизменно образовывались NO, O, Cl, Br, J, NO2 и их производные. Состав поверхности — соли металлов, силикаты, фосфаты , и т.д. . Неизменно образуются и нейтрализуются — не сильный3PO4 и основания.
Сейчас идет образование и разложение карбидов первичных абиогенных карбонатов. Присутствуют в громадном разнообразии естественные катализаторы (соли переходных металлов и другие ).В этих условиях идет накопление и образование углеводородов.
CO + H2—CH4 +H2O ; (1)
карбиды металлов + H2O — CH4(C2H2) + окиси металлов (2)
n*CH4—CnHm +H2 (3) и т. п.
Так , на `А` этапе охлаждения Почвы 3.8 млрд лет назад шло интенсивное накопление устойчивых органических соединений — углеводородов , что только принципиально важно для предстоящей эволюции органики .
`
В`- этап
При понижении температуры ~ CO2 + 2NH3 = NH2-CO-NH2 ; (4)
C2H2 + 2NH3= NH2-CH2-CH2-NH2 (5)
CO + NH3 = NH2-COH ; (6)
NH2-CH2-CH2-NH2 + O2 = NH2-CH2-CN +2H2O (7)
NH2-CH2-CN — ПУРИН (8) и без того потом
до пиримидина и других производных пурина. Можно считать ,что накопление органики шло достаточно интенсивно, поскольку не было`потребителей`, а воздух была восстановительной. Сейчас начинается конденсирование воды — текут бурные реки , образуются озера и моря.
Все это содействует концентрации органических веществ . Конечно , что накапливаются самые устойчивые соединения . Пуриновые ( PUO ) и пиримидиновые ( PMO ) основания являются достаточно устойчивыми продуктами и накапливались в продуктах разнообразных реакций — в разном виде: как простые соединения , как их производные и как их соли. Так , на `В` этапе- образовывались и накапливались PUO и PMO . В этих условиях аминопроизводные еще неустойчивы ( под устойчивостью создатель осознаёт миллионы лет ) другими словами, до белков еще далеко.
По большому счету говоря , нужно уточнить неустойчивости и понятие устойчивости , как продуктов реакций так и промежуточных соединений. В первом случае , ответственна устойчивость образующихся соединений в достаточно продолжительный период времени. Во -втором случае, принципиально важно направление реакций и их удельный вес в других параллельных реакциях с теми же исходными веществами , назовем их соперничающими реакциями , в то время, когда сырье переводится в недоступный ,для интересующих нас реакций, продукт.
`С`-этап
При предстоящем понижении температур ~ 120 — 100 С , интесивность конденсации воды увеличивается , образуются все более широкие водные пространства. Условия сохранения продуктов реакций становятся все более мягкими . Начинается накопление гликолей и других сложных органических веществ. Реакции , каковые вели к их образованию ( с учетом `А` этапа — в то время, когда в достаточном количестве появились сложные углеводороды ) достаточно несложны и очевидны.
На этом этапе идет образование про — нуклеозидов (p-Nzd), в которых участвуют и экзотические моносахариды ( с сегодняшней точки зрения). Наличие Н3РО4 машинально приводило к образованию про — нуклеотидов (p-Ntd). Тут включается механизм концентрирования — только ответственный , ввиду относительной ничтожности количеств реагентов.
Начиная с этапа `В` на полифосфатах и силикатах , сорбировались PUO и PMO. Возможно легко представить себе обменные реакции на поверхностях : силикатов ( типа : поликремниевые поверхности на гелях и кварцитах поликремниевой кислоты и образованной из нее пены ) и полифосфатов с хемосорбированными на них ( К,Na,Li,Mg, Cs,Rb,H)- на (PUO и PMO ). Начался `Д` этап.
`Д`-этап
90 — 50 С
Включился автопилот — комплементарность и стерические особенности — эти факторы начали направлять реакции хемосорбции :
Примеры: Силикаты
———————
Контроль этих процессов — кинетический , термодинамический и ( отделим его ) — стерический. Т.е. , по окончании образования первичного слоя хемосорбированных нуклеотидов , существующие в растворе p-Nzd и p-Ntd комплементорно хемосорбируются на них. Остается лишь появиться подлинным химическим связям между этими нуклеотидами типа:
Gl -HPO4- Gl (РИС.3)
Запрещено исключать и еще одну возможность — поликремниевые кислоты и полифосфорные кислоты , имели возможность заменять фосфатно -гликолевый `скeлет` , образовывая полисилоксано — нуклеиновые комплексы , каковые после этого эволюционировали в гликолиевые и сахарозные.
