жизнь как форма существования открытых саморегулирующихся биологических систем
Определение жизни. Основные свойства живых организмов
«Жизнь – есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой. с прекращением обмена веществ прекращается и жизнь. » (Ф. Энгельс)
«Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот».
Современное определение: «Жизнь – это макромолекулярная открытая система, которой свойственны иерархическая организация, способность к самовоспроизведению, самосохранению и саморегуляции, обмен веществ, тонко регулируемый поток энергии». Жизнь существует в форме открытых систем. Это означает, что любая живая форма постоянно обменивается с окружающей средой веществом, энергией и информацией.
Основные признаки живых организмов:
А) Единство химического состава. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты не живой природы. В живых организмах 98% химического состава приходится на четыре элемента: углерод, кислород, азот и водород.
Б) Обмен веществ и энергии – это использование внешних источников энергии в виде пищи, света и др. Основу обмена веществ составляют взаимосвязанные процессы ассимиляции, т. е. процессы синтеза веществ в организме, и диссимиляции, в результате которых сложные вещества и соединения распадаются на простые и выделяется энергия, необходимая для реакций биосинтеза.
В) Самовоспроизведение. В основе самовоспроизведения лежит образование новых молекул и структур, которое обусловлено информацией, заложенной в нуклеиновой кислоте ДНК. Самовоспроизведение тесно связано с явлением наследственности: любое живое существо рождает себе подобных.
Г) Наследственность заключается в способности организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. Она обусловлена относительной стабильностью, т. е. постоянством строения ДНК.
Д) Изменчивость – это приобретение организмами новых признаков и свойств. В основе наследственной изменчивости лежат изменения биологических матриц – молекул ДНК. Изменчивость приводит к появлению новых форм жизни, новых видов живых организмов.
Е) Способность к росту и развитию – свойство организма увеличиваться в размерах и массе с сохранением общих черт строения. Рост сопровождается развитием. В результате развития возникает новое качественное состояние объекта.
Ж) Раздражимость – это свойство выражается реакциями живых организмов на внешнее воздействие. Благодаря раздражимости организмы избирательно реагируют на условия окружающей среды.
З) Дискретность – всеобщее свойство материи. Любая биологическая система состоит из отдельных, тем не менее, взаимодействующих частей, образующих структурно-функциональное единство.
Периодические изменения физиологических процессов в живых организмах, связанные с различными периодами колебаний
В процессе метаболизма сохраняются относительное постоянство химического состава и интенсивность течения физиологических процессов благодаря способности к
Любой живой организм представлен отдельной, обособленной формой, но тесно связан с взаимодействующими между собой частями, образующими структурно-функциональное единство
Реакция многоклеточных организмов на раздражения окружающей среды посредством нервной системы
Появление новых признаков и свойств организма определяется свойством
Свойство живых организмов, при котором происходит обмен веществ и энергией, называется
Свойство живых организмов, при котором происходит передача наследственных признаков из поколения в поколение
Количество химических элементов, входящих в состав живых организмов
Опираясь на современные достижения различных биологических дисциплин, новое определение понятию «жизни» дал русский ученый
Первое научное определение «жизни» дал ученый
Новое в блогах
Жизнь и сознание
Итак, по порядку: Всему существующему присущи взаимодействия, в результате которого в особенностях одной системы воспроизводятся особенности другой. Результатом таких взаимодействий является отображение (например, след на песке, образ предмета в сознании человека и т. п.). Можно различать взаимодействия в неживой материи, биологической и социальной. На уровне неживой материи имеется явление самоорганизации, например, образование кристаллов. На уровне биологических систем реализуется самосохранение, адаптация, размножение.
Чтобы говорить о сознании человека следует дать естественнонаучное определение жизни. Существует около 180 её определений. Они в основном носят системно-функциональный характер и не связывают жизнь исключительно с белком, как делал Энгельс.
Жизнь – это открытая саморегулирующаяся система, которая способна к самообновлению, развитию, самовоспроизведению и самосохранению на основе обмена веществом, энергией и информацией со средой. Живому присущи следующие свойства:
1. Способность к преодолению энтропии, т. е. способность создать упорядоченность в своем организме за счет увеличения беспорядка в окружающей среде. (Вот истоки экологического кризиса!)
