# Общая логика. Этапы развития жизни на Земле. Часть 1

Андрей Викторович Никитин

Никитин А.В.

## Этапы развития жизни на Земле.Часть 1. Начало большого пути.

## Из цикла "Общая логика".


## Содержание

Случайность - главный фактор развития.

Сопоставим ...

АБИОГЕНЕЗ.

Версия космическая...

Возврат на Землю.

К этому добавим...

ПРООБРАЗЫ ПРОТОКЛЕТОК.

Процесс запускается....

Клубок из цепочек РНК.

Рождение прообразов протоклетки.

Унификация и разнообразие.

Применение шаблона.

Копирование "по образцу".

ВЫВОДЫ...

ЛИТЕРАТУРА:


Пришлось очень долго примериваться и решать, как написать. Материал изначально сложный, а с учетом того, что "технари" совершенно не понимают биологов, это вообще стало трудно решаемой задачей. Пришлось изложение процесса развития Живого не отделять от его технических, технологических и логический аспектов. Это позволяет понять причины некоторых глобальных, как случайных, так и эволюционных изменений, происходивших в процессе развития жизни на Земле.

Как выясняется, для понимания у нас не хватает некоторых фактов из истории Земли. Наверное, скоро они появятся, потому, что они находятся на поверхности, это просто мы их не видим, находясь в плену другой версии.

Сегодня фиксация появления объектов жизни на Земле уже стало сложным моментом в понимании. Как выясняется, для появления жизни должны быть созданы необходимые условия.

Вот что констатировал по этому поводу В.Н.Пармон [5]:

"Сегодня ученые считают, что нечто, называемое жизнью, должно отвечать нескольким условиям. Жизнь - это обязательно процесс, то есть функционирование за счет обмена веществом и энергией с окружающей средой. Живые объекты способны к размножению и воспроизведению себе подобных. Наконец, все живые объекты способны к прогрессивной эволюции в сообществе таких же объектов, благодаря наличию у них биологической памяти, способной запоминать признаки, благоприобретенные в ходе естественного отбора по Ч. Дарвину.

Причем должна выполняться вся совокупность условий - любое из них в отдельности не делает объект живым. Таким образом, несмотря на то, что все процессы в живых организмах - химические, однако взятая отдельно химическая реакция не является жизнью, так же как и "воспроизведение" себе подобных."


Может быть, это и не его личное мнение, слишком уж отстраненно это зафиксировано, но оно соответствует тому, о чем мы сейчас говорим. Ученые ограничивают фиксацию появления Жизни многими условиями. Только их наличие, всех вместе, создают Жизнь.

Условия те же - способность к воспроизведению себе подобных, наличие памяти, включение эволюции. Эти условия появлялись не сразу, они появлялись постепенно. За долгие миллионы лет.

Недавно я опубликовал свое уточнение общих положений о появлении Жизни [1.1]:

Возникновение Жизни, абиогенез, в том числе и появление длинных молекул, способных создавать постоянные активные взаимодействия и многовариантное использование.

Зарождение Жизни - появление функциональных биологических автоматов и их совместного развития на основе симбиоза. Дологическое развитие протоклеток, вирусов и органелл. "Мир РНК".

Начало Жизни - объединение всех автоматов клетки под логическим управлением единого Центра, субъекта Я. Появление ДНК и синтеза белков. Появление логики.

Эволюционное развитие Жизни. Появление многоклеточных организмов, в том числе с нейронной системой управления и распределенной памятью. Появился мозг.


На каком этапе появилось то, что мы называем - Жизнь?

Скорее всего, это был этап появления субъекта Я и логического способа управления. Тогда в дело вступила эволюция.

В чем различие этих подходов?

Как мне кажется, существующее понимание процесса возникновения Жизни опирается на синергетическое обоснование процесса эволюции.

В этом подходе основное внимание уделено случайностям. Случайность оказывается основной причиной процесса эволюции. Это можно признать вполне обоснованным пониманием, пока в процесс не вмешивается ... логика.

В это момент эволюция становится качественно иной. Теперь её определяют целевые изменения, определяемые самосохранением в его широком понимании. Влияние случайности на результат эволюционных изменений субъекта теперь существенно снижен. Можно говорить о целенаправленных изменениях в условиях действия естественного отбора, выживанием в сложных условиях суровой реальности.

Но уже понятно, что логика возникла еще на каком-то этапе развития клеток, как основных живых структур, когда-либо живших на Земле.

Попробуем в этом разобраться.

Пройдем еще раз весь путь, согласно теории происхождения Жизни, уточним основные вехи этого процесса и попробуем проследить пути перехода от появления всех необходимых компонентов, которые могут привести к возникновению Жизни, к возможному пути, который пройден.

Тут сходу понимать сложно, давайте по порядку...

Попробуем совместить этапы развития Жизни и основные повороты истории Земли.

Здесь хочется сразу сказать, что я не специалист в том вопросе, который сейчас пытаюсь изложить. Ориентируюсь я, в основном, на данные современной науки.