а т.н. ленточные структуры поликремниевых и полифосфорных кислот по большому счету напоминали двухленточную DNA- лишь `неразборную`:
———————-
К хемосорбированным на силикатах (поликремниевой кислоте ) и полифосфатах PUO и PMO, каковые образовывали `ковры` на их поверхностях, присоединялись комплементарные PMO и PUO, и p-Nzd и p-Ntd , а к соединениям другого типа , не могли . Либо присоединившись — не могли реплицироваться. PUO и PMO , p-Nzd , p-Ntd, Nzd, Ntd -из-за не сильный растворимости в хемосорбции и воде, довольно часто появились в `ловушке`, т.о. снабжая концентрирование материала.
Ввиду относительной ничтожности концентации PUO и PMO , p-Nzd , p-Ntd, Nzd ,Ntd , такие `ловушки` играли роль фильтров-накопителей , концентрируя главную массу PUO и PMO, p-Nzd ,p-Ntd , Nzd, Ntd. Нужно учесть , что сами PUO и PMO , p-Nzd , p-Ntd , Nzd , Ntd — являются катализаторами — ферментами и в присутствии ионов Ме+n , аминокислот и других органических соединений играли роль первых ферментов.
Возможно оценить поверхность про — реактора ( PRO-ALIVE Reactor- `PAR`) — что образовывался из уже известных нам пород , к примеру : микропористого силикогеля ~ 10 кв.м./ ( гр.минерала ) либо -10 degr(7) кв.м./(тон.минерала). Выбор минерала основан на близости структурных постоянных связей силиката к существующим комплементарным связям — 3,4 А / в конечном итоге ,с учетом `экзотических `гликолей ,`работали` и другие размеры / :
Пример :
Силикаты Полифосфаты
Si— O—Si……….. Р— …O — Р
I …………. I………… I……………I
O…………O………..O………….O
I ~3,4A-.. I………….I~3,26A-..I
( РИС. 6)
PUO-3,4A-PMO (в полинуклеотидах)
I ………………I
D.Ribos D.Ribos
………./…………./…
……HPO4……HPO4
(РИС.7)
При величине природного минерального образования ( малого размера ) ~ до 100 тон
( около 7х6х7 метров) ( активной плотностью до 0,3), возможно оценить поверхность одного PAR как -10 degr(9) кв.м.. При постоянной (-Si—O—Si-), I ~ 3,4 А — возьмём плотность активных (РИС.8) центров ~ 3*10 degr (17)/кв.м.. Либо для одного реактора, ~3*10degr(28) активных центров в виде ковров. Для заполнения одного для того чтобы — PAR нужно ~ 3*10degr(28) молей нуклеиновых оснований (при заполнении 10% -3*10degr(27) молей , либо около 2х тон смеси ( PMO и PUO ).
Таковой реактор помогает `фабрикой`, где идет самодоработка полинуклеотидов. Стерическое автопилотирование реакций полимеризации , так возможно назвать эти процессы. Учитывая селективность процессов , нужно признать , что предложенный механизм укладывается в требования теории и логики. Возможность появления определенной последовательности DNA из 40 нуклеотидов ~ 4 degr(40) либо ~ 10 degr(24) — переборов.
Что возможно легко обеспечено уже при заполнении PAR. Возможно принять что скорость обменов типа:
— Si………………Si —
…… I………………… I
……О………………..O
……I..+PMO……… I +PUO
…… P…….—- P
…… U……………….M
……O………………..O
( РИС. 9)
~ 1 обмен/сек. Для нуклеида из 60 оснований — требуется возможность ~ 4 degr(60) ~ 10 degr(36) , что обеспечится таким PAR за ~10 degr(9) сек либо ~ 30 лет.
светло ,что остановки случайны, а обмены происходят циклически -`волнами`. Период волны ~ геологическим эффектам , к примеру : волны от водоема (гейзеры и т.п.) + дожди. Возьмём min ~10 сек , max ~ 1час . Средний период ~ 30 мин. Т.о. в вышеописанном случае / скорость генерации для 60 оснований / ~ 30 лет х 1800 ~ 0,054 млн.лет .