2. Целесообразность организации, направленность на выживание в среде обитания.
3. Специфические формы передачи информации в живых системах: • Путём репликации. (Воспроизведения предыдущей формы организации у простейших). • С помощью наследственности. (Весь животный мир). • Путем подражания. (Приматы, высшие млекопитающие). • С помощью социально организованного обучения. (Человек). Разумеется, человеку присуща и генетическая наследственность, и подражание, но специфической формой стало именно целенаправленное обучение.
В процессе эволюции жизни возникли биологические предпосылки для возникновения мозга, как органа, управляющего движением живого существа. Неблагоприятные условия обитания и борьба за выживание заставили некую разновидность приматов использовать простейшее орудие – палку, приспосабливать её к своим целям, совершенствовать моторику руки, объединяться в группы, действовать совместно, менять репродуктивное поведение.
Промежуточное звено между обезьяной и человеком, которого не хватало для доказательства эволюционного происхождения человека. Скелет прямоходящей, но еще умеющей лазить по деревьям протоженщины, был найден в Африке. Находке дали имя Люси, её возраст 3,5 млн. лет. Но понадобилось еще 3,4 млн. лет, чтобы сформировался человек. Хотя биологически за последние 100 тысяч лет человек почти не изменился, вид «Homo sapiens sapiens» возник всего примерно 50 тысяч лет назад. Это совсем немного. И если начинать отсчет существования нашей цивилизации с неолита, с перехода от охоты и собирательства к производству, то это всего лишь примерно 8-10 тысяч лет, срок ничтожно малый. Мы еще буквально в младенческом возрасте.
Необходимость общения в процессе стадного существования, необходимость накопления и передачи информации при определенной биологической предрасположенности (мощный головной мозг, прямохождение, превращение передних конечностей в руки, существенная перестройка репродуктивной функции) привело к возникновению языка, т.е. второй сигнальной системы. Ни одно животное не располагает ею в такой развитой форме, как человек. И вовсе не труд создал человека, а эволюция его сознания: человеческий труд может быть только сознательной и целенаправленной деятельностью, до возникновения сознания труда не могло быть. Была спорадическая (случайная) орудийная деятельность и вместе с ней десятки тысяч лет развивалась вторая сигнальная система, система обмена информацией с помощью знаков. Так одновременно возникали человеческое сознание, язык, осознанная трудовая деятельность и тем самым собственно человек.
Получается, что не непосредственно от обезьяны, а из некоего промежуточного существа – проточеловека произошел человек. Хотя есть гипотезы, согласно которым некая развитая космическая цивилизация могла повлиять на генетическую эволюцию приматов, но сути дела это не меняет.
Величайший эксперимент поставила природа, и как оказалось далеко не безопасный для существования всего живого поскольку человек оказался самым прожорливым хищником, уничтожающим ресурсы планеты.
Мышление – процесс возникновения, изменения и разрушения определенных нейронных сетей. Поэтому с физиологической точки зрения материальным носителем мысли является нейронная сеть, возбужденная определенным образом в системе организма в данный момент времени. Сама же мысль – это функция мозга, это переживаемое психическое состояние, это «горящее пламя духа», а вовсе не некая «идеальная субстанция». Образ материальной вещи – это переживаемый субъективно результат деятельности мозга, как бы вынесенная вовне предметная сторона соответствующего нервного кода. Объект мысли выступает в качестве мысленного образа. В этом смысле мышление как бы вводит новый объект в систему уже имеющихся мысленных образов. (Кстати, вот почему так трудно принимать нечто непривычное, а всё непонятное зашоренный мозг часто считает враждебным ).
Что такое Жизнь во Вселенной: четыре базовых принципа вместо трёх характерных функций
Данная статья мотивирована необходимостью построить более общую картину, что такое жизнь (и какой она может быть) по отношению к остальным явлениям во Вселенной.
(Является переводом довольно любопытной научной статьи от 16 апреля 2020 года).
Введение. Зачем нужно новое определение для жизни?