А в некоторых вопросах я взял на себя смелость, принять за основу то, что только пока обсуждается. Например, то, что первым типом клеток на Земле стали археи. Или то, что горизонтальный перенос смешал все периоды развития жизни в классификации биологов. Спорным оказалось и утверждение, что наша жизнь изначально - белковая. Когда на место РНК пришла ДНК? Таких спорных моментов оказалось много.

Оказалось, что тут нужно разбираться и с физической и с технологической позиции понимания. Вот откуда появились размышления, в прямую к процессу появления жизни вроде бы не относящиеся. Всё это сделало изложение достаточно объемным. Но, ... что мы говорим...

Начнем изложение...


## Случайность - главный фактор развития.


Всё начинается со случайности.

Когда в нормальный ход событий вдруг вмешивается непредсказуемое событие, меняющее что-то необратимо.

Как всегда, начнем с определения:

"Случайность - проявление внешних неустойчивых связей в действительности, проявление результата пересечения (совпадения) независимых процессов или событий; проявление неотъемлемого дополнения к законам необходимости." https://ru.wikipedia.org/?curid=249083&oldid=135879356


Далее немного об истории случайности:

"Первоначально научное естествознание отторгало случайность, а неоднозначность и неопределенность рассматривались как неполное выражение знаний об исследуемых объектах - господствовал детерминизм.

Но затем, начиная с XIX века, стали разрабатываться статистические теории, которые основывались на идеях и методах теории вероятностей. Первыми материальными системами, исследуемыми в рамках статистических теорий, были газы (см. Термодинамика). Движения элементов (молекул газа) в таких системах относительно независимы и равноправны. Хаотические состояния таких систем - это идеальное воплощение случайности.

В естествознании появилось представление о точках бифуркации - тех моментах, когда какие-либо системы в ходе своих внутренних изменений и усложнений приобретают черты крайней неустойчивости, что с необходимостью приводит к качественным преобразованиям. В такие переломные моменты открываются разнообразные пути таких качественных преобразований. В точках бифуркации наблюдается своего рода царство случайности." https://ru.wikipedia.org/?curid=249083&oldid=135879356


Детерминизм и сейчас господствует в умах людей.

У любой случайности есть причина. Так сегодня думает большинство людей, независимо от их научных взглядов и религиозной принадлежности.

"Детерминизм (от лат. determinare - ограничивать, отделять чертой, определять границы, определять) - учение о взаимосвязи и взаимной определенности всех явлений и процессов[1], доктрина о всеобщей причинности. https://ru.wikipedia.org/?curid=8902&oldid=136298609


И все-таки, случайность есть. Потому, что даже при наличии причины точка начала действия случайности во времени не определена ничем. Та самая точка бифуркации.

"Точка бифуркации - критическое состояние системы, при котором система становится неустойчивой относительно флуктуаций и возникает неопределённость: станет ли состояние системы хаотическим или она перейдёт на новый, более дифференцированный и высокий уровень упорядоченности. Термин из теории самоорганизации.

Свойства точки бифуркации:

1. Непредсказуемость. Обычно точка бифуркации имеет несколько веточек аттрактора (устойчивых режимов работы), по одному из которых пойдёт система. Однако заранее невозможно предсказать, какой новый аттрактор займёт система.

2. Точка бифуркации носит кратковременный характер и разделяет более длительные устойчивые режимы системы.

3. Лавинный эффект хеш-функций предусматривает запланированные точки бифуркации, преднамеренно вносящие непредсказуемые для наблюдателя изменения конечного вида хеш-строки при изменении даже единого символа в исходной строке." https://ru.wikipedia.org/?curid=312628&oldid=86442057


Далее углубляться в теорию не будем. Просто поверим, случайность - есть. И она влияет на все происходящие процессы вокруг нас. Собственно, всё и происходит ... только благодаря случайности. Тем более в изменениях биологических молекулярных соединений в период возникновения жизни на Земле.

Как мы уже знаем, источником изменения состояния является случайность.

Процесс в любом случае принимает колебательный характер. Случайное изменение прошло один раз, а последствия от него будет прослеживаться в системе неограниченно долго. Каждая случайность запускает практически бесконечный процесс дальнейших изменений...

Потом приходит следующая случайность. Она запускает свой автоколебательный процесс изменений. Одни изменения накладываются на другие. И все это только ускоряет общий процесс хаотических изменений.

На этом фоне начинает проявляться процесс противоположной направленности.

Здесь пора вспомнить о стабилизации и самоорганизации в их синергетическом понимании. После каждого изменения включается процесс стабилизации. Он старается связать составляющие системы в один сложный механизм взаимного торможения возникающих возмущений.

Например, как мы знаем, возмущения в объеме жидкости гасятся имеющейся вязкостью этой физической системы, внутренним трением и сопротивлением изменению пространственного состояния. Это вполне объективный процесс. Кстати, это как раз то, что изучает синергетика.