Но учитывая поливариантность , по всей видимости , данный срок ~ 100 раз меньше. Учитывая кроме этого низкий выход реакций / 3` — 5`/ ; и др. побочные процессы , соперничающие реакции — 2 порядка ,неселлективность фосфатирования 1 порядок , др. факторы 2 порядка / эта цифра увеличится ~ на 5 порядков , т.о. будем иметь ~54 млн.лет. Ясно, что такие совокупности будут `перегружены` тщетной информацией . Эти огромные довески , возможно грубо оценить на одну IU ( про-ген ), как равному порядку поливариантности, т.е. примерно ~ 2-4 порядка . Для неотёсанной оценки , возможно забрать величину гена нуклеазы 600 пар Ntd для него A-IB достигает от 60 000 пар до 6 млн.пар Ntd.
Сама разработка сборки имела возможность происходить и по следующей схеме :
1 В случае если минерал не имел достаточную `точность ` кристаллографических параметров , к примеру: для полифосфата долга связи Р — О — Р ~ 3,26 А , то при `осаждении ` стандартного современного варианта с постоянной ~ 3,4 А сперва образуются блоки величиной от 3 до 7 Ntd с напряжением связей от 0,1 А от центра (3%до 0,3 А (10%, что фактически не воздействует на селективность целого процесса , предстоящее удлиннение идет случайно , т.е. сама совокупность генерирует вероятные `мутации`(из-за напряжений) , от цикла к циклу кроме того при одной МАТРИЦЕ по следующему принципу:
———————
( РИС.10)
На краях цепей появляются громадные напряжения ,каковые и подвержены `мутациям` при всяком воспроизводстве. Учитывая ,что сшивка начинается от произвольных точек и пропуск от напряжений связей неопределен (блоки ~ 7 3 N PMO и PUO оснований ) то и число `мутаций` на одно и той же строке МАТРИЦы будет больше чем при совершенном размере 3,4 А .
Достаточно сшивка и хемосорбция кусков IU
——————
( РИС. 11)
И второй `автопилот`- избирательность ( PMO-PUO ) процессов. Началась избирательная репликация — сборка про-полинуклеотидов, тщетная, но самовоспроизводящяяся совокупность. И это на первых этапах усложнения органических веществ! Само собой разумеется, неспециализированный выход реакций был маленьким, но МАТРИЦА трудилась-`печатая`- pNtd.
И самое ответственное: реагенты неизменно `держались` посредством селективной адсорбции.Таковой `ковер` владел громадной устойчивостью и являлся — твердофазной реплицирующей матрицей. Причем эти матрицы были двухмерными. Дополнительная возможность, быстро увеличивающая число вариантов при одной матрице — кольцевые структуры. Т.к. в то время не было ни финиша, ни начала — то репликации происходили случайно, от случайной точки.
Тогда , кольцо с N-звеньев имело возможность иметь N(degr2)/2 — вариантов переборов . А кто сообщил , что узнаваемые комбинации активных pNtd и pNzd единственные? Уверен , существует значительно большее количество активных полинуклеотидов а также правила проявления таковых. Т.е. из, скажем, ~ 40 нуклеотидов возможно собрать много вариантов активных определенного типа ( скажем транспортной RNA ) — ПОЛИВАРИАНТНОСТЬ .
По причине того, что, одно -`автопилотирование` и стерическое `целеуказание` — второе — итог: появление `осмысленных` кодов ферментов , энзимов , лигаз , полимераз и т. п.. Жизнь дала старт!
Началась сортировка, концентрирование, самовоспроизведение случайных комбинаций. Началась слепая эволюция органической материи ( а в то время, когда она станет `зрячей`? ). Современные механизмы эволюции неподалеку ушли от данной несложной совокупности — весьма легко: это главный механизм и он снабжает Жизнь и ее Эволюцию .
`Д` этап — этап сортировки , концентрирования , самовоспроизведения случайных комбинаций ( конечно ,что этапы забраны с позиций типов протекающих процессов — с позиций организации живой материи ) шло направленное : НАКОПЛЕНИЕ и КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКОГО материала (выражаясь современным языком). Генетический материал организовал ИНФОРМАЦИОННыЕ ЕДИНИЦы ( Information Unit )- ИЕ (IU) и свободные поля — A-IB. Вероятны две схемы развития полинуклеотидов :
Первая — образование огромных случайных структур — комплектов , включающяя и взаимно -дублирующие собственные биологические особенности типа ИЕ1- A-IB1 ИЕ1- A-IB2 ИЕ2- —- Вторая- сосуществование огромного числа комплектов — первичная каша. типа ИЕ1 + A-IB1 + ИЕ2 + A-IB2 + ИЕ3 + ***+**. Представляется занимательным , что эти модели имели возможность ,в зависимости от условий , переходить одна в другую.