Попасть сложно из-за слишком маленькой целевой зоны
Это не самая выгодная зона для попадания (гораздо лучше целиться в 3х60)
Есть множество других довольно выгодных участков для прицеливания
Следовательно, при поиске внеземной жизни мы должны учитывать, что:
Жизнь, очень точно подходящая под признаки той, с которой мы знакомы, может быть очень редкой во Вселенной, однако более общий класс жизнеподобных феноменов может быть куда более распространённым.
Могут существовать системы, которые только предстоит открыть или хотя бы представить, и они будут более успешно удовлетворять критериям жизни, даже по сравнению с земной.
Ослабив наши ограничения в определении жизни, мы откроем весь спектр параметров физических и химических взаимодействий, которые могут создавать жизнь.
Так же нас мотивируют жаркие споры в области происхождения жизни, которые разделили исследователей на множество лагерей, в каждом из которых спорщики ищут свой, «единственно истинный» сценарий появления жизни. Мы утверждаем, что большая часть споров произошла из-за различий в предположении о том, что есть жизнь и, соответственно, каким было её начало.
Переопределяя сам термин «жизнь», мы надеемся, что это поможет более глубокому взаимопониманию и информационному обмену между сообществами исследователей.
Характерные функции жизни
Другой взгляд предполагает существование неких «законов сохранения», подобных тем, что играют важную роль в физике и инженерии. То есть какие-то материальные и функциональные ограничения, которые присущи для жизни с самого начала. Любая система, которая не соответствует этим ограничениям не может называться жизнью (в рамках этого подхода).
Одним из примеров такого подхода является «принцип сохранения химии», на который ссылаются в [3 ]. Их аргумент выглядит таким образом: «Химические свойства организмов более консервативны, чем изменяющаяся окружающая среда, и поэтому сохраняют информацию о древних условиях окружающей среды» [4 ]. В соответствии с этим принципом поиск контекста происхождения жизни, по сути, представляет собой поиск пребиотических сред, максимально приближенных к клеточным условиям.
Рисунок 1. Три распространённых примера характерных функций жизни в теориях её происхождения.
Примерами характерных функций являются репликация РНК по шаблонам, циклы реакций, формирующие ранние виды метаболизма и изоляция систем липидными мембранами от окружающего мира (рис. 1). Это приводит к возникновению различных «первичных» теорий возникновения жизни. Например, в так называемой «гипотезе мира РНК» считается, что «согласно теории эволюции Дарвина неживая материя должна самоорганизоваться до получения поведения, которое мы приписываем биологии»[5 ], а наступление дарвинизма произойдет с абиотическим образованием длинноцепочечных РНК-полимеров.
Лабораторные эксперименты показывают, что приповерхностные среды, подверженные УФ-излучению и (возможно, эпизодическому) взаимодействию с атмосферными условиями и/или снабжаемые подходящими молекулами из внешних источников, идеально подходят для синтеза РНК, например [12 ].
С другой стороны, глубоководные щелочные гидротермальные источники являются центрами фокусировки окислительно-восстановительных процессов и неравновесия рН, которые могут приводить к возникновению протометаболических циклов, например, [6 ].
Однако, геотермальные пузырьки благоприятны для спонтанной самосборки липидных везикул, что отчасти обусловлено низкими концентрациями двухвалентных катионов [13 ].
Каждая теория, пытающаяся объяснить какую-то характерную функцию, присущую земной биологии, содержит неявное предположение о том, что эта самая характерная функция присутствовала при появлении жизни и что она является основополагающей.
Однако, учитывая изначальное отсутствие ископаемых или геологических свидетельств, нет почти никаких доказательств того, что какая-либо из этих функций действительно присутствовала в начале жизни.
Горизонт событий исследований происхождения жизни
Существует «горизонт событий», как подходящий по смыслу термин из астрофизики, в исследованиях происхождения жизни (рис. 2).
Подходы «сверху-вниз», такие как молекулярная филогенетика, используют подсказки из сохранившейся жизни, чтобы проследить историю жизни в направлении ее происхождения. Такой подход может привести нас только до LUCA.
Подходы «снизу-вверх», направленные на моделирование синтеза пребиотических молекул и/или наступление протоживых структур и функций, могут в один прекрасный день привести к созданию абиогенеза. Однако такое «пробное происхождение» не будет являться LUCA.