Но, вот читаем:

"Там, где система находится под воздействием случайного потрясения, которое не может быть спрогнозировано или компенсировано без временного лага, полная стабилизация невозможна: можно только уменьшить колебания, но не устранить их полностью." http://dic.academic.ru/dic.nsf/econ_dict/22414


Вполне четко написано.

Для нас во всем этом почти философском размышлении важно то, что изменения, однажды начавшись, уже не могут остановиться никогда. Даже при том, что их интенсивность в каждом конкретном автоколебательном процессе постепенно гасится естественной стабилизацией и сложной самоорганизацией замкнутой системы.

Конечно, если система достаточно сложная. Синергетическая...


## Сопоставим ...


Насколько затянулся процесс происхождения Жизни?

А вот [1.12]:

"Первые простейшие одноклеточные организмы (прокариоты) появились более 4 млрд лет назад. Недавно в самых древних на Земле осадочных породах времен архея, найденных в юго-западной части Гренландии, были обнаружены следы сложных клеточных структур, возраст которых составляет по крайней мере 3,86 млрд лет.

По одной из теорий около 4,1 - 3,6 млрд лет назад во времена эоархейского периода из существовавшего в то время разнообразия одноклеточных живых существ (прокариот) ... проживавший тогда первый наш общий предок разделился на несколько ветвей, которые в последствии в свою очередь разделились на ныне существующие царства (животных, растений, грибов, протистов, хромистов, бактерий, архей и вирусов). Со временем остальные жители того периода не выдержали с ними конкуренции и исчезли с лица Земли.

По другой теории - как такового общего предка не существовало, а первые обитавшие в то время простейшие с помощью горизонтального переноса генов между собой, постоянно эволюционировали.

... Это привело к появлению в палеопротерозойской эре (более 2 млрд. лет назад) первых эукариотов обладающих ядром и явившихся предками современных животных, растений, протистов и хромистов.

Последующие почти 1,5 млрд лет на нашей планете безукоризненно царствовали одноклеточные организмы, пока в эдикарском периоде около 630 млн. лет назад не появились первые многоклеточные существа."


Отследили временные рамки зарождения Жизни?

Возраст Земли - около 4,54 млрд. лет.

Протоклетки появились около 4 млрд. лет назад. Это означает, что абиогенез на Земле начался практически сразу.

Совместим эту информацию ещё и вот с этими данными...

Теория происхождения Луны:

"... новая информация, полученная путём детального изучения образцов с Луны, привела к созданию теории Гигантского столкновения: 4,36[38] миллиарда лет назад протопланета Земля (Гея) столкнулась с протопланетой Тейя. Удар пришёлся не по центру, а под углом (почти по касательной). В результате большая часть вещества ударившегося объекта и часть вещества земной мантии были выброшены на околоземную орбиту. Из этих обломков собралась прото-Луна и стала обращаться по орбите с радиусом около 60 000 км. Земля в результате удара получила резкий прирост скорости вращения (один оборот за 5 часов) и заметный наклон оси вращения. Хотя у этой теории тоже есть недостатки, в настоящее время она считается основной[39][40].

По оценкам, основанным на содержании стабильного радиогенного изотопа вольфрама-182 (возникающего при распаде относительно короткоживущего гафния-182) в образцах лунного грунта, в 2005 году учёные-минералоги из Германии и Великобритании определили возраст лунных пород в 4 млрд 527 млн лет(+10 млн лет)[41], в 2011 году её возраст был определён в 4,36 млрд лет (+3 млн лет)[38], а в 2015 году - в 4,47 миллиарда лет." https://ru.wikipedia.org/?curid=2856090&oldid=137461494


Отметим последнюю дату, как основную веху истории появления Жизни.

4,47 млрд. лет назад.

С другой стороны, об этом же из истории Земли:

"Луна начала своё обращение на орбите вокруг Земли примерно 4,53 миллиарда лет назад. Гравитационное воздействие Луны на Землю является причиной возникновения океанских приливов. Также Луна стабилизирует наклон земной оси и постепенно замедляет вращение Земли. Некоторые теории полагают, что падения астероидов приводили к существенным изменениям в окружающей среде и поверхности Земли, вызывая, в частности, массовые вымирания различных видов живых существ." https://ru.wikipedia.org/?curid=4218&oldid=137324182


И там же читаем:

"Примерная дата образования Земли - 4,54+0,04 млрд лет назад. Весь процесс формирования планеты занял примерно 10-20 миллионов лет." https://ru.wikipedia.org/?curid=4218&oldid=137324182


Ранее мы прочитали, что прокариоты появились на Земле уже "4,1 - 3,6 млрд. лет назад". Менее чем через 1 млрд. лет от момента появления Земли ...

Если процесс формирования условий для появления Жизни, в том числе и начала абиогенеза, продлился всего, может быть, "10 - 20 млн. лет", то, что происходило до появления прокариотов в эти, как минимум полмиллиарда лет?

Первые эукариоты (клетки, имеющие ядро) появились около 2 млрд. лет назад. Это означает, что процесс формирования ядра клетки начал происходить только через 2,5 млрд. лет после начала формирования РНК. Но, при этом, безъядерные прокариоты уже используют информационную РНК и ДНК. Непонятно, что дает ядро клеткам?

