Syncrets

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!

Я на днях объяснял людям разницу между массой и весом.

Там очень смешно, и не потому что вес в Ньютонах, а масса в килограммах. И не потому что гравитация — это не сила, а свойство геометрии пространства. Просто там кое-что поменялось 4 года назад.

Килограмм с 2019 года официально — вообще единица энергии. Как калория или джоуль. Раньше его определяли другими способами, например, через объём воды при нуле градусов. Так было с 1795 года по 1889-й. Потом он стал определяться как соответствие весу эталона в определённой точке пространства. Эти килограммы возили в Париж сравнивать взвешиванием с базовым. Но эталоны по планете что-то постепенно расходились, да и ездить в Париж для уточнения — это как-то странно. Ещё некоторых смущало, что недостаточно просто взять кусок платино-иридевого сплава и считать его основой, никак не связывая с другими величинами в такой науке, как физика.

Мы, земляне, так не делаем.

В общем, теперь уже 4 года это чистый сгусток энергии, отлично вписанный в систему.

Собственно, давно было пора. Ведь когда мы разобрались, что атомы — это нифига не твёрдые штуки, и вообще все мы состоим из вероятностных полей, иридиевый брусок стал смотреться очень странно. Потом выяснилось, что и "вероятностное поле" не в полной мере описывает ту дичь, что творится в квантовой физике. Но, в общем, самое важное — нет никакой разницы между твёрдой штукой и энергией. Из одного можно делать другое, причём в обе стороны. После формулы E = m × c в квадрате, известной из школы, вас это вообще ни разу не должно удивлять или вызывать хоть какие-то вопросы. Но некоторые её просто выучили )

Считаем килограмм:

E = 1 кг × (299792458 м/с) в квадрате ≈ 8,99 × 10 в 16-й джоулей.

В один из прошлых разов мы уже установили, что среднесуточное потребление человека около 2,5 КВт×ч. То есть один килограмм может обеспечить питанием примерно 27,4 миллионов человек в течение года. Это Австралия или две Москвы (вместе с туристами). Причём, если вы сейчас спросите, килограмм ваты, килограмм железа или килограмм манго, то ту же спалитесь как гуманитарий. Просто килограмм.

Масса не просто выражается через внутреннюю энергию тела, а буквально ей является. Из розетки у вас медленно вытекают килограммы.

Осталось разобраться с гравитацией и тем, что это не сила, потому что вес определяется через неё ) Помните Илью, который должен мне гуся? Ну, короче, вот я сейчас отправлю вас в другой канал, который мы только начали, чтобы издеваться над гуманитариями. Называется "Ряды Фурье". Вступайте в ряды Фурье!

Есть такая интересная теория размножения РНК, которая рассматривает среду просто как способ копирования информации. Например, по этой теории как медведь, так и его берлога — равноценные части среды для этих самых РНК, и принципиальных различий между этими двумя компонентами нет. ДНК медведя — способ сохранения и приумножения РНК, а весь остальной медведь — среда для того, чтобы его ДНК нормально работали. Берлога — чтобы медведь нормально работал. Границы между берлогой и медведем нет, они просто инструменты для РНК.

Ну это как если вы будете рассматривать бобра как способ копирования бактерий, переваривающих целлюлозу: он для них просто зубастая пушистая оболочка.

Один из самых лютых примеров в этом плане — ихновирусы, они же полидисперсные ДНК-содержащие вирусы. В общем, есть такие ихневмониды, осы-наездники, которые охотятся на гусениц, превращают их в среду для роста, откладывают в них личинку, и дальше эта личинка ест гусеницу. Недавно раз я видел аккурат такого в янтаре, так что они занимаются этим бизнесом уже несколько миллионов лет. Принцип примерно как у чуженёнка из фильма «Чужой», только без особых спецэффектов. Трансформация гусеницы в живое детское питание происходит с помощью ихновируса, который делает инъекцию кода в клетки гусеницы и дальше отвечает за преобразование процессов внутри неё. Всё по красоте, оса впрыскивает вирус вместе с личинкой, и он действует-злодействует.

Проблема в том, что там вместо целого вируса с конструктором капсида и всем остальным передаются только какие-то изолированные куски кода, которые работают эффекторами для гусеницы. Основного кода вируса там нет. В смысле, было бы логично, если бы вирус передавался целиком, а не только «патронами»-эффекторами. Иначе как он воспроизводится дальше?

Оказывается, основной код вируса уже есть в осе. Её родной геном полностью включает код полиднавируса (да, его именно так перевели надмозги). Вирус активируется только в женских особях при размножении и делает те самые эффекторы для гусеницы, а так живёт себе в виде информации внутри кода осы, причём не в одном месте, а в виде нескольких «библиотечных функций» в рассеянном виде. Оса обращается по ссылкам к своему собственному геному, собирает и запускает код вируса из себя, когда нужно, даёт ему произвести эффекторы. А потом снова просто хранит, когда надобность отпадает.

Кажется, они оба — и вирус, и оса — этому рады. Ну, в смысле, им норм.

В гусеницу в итоге встраиваются гены осы, которые её обрабатывают. В осе есть код перехвата управления гусеницей, доставшийся от полиднавируса. Она собирает фрагменты физической копии полиднавируса для доставки кода в клетки гусеницы, дальше её осиные гены (позаимствованные у вируса) становятся генами гусеницы. Потому что ген, знаете ли, не принадлежит какому-то организму, он просто информация, а информация должна быть свободной.

Кстати, термин «мем» впервые был применён для единицы именно генетической информации у Докинза в «Эгоистичном гене». И в целом можно рассматривать весь мир как среду для репликации информации. А РНК — как способ чтения мемов.