Рисунок 3. Невозможность различия сценариев происхождения жизни при подходе «сверху-вниз».
Кроме того, нисходящие подходы ограничены в своем понимании происхождения жизни, поскольку дерево жизни, которое мы видим сегодня, может быть достигнуто самыми разными теоретическими сценариями (рис. 3). Эти сценарии могут включать в себя множество никогда не сходящихся генов, в результате чего образуются совершенно разные геномные ветви, которые либо уже вымерли, либо все ещё присутствуют в качестве «теневой биосферы» [15 ].
Исторический vs Синтетический vs Универсальный сценарии происхождения
Следовательно, различные сценарии, разработанные исследователями, затрагивают не один, а множество научных вопросов. Одним из них обычно является происхождение жизни на Земле, которое распространяется и на генезис земноподобной жизни на других мирах.
Однако существует совершенно отдельный вопрос о происхождении «жизнеподобных» систем, как земных, так и неземных, в инопланетных средах.
Ещё один вопрос заключается в том, как мы могли бы создать полностью искусственные структуры, но которые мы бы считали живыми.
Эти разрозненные цели и задачи могут привести к тому, что сообщество исследователей столкнётся с проблемой «лебедя, рака и щуки» (вместо взаимопомощи), излишних споров (вместо консенсусного обмена идеями) или апатии (вместо подлинного интереса к работам друг друга).
В этой статье вводится новый словарь и новое определение жизни в ответ на эти опасения.
Определение Y-жизни
Y-жизнь представляет собой любое гипотетическое явление во Вселенной, которое удовлетворяет фундаментальным принципам живого состояния, независимо от типов эксплуатируемых неравновесий либо компонентов. Y-жизнь представляет собой любое гипотетическое явление, которое поддерживает своё низкоэнтропийное состояние путём диссипации и конверсии термодинамических неравновесий, использует цепи автокаталитических реакций для достижения нелинейного роста и распространения, использует гомеостатические регулирующие механизмы для обеспечения стабильности и смягчения внешних возмущений, а так же собирает и обрабатывает функциональную информацию об окружающей среде.
Понятие «жизнь, какой мы ее не знаем» не ново. Тем не менее, традиционные определения жизни не позволяют строго разграничить понятия «жизнь, какой мы ее знаем» и «жизнью, какой мы ее не знаем». Их расплывчатость не позволит нам вынести какой-то определённый вердикт, если разница между двумя категориями велика.
Например, согласно определению жизни, данному НАСА (см. введение), следует ли считать самоподдерживающуюся химическую систему, которая развивается не по Дарвину, «жизнью, какой мы её не знаем» или вообще не стоит её считать жизнью?
Чтобы исправить это, мы и разработали наши критерии Y-жизни на основе четырех фундаментальных процессов.
Это и есть 4 базовых принципа из заголовка статьи и их подробное описание выглядит так:
Хотя эти четыре принципа Y-жизни являются производными от наблюдений за жизнью в том виде, в котором мы ее знаем, новое определение намного более расширяемое. Эти четыре принципа представляют собой необходимые и достаточные требования к Y-живому состоянию, оставаясь при этом отделёнными от конкретных компонентов, составляющих систему.
Это иллюстрируется тем фактом, что существует множество систем, которые выполняют те же самые принципы, но достаточно отличаются друг от друга по форме (обсуждается далее). Следовательно, универсальность термина Y-жизнь вытекает из разумного ожидания того, что он может быть применен к еще неизведанным (или не изобретенным) системам, существующим в бесчисленных масштабах по всей Вселенной.
Может даже существовать класс систем, еще не открытых и не описанных, которые соответствуют всем четырём принципам Y-жизни, и, в дополнение, соответствуют некоторому пятому. Такие системы могут считаться Y-сверхживыми. Хотя открытие Y-сверхжизни, безусловно, стало бы началом новой научной парадигмы, мы пока что сохраняем агностицизм в отношении его существования.