"Более миллиарда лет прошло от появления одноклеточных до "изобретения" ядра клетки и рождения ряда других новшеств. Только тогда открылась дорога к первым многоклеточным существам, давшим начало трём царствам животных, растений и грибов." [1.11]


Вот сколько времени было у протоклетки на неторопливое развитие от её появления до необходимости для создания ядра, как центра управления. Тут конечно, есть о чем подумать...

И только около 630 млн. лет назад появились первые многоклеточные организмы.

Согласитесь, весьма показательная статистика развития.

Но вот что ещё странно. Каждому крупному шагу развития биологических структур к Жизни предшествовал крупный катаклизм. Или это была мощная и длительная бомбардировка Земли метеоритами, или это оледенение всей Земли до самого экватора..., ну, что-то подобное...

Вот тут, я собрал в одной таблице по времени:

Таблица 1.1.


Время крупных катаклизмов и появление клеточных организмов на Земле. Тип организма. От формирования Земли От нашего времени Образование Земли 10 - 20млн.лет 4,54 млрд. лет. Абиогенез (возникновение условий) 30 -70 млн. лет 4,54 - 4,47 млрд. лет Возникновение Луны 70 -200 млн. лет 4,47 - 4,36 млрд. лет Прообраз протоклетки 200 - 400 млн. лет 4,3 млрд. лет "Поздняя тяжелая бомбардировка" Земли метеоритами 0,4 - 1,3 млрд. лет. от 4,1 до 3,2 млрд лет. Археи 0,5 - 0,8 млрд. лет 4 млрд. лет LUCA - всеобщий предок. 1 млрд. лет 3,5-3,8 млрд. лет Прокариоты 1 млрд. лет 3,6 млрд. лет Гуронское оледенение Длилось более 300 млн лет. 2-3 млрд. лет. от 2,5 млрд. лет до 1,6 млрд. лет "Великое окисление" 2,2 млрд. лет 2,4 - 2,2 млрд лет. Эукариоты 2,5 млрд. лет 2 млрд. лет Оледенение "Земля -снежок" 3,6 - 3,9 млрд. лет 850-630 млн. лет Многоклеточные 4 млрд. лет 630 млн. лет


Даже беглое сравнение дат в таблице однозначно указывает на связь между появлением новых типов клеток и очередным глобальным катаклизмом. Что лишний раз говорит нам, о том, что не эволюция, а случайность двигала прогресс развития...

Каждый новый катаклизм приводил к почти полному вымиранию живых организмов на Земле и значительному ослаблению доминирующей популяции. Понятно, что при этом выживший получает возможность развиваться в глобальном масштабе. И пользуется этим...

До следующего катаклизма.


## Абиогенез.


В начале своего существования Земля уже была окружена атмосферой:

"Согласно наиболее распространённой теории, атмосфера Земли на протяжении истории последней перебыла в трёх различных составах. Первоначально она состояла из лёгких газов (водорода и гелия), захваченных из межпланетного пространства. Это так называемая первичная атмосфера. На следующем этапе активная вулканическая деятельность привела к насыщению атмосферы и другими газами, кроме водорода (углекислым газом, аммиаком, водяным паром). Так образовалась вторичная атмосфера. Эта атмосфера была восстановительной. Далее процесс образования атмосферы определялся следующими факторами:

утечка легких газов (водорода и гелия) в межпланетное пространство;

химические реакции, происходящие в атмосфере под влиянием ультрафиолетового излучения, грозовых разрядов и некоторых других факторов.

Постепенно эти факторы привели к образованию третичной атмосферы, характеризующейся гораздо меньшим содержанием водорода и гораздо большим - азота и углекислого газа (образованы в результате химических реакций из аммиака и углеводородов)." https://ru.wikipedia.org/?curid=9912&oldid=137347730


Состав атмосферы того времени примерно понятен.

Вот в этих условиях достаточно горячей, остывающей Земли начался абиогенез.

"Возникновение жизни или абиогенез - процесс превращения неживой природы в живую; в узком смысле слова под абиогенезом понимают образование органических соединений, распространённых в живой природе, вне организма без участия ферментов. Альтернативой абиогенеза в этом смысле является панспермия.

Согласно современным моделям на Земле жизнь возникла около 3,8-4,1 млрд лет назад."' https://ru.wikipedia.org/?curid=609691&oldid=136623034


Несовпадение дат начала абиогенеза очевидно. И все же ..., пока оставим все так.

Есть для этого некоторые основания. Например, вот:

""Двадцать лет назад, подобное заявление было бы еретическим, даже свидетельства того, что жизнь существовала 3,8 миллиарда лет назад, было бы крайне шокирующим. Похоже, что жизнь на Земле возникла почти мгновенно с формированием планеты - судя по всему, живые существа возникают из не-жизни очень быстро, если есть все нужные для этого ингредиенты", - заявил Марк Харрисон (Mark Harrison) из университета Калифорнии в Лос-Анджелесе (США)." [1.10]


Это не утверждение, но предположение не лишенное оснований...