Исходя из сказанного выше , возможно классифицировать и эволюционировать историю развития Судьбы на Земле :
А. Накопление несложного органического материала ( углеводородов ).
Б. Накопление сложных орг.веществ а также гетеросоединений .Появление ПУО и ПМО и их концентрирование на полифосфатах и силикатах ;
С. Накопление p-Nzd и p-Ntd и их концентрирование. Адсорбция их на полифосфатах и силикатах ;
Д. Транскрипция поли-пронуклеотидов на них ;
Е. Повышение степени полимеризации ,появление ИЕ;
Ж. Появление `композитов`-шли естестевенно-случайные сборки липидов, нуклеотидов, полинуклеидов, металлокомплексов, аминокислот и других органических соединений в `композиты`- каковые начинают принимать участие в процессах обмена в данной `полинуклеидной каше.
З. Появление `свободных` полимерных молекул поли-продезоксинуклеотидов и поли-прорибонуклеидов накопивших нужные ИЕ снабжающие цикл самовос-производства и «кооперация» с другими дополняющими ИЕ . Естественные оболочки — микропузырьки в минералах, первенствовали`клетками`, в которых и обмен с окружающей средой время от времени становился специфичным — по микротрещинам в ней. Пузырьки разрешали фактически идеально `доваривать` случайные смеси полинуклеотидов и органики попавшие в них.
Возможно представить, что такая микротрещина играла роль селективной мембраны. Т.к. ее состав и размеры селективно определяли скорость перемещения разных типов молекул. Не страно , что первые совокупности были `привязаны` к силикатам — еще и потому , что они легко и разными дорогами образуют пузырьки ( лава , вулканический пепел, перегрев силикатных растворов и т.п.) с громадными удельными поверхностями, полузакрытого типа. Конечно ожидать, что первыми получили силикато-активные органические `композиты` — они сходу изменяли обстановку в `клетке` — разрешая изменять ее селиктивные свойства , селективно сорбировались на стенках `пузырьков
Иначе, появляется вторая схема эволюции полинуклеотидов.Эта схема не испытывает недостаток в построении ,тяжелой : фактически и теоретически необъяснимой эволюции по Дарвину воображаемую как линию постоянного и постоянного повышения `качества` материала. К сожалению , фактически , изменение DNA нереально включить в Дарвиновский механизм.
Т.к. уровень мутационных возможностей в одном геноме очень сильно ограничен ,по крайней мере он не в состоянии произвести радикальную смену генотипа эволюционно (гладко) без неспециализированной радикальной смены геномиального инструментария. Второе, мы не замечаем таких линий в природе: ни в фауне, ни во флоре.
Создатель уверен в том, что обрисовываемая выше схема — Твердофазной Матрицы -полностью соответствует требованиям параметров и параметров теории времени, нужным для описания процессов, приведших к появлению живой материи на Земле. Эта модель дает пищу для пути процессов эволюции и понимания эволюции , в базе которой выясняется эволюция DNA и RNA. Самым неожиданным есть вывод о гиганских `довесках` — тщетных ( не трудящихся ) последовательностей , что коренным образом меняет отечественные предствавления о пути самих механизмов и будущей эволюции эволюции .
Создатель еще раз желает уточнить , что целью данной работы было: узнать возможность и роль появления первичной `живой` структуры из автофункционирующего механизма, функционирующего на базе приемливых начальных условий ( с химической точки зрения, геологической, физической и вероятностных параметров процессов , конечно необходимости и логической достаточности ).
Другая эволюция настоящее выглядит исходя из начальной `перегруженности` геномов , каковые в ходе эволюции , при скрытых мутациях в территориях A-IB (довесках) реализуют нужный потенциал для изменения DNA.Таковой процесс есть процессом повышения `ценности` информации ,при уменьшении размеров DNA. Она не требует особого инструментария из догадок , предполагающих фактически осмысленное развитие.
В ее основе простые правила мутации перемещения , утраты , замены причем утраты в размерах DNA неизбежны. Но увеличение сокровища информации компенсирует колличественные утраты, конечно же до известного предела.
Создатель готовит следующую публикацию посвященную проблеме эволюции DNA.
Сергей Асташкин