Мы хотим подчеркнуть, что наше определение Y-жизни применяется на системном уровне. Принципы, которые могут быть применены к некой системе, зависят, в частности, от границ, которыми мы обозначаем эту систему. Например, какие принципы выполняют вирусы? Один вирус по отдельности не соответствует ни одному из принципов.
Вирусы в системе, состоящей из вирусов, бактерий и питательных веществ, могут совершать автокатализ и, путём разрушения своих жертв, диссипировать.
Вирусы в биосфере в целом, могут совершать не только автокатализ и диссипацию, но и обучаться (в процессе эволюции).
В некоторых экосистемах вирусы могут даже придавать системе гомеостатические атрибуты, вводя клеткам-хостам вспомогательные метаболические гены и поглощая органическое вещество через лизис [45 ].
Мы также отмечаем, что важность и актуальность этих принципов отделены от той легкости, с которой мы можем измерить их присутствие.
Для примера, измерение автокаталитического свойства, скорее всего, будет нетривиальным, если только рассматриваемые организмы/системы не могут быть культивированы. В частности, получения биосигнатур с удаленных экзопланет, вероятно, будет недостаточно для выявления автокаталитических свойств, если только эти сигнатуры не собираются в течение очень длительных периодов времени.
Следовательно, для этого принципа существует разделение между значимостью (это свойство имеет основополагающее значение для определения Y-жизни) и легкостью измерения (его может быть нелегко оценить).
Однако иногда автокаталитическое свойство проявляется очень драматично. Пока мы пишем эту статью, мир переворачивается с ног на голову сущностью, которая одновременно считается неживой и состоит только из небольшого генома РНК и набора белков. Каждая диаграмма, которая отслеживала COVID-19, показывала экспоненциальный рост (автокатализ) в первой фазе, демонстрируя как крошечные биологические сущности могут показать экстремальные нелинейные динамические изменения в короткое время.
Y-субжизнь
Помимо предоставления простого «контрольного перечня» критериев для определения того, является ли динамическая система живой или нет, эти четыре принципа также позволяют нам рассмотреть Y-жизнь в контексте других явлений во Вселенной.
Мы определяем Y-жизнь как любую систему, которая выполняет все четыре столба, и Y-субжизнь как любую систему, которая выполняет некоторые, но не все эти функции (рис. 5).
Что касается гомеостаза в системах равновесия (область 2 на Рис. 5), то здесь есть некоторые тонкости. Наше утверждение о том, что гомеостаз происходит в изолированных системах, заключается просто в том, что они являются архетипами устойчивости (по определению). Однако этот вопрос может быть спорным. Можно утверждать, что в момент флуктуации происходит мгновенное создание свободной энергии. Однако, использование такого колебания потребовало бы измерений и обработки информации, и, как показано в [56 ], для этого в системе с ограниченным количеством памяти потребуется стирание, которое не может быть сделано бесплатно, а значит, свободной энергии, создаваемой колебаниями системы равновесия, на самом деле не существует.
В целом любое возмущение такой системы исчезнет за конечное время по мере уравновешивания системы, поэтому мы допускаем гомеостаз в системах равновесия (однако, биологические гомеостатические процессы, как правило, происходят за счет потребления свободной энергии).
Существует несколько примечательных макромолекулярных комплексов, которые являются как диссипативными, так и автокаталитическими, но не обязательно гомеостатическими (области 3 и 6 на рис. 5).
Например, интернет-мемы явно являются автокаталитическими и диссипативными (учитывая затраты на вычислительную энергию, связанные с их распространением и коммуникацией). Кроме того, система «участие в социальных медиа плюс мемы» учится коллективно, и тем самым оказывается в регионе 6 на рис. 5.
На наш взгляд, вероятно также, что относительно простые системы, способные к рудиментарной обработке информации, могут возникнуть изначально и что способность этих систем со временем оптимизировать свои диссипативные, автокаталитические и гомеостатические черты определит их конечную судьбу (см. также [66 ]).
Например, первая жизнь на Земле почти наверняка не использовала ДНК для хранения информации или какие-либо узнаваемые ферменты в своей метаболической сети. После бесчисленных колебаний между случайностью и необходимостью эволюция всё же породила знакомые нам макромолекулы, которые мы наблюдаем сегодня. Далее мы покажем, как понятие «Y-жизнь» может изменить наши подходы к исследованию истоков жизни.