Вот еще одно:

""Предварительные реакции, необходимые для живой материи, происходили, по-видимому, в хорошем темпе, - полагает американский исследователь С. Миллер. - Всего 10 миллионов лет понадобилось природе, чтобы пройти путь от первого подобия одноклеточных до появления первых цианобактерий." [1.13]


Мне кажется, это уж очень быстро...

Это мнение плохо соотносится с другими, но оно подтверждает скорость образования условий для возникновения Жизни. Всего десяток миллионов лет...

И все же, из истории Земли:

"Луна сформировалась позднее, примерно 4,527+0,01 млрд лет назад, хотя её происхождение до сих пор точно не установлено. Основная гипотеза гласит, что она образовалась путём аккреции из вещества, оставшегося после касательного столкновения Земли с объектом, по размерам близким Марсу и массой 10-12 % от земной (иногда этот объект называют "Тейя"). Под влиянием собственной силы тяжести выброшенный материал принял сферическую форму и образовалась Луна.

Протоземля увеличилась за счёт аккреции, и была достаточно раскалена, чтобы расплавлять металлы и минералы. Железо, а также геохимически сродственные ему сидерофильные элементы, обладая более высокой плотностью, чем силикаты и алюмосиликаты, опускались к центру Земли[49]. Это привело к разделению внутренних слоёв Земли на мантию и металлическое ядро спустя всего 10 миллионов лет после того, как Земля начала формироваться, произведя слоистую структуру Земли и сформировав магнитное поле Земли. Выделение газов из коры и вулканическая активность привели к образованию первичной атмосферы.

Конденсация водяного пара, усиленная льдом, занесённым кометами и астероидами, привела к образованию океанов. Земная атмосфера тогда состояла из лёгких атмофильных элементов: водорода и гелия, но содержала значительно больше углекислого газа, чем сейчас, а это уберегло океаны от замерзания, поскольку светимость Солнца тогда не превышала 70 % от нынешнего уровня. Примерно 3,5 миллиарда лет назад образовалось магнитное поле Земли, которое предотвратило опустошение атмосферы солнечным ветром." https://ru.wikipedia.org/?curid=4218&oldid=137324182


Ну, "океаны", это, похоже, громко сказано, но то, что необходимая для абиогенеза вода на Земле была в достаточных количествах, это очевидно.

Здесь вполне оправдывается теория А.И Опарина:

Нужные для возникновения жизни химические молекулы вполне могли появиться в "теплой луже". Сразу после образования планеты Земля. В первые десятки миллионов лет.

Читаем:

"В 1924 году будущий академик Опарин опубликовал статью "Происхождение жизни", которая в 1938 году была переведена на английский и возродила интерес к теории самозарождения. Опарин предположил, что в растворах высокомолекулярных соединений могут самопроизвольно образовываться зоны повышенной концентрации, которые относительно отделены от внешней среды и могут поддерживать обмен с ней. Он назвал их коацерватные капли, или просто коацерваты.

Согласно его теории, процесс, приведший к возникновению жизни на Земле, может быть разделён на три этапа:

Возникновение органических веществ

Возникновение белков

Возникновение белковых тел." https://ru.wikipedia.org/?curid=609691&oldid=136623034


Разберемся с рабочими определениями...

"Коацерват (от лат. coacervātus - "собранный в кучу") или "Первичный бульон" - многомолекулярный комплекс, капли или слои с большей концентрацией коллоида (разведённого вещества), чем в остальной части раствора того же химического состава.

Коацерватные капли - сгустки подобно водным растворам желатина. Образуются в концентрированных растворах белков и нуклеиновых кислот. Коацерваты способны адсорбировать различные вещества. Из раствора в них поступают химические соединения, которые преобразуются в результате реакций, проходящих в коацерватных каплях, и выделяются в окружающую среду.

Коацерваты имеют важное значение в ряде гипотез о происхождении жизни на Земле. Коацерваты в таких гипотезах представляют некие праорганизмы (протоорганизмы).

Каждая молекула имеет определенную структурную организацию (атомы, входящие в её состав, закономерно расположены в пространстве). Вследствие этого в разноатомных молекулах образуются полюсы с различными зарядами. Например, молекула воды H2O образует диполь, в котором одна часть молекулы несёт положительный заряд, а другая - отрицательный. Кроме этого, некоторые молекулы (например, соли) в водной среде диссоциируют на ионы.

В силу таких особенностей химической организации вокруг молекул образуются водные "рубашки" из определенным образом ориентированных молекул воды. Молекулы, окруженные водной "рубашкой", могут объединяться, образуя многомолекулярные комплексы - коацерваты. Коацерватные капли возникают также при простом смешивании разнообразных полимеров. При этом полимерные молекулы "собираются" в многомолекулярные фазово-обособленные образования." https://ru.wikipedia.org/?curid=844913&oldid=132890400


Конечно же, и другие ученые, особенно в последние полвека, строили свои теории о происхождении Жизни на Земле. Количество версий не уменьшается и сегодня.


## Версия космическая...


Продолжительное время проблемой происхождения жизни занимался А. С. Спирин, став одним из главных специалистов в России по "миру РНК". В результате изучения этого вопроса он пришел к заключению: жизнь на Земле подобным путем возникнуть не могла. [1.6] Ниже приводится заключительный фрагмент из его статьи [1.7]:


"...Предположения о космическом происхождении клеточной формы жизни на Земле находит поддержку в современных данных о диапазоне условий и мест обитания, в которых могут существовать микроорганизмы клеточная форма жизни на Земле, гораздо более широком, чем мы могли представлять себе еще недавно.

Жизнеспособные и живые микробы находят в древних глубинных льдах Арктики и Антарктиды и в глубинах вечной мерзлоты (Звягинцев и др., 1985; Gilichinsky et al., 1992; Vorobyova et al., 1997; Розанов, 2002). Жизнь в виде бактериальных сообществ обнаружена на глубинах до 3 и даже до 5 км в горных породах континентов и в глубинах океанов при колоссальном давлении и высоких температурах (Gold, 1992; Stevens and McKinley, 1995; Розанов, 2002).

Ряд исследователей полагает, что глубинная земная и морская биосфера может включать в себя более половины общей биомассы Земли. В таком случае основная живая компонента биосферы Земли - это не многоклеточные эукариотическими фотоавтотрофы и органотрофы, т.е. растения и животные, чаще всего ассоциируемые с понятием "жизнь", а прокариотические хемоавтотрофы глубинной (горячей и холодной) биосферы, полностью не зависимые от солнечной энергии и свободного кислорода (Gold, 1992; Заварзин, 2006б; Zavarzin, 2006; Hoover, 2006). Данные глубинной микробиологии континентов Земли дают пищу для размышлений о возможности существования глубинной биосферы и на других планетах, включая их спутники (в частности Ио и Европу Юпитера).

Кроме того, свойством многих существующих на Земле свободно-живущих бактерий является их приспособленность к переживанию в условиях полного вакуума, т.е. сохранение жизнеспособности в вакууме, в том числе в обезвоженном состоянии, в течение длительного времени. Способность микроорганизмов (бактерий) сохранять жизнеспособность в глубоком вакууме и при крайне низких температурах позволяет предполагать, что ядра комет, полярные шапки Марса и ледовые спутники Юпитера и Сатурна тоже могут быть местами присутствия потенциально жизнеспособных микробов (Hoover, 2006).

... Вместе с тем, принятие предположения о попадании жизни на Землю и расселении жизни во Вселенной уже в виде организованных одноклеточных организмов не освобождает нас от проблемы происхождения клеточных форм жизни - пусть не на Земле, но все же где-то во Вселенной, и происхождение простейших клеток из мира РНК представляется на сегодняшний день самой правдоподобной гипотезой, основанной на современных знаниях о молекулярных основах жизни." [1.6]


И потому, чтобы спасти основную роль РНК в формировании Жизни возникают гипотезы появления "мира РНК" в различных специфических условиях.

Например, в космосе [1.8]:

""Имеющиеся естественнонаучные данные указывают на допланетный околозвездный диск как на наиболее вероятное время и место первичного абиогенного синтеза пребиотического вещества из простых молекул вместе с миром РНК и самим возникновением жизни" - это цитата уже из другой статьи, опубликованной в том же номере "Палеонтологического журнала". Ее автор - Валерий Снытников, сотрудник Института катализа Сибирского отделения РАН.

Согласно его гипотезе, жизнь зародилась одновременно с формированием Солнечной системы. Солнце уже пытается как-то светить, хотя оно еще гораздо тусклее и холоднее нынешнего светила. Вокруг него вертится огромное облако частичек. Некоторые из них будут притянуты Солнцем и превратят его в настоящую звезду. Другие объединятся и через какое-то время образуют планеты. А пока что на поверхности некоторых частичек идут хитрые химические реакции.

...Гипотеза Снытникова отчасти разрешает и "водный парадокс". Комки с зачатками жизни летают, то удаляясь, то приближаясь к Солнцу. И вода соответственно сначала накапливается, потом испаряется и так далее." [1.8]


Гипотеза В.Снытникова [1.9] дополняет мнение А.С.Спирина. Жизнь зародилась в космосе. На Земле шел уже второй этап развития - белковый.

Тогда вроде бы всё встает на свои места. Но ...