Y-жизнь и исследования происхождения жизни
Идея о том, что эти три характерные функции определяют необходимые и достаточные условия жизни, была подробно теоретически исследована в области создания искусственной жизни и концепций аутопоэзис [67 ] и «Хемотон» [68 ].
Рисунок 6.
На рисунке 6 показан «куб», вершины которого представляют живые системы с различными комбинациями компонентов, выполняющих три характерные функции. На одной вершине жизнь выполняет эти характерные функции, используя механизмы РНК/ДНК, хемиосмоса и липидных мембран. Вы можете удалиться от земной жизни на 1, 2 или 3 шага по ребрам этого куба и получить самые различные комбинации.
Рисунок 7.
Рассмотрим сверхсовременный японский поезд Синкансэн (с «метаболизмом», основанном на сверхпроводящих магнитах, охлаждаемых жидким гелием, «компартментализацией» из композиционных материалов, таких как углеродное волокно, полимеры и сплавы, и «обработкой информации» с помощью системы компьютерного управления). Изучая Синкансэн и ничего больше не зная, можно ли определить, как выглядел первый локомотив («метаболизм», осуществляемый при сжигании ископаемого топлива, «компартментализация» из чугуна и древесины, и «обработка информации» в виде бортпроводника)?
По нашему мнению, истина, вероятно, наиболее близка к гибриду этих «веревочных» и «луковых» концепций. Появление жизни и ранние стадии, вероятно, хорошо представлены концепцией веревки, в которой различные волокна соединяются, вносят свой вклад и покидают веревку. Основываясь на аналогии с «длинной веревкой», мы предполагаем, что «поглощения» Кэрн-Смита могли быть скорее внезапными, чем постепенными.
Однако, как только эволюция наткнулась на волокно с превосходной эффективностью или стабильностью, эта особенность быстро интегрируется и становится центральной нитью веревки жизни, навсегда укореняясь в молекулярном ядре биосферы. Слои функций, накапливающиеся вокруг центральной нити веревки, предотвращали бы потерю основных компонентов из веревки. Это приводит к «луковичной» истории, которую можно разобрать на части с помощью современных методов, таких как молекулярная филогения и метаболомика.
Обратите внимание, что «фиксация» функциональности происходит во многих сложных системах, включая экономические, технологические и политические. Системные ядра, которые взаимодействуют со многими более высокоуровневыми подсистемами, становятся настолько функционально связанными с различными модулями, что любые изменения в ядре будут вредными или катастрофическими для согласованного целого.
Это может быть верно, даже если существуют более совершенные системы-кандидаты на создание ядра. Например, многие европейские города в течение долгого времени росли органически и теперь имеют несколько фрактальную организацию. Сравните это с гораздо более спланированными сетчатыми структурами американских городов. Изменение фундаментальной структуры европейских городов в настоящее время слишком дорогостоящее, поэтому они надолго застряли с их спонтанными планировками.
Также вполне вероятно, что современные компоненты основных биохимических систем изначально выполняли различные функции. Биосфера изобилует примерами такой экзаптации: смена функции или кооптация компонента для другого использования. Перья изначально давали тепло и сигнальные способности и только позже стали орудиями полета. Крылья, вероятно, использовались для увеличения скорости бега прежде чем стали использоваться для полета [74 ]. Водный окислительный комплекс, возникший в эпоху кислородного фотосинтеза, возможно, изначально использовался для окисления марганца [75 ]. Дальнейшие примеры экзаптации смотрите в работе [76 ].
Таким образом, мы должны быть осторожны в попытках объявления однозначной универсальности того или иного компонента в современной биосфере и его необходимости для появлении жизни.
Возможно, длинные нити нуклеотидов не были первой системой обработки информации. Возможно, полифосфатные цепи не были первой «энергетической валютой» жизни. Возможно, первые мембраны не состояли из органических углеводородов.