## Возврат на Землю.


В 2009г. появляется информация А.Маркова [1.4], что химик Джон Сазерленд (John Sutherland) и его коллеги из Манчестерского университета (Великобритания) нашли "обходной путь", позволяющий синтезировать рибонуклеотиды не из готовых крупных блоков - рибозы и азотистых оснований - а из более простых органических молекул:

"В основе их открытия лежат три замечательные находки. Первая состоит в том, что они догадались сразу добавить в реакционную смесь фосфорную кислоту (неорганический фосфат). До сих пор все исходили из естественного допущения, что фосфат нужен только на последней стадии синтеза рибонуклеотида, когда фосфат присоединяется к рибозе, которая до этого уже присоединилась к азотистому основанию. Однако оказалось, что фосфат необходим и на ранних стадиях процесса. Его присутствие резко снижает выход разнообразных "ненужных" веществ в ходе реакций и повышает выход "нужных". Вторая находка состоит в том, что исследователи с самого начала поместили в реакционную смесь и вещества, основанные на углероде и кислороде (простейшие углеводы), и азотистые соединения. До сих пор с этими двумя классами веществ работали по отдельности, пытаясь из первых синтезировать сахара, а из вторых - азотистые основания. Смешивать их в одну кучу с самого начала считалось бесперспективным, так как это резко повышает химическую "комбинаторику" то есть разнообразие получаемых продуктов, и без того слишком большое. Но фосфат резко снижает эту комбинаторику, и в результате из исходной смеси эффективно синтезируются в большом количестве ключевые промежуточные продукты, не являющиеся ни сахарами, ни азотистыми основаниями...

Теперь до настоящего активированного рибонуклеотида, пригодного для синтеза РНК, остался один шаг. Вещество нужно фосфорилировать, чтобы оно превратилось в активированный рибонуклеотид Ц...

...для этого реакционную смесь нужно только немного подогреть ("настало утро, вода в луже согрелась"), а всё необходимое в ней уже имеется. Роль ключевого катализатора реакции фосфорилирования берет на себя, как ни странно, мочевина (6), которая образуется сама собой из излишков цианамида, изначально присутствовавшего в смеси. Наличие мочевины открывает для фосфорилирования сразу два возможных пути. В первом случае может использоваться непосредственно фосфат (для этого в смеси должно присутствовать еще одно простое вещество - формамид). Во втором случае в ход идет пирофосфат, который образуется сам собой из тех веществ, что образовались ранее в ходе реакции фосфата с цианоацетиленом. И в этом случае формамид уже не нужен.

Вместе с "правильным" нуклеотидом Ц в ходе последней реакции получается и ряд других, "неправильных" нуклеозидов и нуклеотидов, которые мешают дальнейшему синтезу "правильных" молекул РНК. Авторы стали искать способ избавиться от этих побочных продуктов. Кроме того, они надеялись получить из цитидина еще и второй пиримидиновый нуклеотид - уридин (У).

То, что они в итоге обнаружили, слегка похоже на чудо. Оказалось, что обе цели достигаются одной простой мерой - ультрафиолетовым облучением, которого, конечно, на древней Земле было вдоволь, поскольку озоновый слой отсутствовал. Под воздействием ультрафиолета все "лишние" нуклеотиды постепенно разрушаются, а цитидин остается, и часть его превращается в уридин. В отличие от всех остальных пиримидиновых нуклеотидов, Ц и У оказались устойчивы к ультрафиолету. Не правда ли, это очень похоже на четкий и простой ответ на вопрос о том, почему из всех возможных пиримидиновых нуклеотидов в состав РНК вошли именно Ц и У?" [1.4]


В одной из своих статей [1.3] А.Марков делает вывод:

"В целом на сегодняшний день абиогенный синтез простых органических веществ - "строительных блоков" для более сложных соединений, таких как белки и нуклеиновые кислоты, - уже не является проблемой. Аминокислоты (составные части белков), азотистые основания и сахара (составные части нуклеотидов, из которых состоят нуклеиновые кислоты), а также другие важные молекулы могли синтезироваться абиогенно несколькими разными способами. Сложнее оказалось понять, как из этих блоков могли сами собой собраться первые репликаторы - молекулы или комплексы молекул, способные к самовоспроизведению.

Начиная с 80-х годов XX века, когда были открыты каталитические (ферментативные) функции РНК, именно этот класс молекул по праву считается главным кандидатом на роль "первой молекулы жизни". Скорее всего, первыми репликаторами были молекулы РНК, катализирующие синтез собственных копий..." [1.3]


Приведенная А.Марковым информация возвращают синтез РНК из глубин космоса обратно на Землю. В теплые лужи геотермальных источников и атмосферу Земли. В прибрежную зону океана, если таковой был в те времена.

Но, если фосфаты могли появиться в водной среде вымыванием горных пород, то сахара́, ту самую рибозу, еще надо получить. Этим вопросом занимается В.Н. Пармон.

Для него РНК, это конечный продукт синтеза, а не Начало. Он исследует пути зарождения "мира РНК". Вот его мнение:

"Наконец, опираясь на сказанное выше, можно дать более широкое физико-химическое определение понятию "жизнь". ... По нашему мнению, жизнь - это фазово-обособленная форма существования функционирующих автокатализаторов, способных к химическим мутациям и претерпевших достаточно длительную эволюцию за счет естественного отбора." [1.5]


Это о создании первых условий появления жизни. Конечно, тут главное - биохимия и её составляющие. И основное - РНК.