Сценарии происхождения жизни, которые ищут абиотические пути синтеза специфических «строительных блоков» жизни, основываются на предположении, что эти молекулы: (1) стояли у истоков жизни; (2) выполняли те же функции в истоках жизни, что и сегодня; (3) проявляли функциональность сразу после формирования, т.е. после синтеза и начала применения всех компонентов жизни их способность к сложной обработке информации просто взяла и появилась (некоторые даже описывали это третье предположение как форму современного «витализма» [77 ]). Этот узкий подход неизбежно слеп к сценариям, в которых жизнь могла бы начинаться с использования альтернативных компонентов, как это могло бы произойти не только на Земле, но и в других местах Вселенной.
Итак, исследуя возникновение жизни, что же мы ищем, если не конкретные биомолекулы? Определение Y-жизни дает ответ: мы ищем систему, которая демонстрирует диссипацию, автокатализ, гомеостаз и обучение. Основываясь на общих процессах, а не на конкретных компонентах, выполняющих конкретные задачи, мы открываем свой разум для исследования всех систем, которые отображают эти возникающие свойства, освобождая себя от ограничений точных химических рецептов, рецепты которых содержат предположения, которые могут ограничить наши исследования появления во вселенной поведения, похожего на жизнь.
Какой может быть Y-жизнь? Примеры альтернативных компонентов в гипотезах происхождения жизни
Сообщество исследователей происхождения жизни выдвигает множество гипотез, которые предполагают поэтапное возникновение через Y-жизнеподобные фазы. Используя нашу классификацию, эти возникающие системы можно было бы классифицировать как Y-живые или Y-субживые, потому что они используют радикально отличные от современной жизни компоненты для достижения одного или более из базовых принципов жизни. Данная глава описывает несколько важных примеров гипотез происхождения, которые используют альтернативные компоненты.
В гипотезах возникновения, затрагивающих гидротермальные системы, компартментализация достигается не за счет самопроизвольной компоновки липидных мембран, а за счет лабиринта неорганических поровых пространств минералов. Только после изобретения биосинтеза липидов и последующего изобретения биохимии клеточных стенок появились живые клетки, выходящие из гидротермальных границ [95 ]. Однако до того, как они стали свободноживущими прокариотами, сложные химические сети, размещённые внутри их минеральных оболочек, все еще можно было считать Y-живыми (или Y-субживыми до достижения всех четырех базовых принципов).
Y-Жизнь на Титане
Механотрофы
Рисунок 8.
Почему этот процесс не может быть обращен вспять для питания механотрофного организма? Представьте себе одноклеточный организм в проточной воде, прикрепленный к скале через тросоподобную нить. Предположим, что такой организм оснащен типом жгутиковых моторных белков, которые были изучены у плавающих бактерий или одноклеточных эукариот. Поток воды вызывает вращательное движение жгутиковых нитей, и это вращательное движение используется для синтеза АТФ (или, возможно, какого-либо другого эндергонического химического шага в более экзотической Y-жизни), как показано на рис. 8. Реально ли это, зависит от термодинамических и гидродинамических условий.
Обратите внимание, что такой механотрофный организм может иметь конструкцию, отличающуюся от той, которую архетипичная бактерия использует для плавания. Например, он может использовать жёсткий к скручиванию трос, прикрепленный к молекуле молекулярного генератора (жгутик приводится в движение), и вся клетка может вращаться вокруг комплекса трос-генератор. В этом случае жгутик фиксируется относительно тела ячейки (на противоположном конце тросо-генераторного комплекса) и вместе с ячейкой вращается.
Гидродинамические детали, эффективность и энергия такого организма будут детально изучены в будущей работе. Здесь мы просто хотим подчеркнуть возможность существования такого организма. Это был бы наглядный пример Y-жизненной формы, хотя не исключено, что такой организм существует на Земле, но до сих пор просто остался незамеченным.
Заключение (от переводчика)
Все источники вы можете увидеть в оригинальной статье. Я не стал полностью убирать ссылки на них в переводе, так как это затрудняло корректную передачу смысла. Авторы очень многословны, поэтому некоторые, незначительные для общего сюжета абзацы я не стал включать в текст.
Я перевёл эту статью, так как она может помочь взглянуть по новому на некоторые социально-экономические явления, а так же помочь исследователям в области машинного обучения (коим я сам являюсь) нащупать путь к созданию сильного искусственного интеллекта.