Но если все ученые правы в своих выводах и проведенные эксперименты подтверждают эти выводы, то оказывается, что панспермия, как уникальный вариант возникновения Жизни на Земле, утрачивает особую значимость. При определенных условиях синтез РНК возможен и на Земле и в космосе и не является таким уж уникальным.


## К этому добавим...


Абиогенез, как стадия первичного появления биохимических соединений вполне реален в земных условиях. И синтез РНК с помощью ... РНК - вполне обычная вещь. Как впрочем, и образование липидных оболочек или мембран коацерватных капель - основы будущих обособленных протоклеток простейшей структуры.

Науке понадобился почти век на понимание реалий возникновения условий для появления Жизни. Правда, единого мнения нет и сейчас.

Вот, например:

Дмитрий Чернавский: "Проблема возникновения жизни волновала давно, и она состоит из нескольких этапов. Каждый этап был в свое время проблематичен.

Первая проблема. Как возникли необходимые органические молекулы? Эта проблема решена химиками и физиками. Нужно представить себе обстановку в предбиологический период. Обстановка была крайне, так сказать, термодинамически неравновесной. Там "беспрерывно гром гремел, во мраке молния сверкала", вулканы извергались. Ну и в результате образовались органические молекулы. Проблема решена была.

Вторая проблема. Образовались молекулы, но их мало, а нужно, чтобы они были сконцентрированы. Вот эту проблему фактически решил Опарин в 20-х годах прошлого столетия. Он показал, что действительно органические молекулы типа липидов и аминокислот могут собираться в капли. Он назвал это коацерватами. И проблема была решена.

Третья проблема. Хорошо, аминокислоты собираются, нуклеатиды собираются, но в жизни-то поли-нуклеотиды - они длинные. Как они могли образовываться сами в предбиологический период? Проблема решена была Фоксом и Егами. Показано было, что могли они образовываться, но, разумеется, случайные." https://ezotera.ariom.ru/2006/05/30/chernavsky.html


Появились лабораторные опыты, подтверждающие версии происхождения Жизни на Земле, а так же рассмотрены необходимые условия для этого. Оказалось, что эти условия полностью соответствуют тем, что были на Земле около 4,5 млрд. лет назад.

Но и космическая версия получила некоторые подтверждения. Это говорит о том, что биологическая жизнь вполне может возникнуть в любой точке нашего мира.

Хотя, если рассматривать в общем, то всё так, как предполагал А.И.Опарин.

Возникают коацерватные капли, образованные ионными связями молекул раствора, в которых потом и образуются нужные молекулы и вещества для дальнейшего биосинтеза. А там и до живых клеток уже недалеко...

Но, теория А.И.Опарина неоднократно подвергалась критике. Вот главное:

"... Теория была обоснована, кроме одной проблемы, на которую долго закрывали глаза почти все специалисты в области происхождения жизни.

Если спонтанно, путём случайных безматричных синтезов в коацервате возникали единичные удачные конструкции белковых молекул (например, эффективные катализаторы, обеспечивающие преимущество данному коацервату в росте и размножении), то как они могли копироваться для распространения внутри коацервата, а тем более для передачи коацерватам-потомкам?

Теория оказалась неспособной предложить решение проблемы точного воспроизведения - внутри коацервата и в поколениях - единичных, случайно появившихся эффективных белковых структур. Однако, было показано, что первые коацерваты могли образоваться самопроизвольно из липидов, синтезированных абиогенным путем, и они могли вступить в симбиоз с "живыми растворами" - колониями самовоспроизводящихся молекул РНК, среди которых были и рибозимы, катализирующие синтез липидов, а такое сообщество уже можно назвать организмом." https://ru.wikipedia.org/?curid=609691&oldid=136623034


Вопрос совершенно справедливый. И на это почему-то много лет упорно не обращали внимание. Странно?

Попробуем понять...

Пока ученые-биологи обобщают белки и составляющие первых клеточных образований в единый комплекс. И сразу попадают в круг нерешаемых проблем.

Белок, как биологическое вещество в это время уже может существовать, но он пока никак не участвует в процессах абиогенеза. И потому, применения белка, в том виде, как он применяется сейчас, еще нет.

Но, привычное мнение, что наша Жизнь - белковая, настолько укоренилось в сознании, что разделить появление клеточных образований и применение в них белковых соединений пока очень трудно. Ну, как же без белка, если Жизнь - белковая?

Для многих биологов это невозможно.

Но мы, все же отделим белок и его применение от процесса образования клеточных структур и перенесем его в другой временной период. Когда для этого появятся достаточные технические основания. Белок в коацерватной капле есть, но пока в абиогенезе он не участвует.

Время не пришло...


## Прообразы протоклеток.


С момента образования Земли и почти сразу последовавшего за этим процесса образований Луны прошло около 100 млн. За это время в коацерватных каплях образовались все необходимые составляющие для начала образования того, что когда-то станет клеткой. Липиды, соли, РНК, вода, белки.

Но пока мы начинаем разговор даже не о протоклетках, а их прообразах.

Хотя, когда-нибудь мы дойдем и до протоклеток...

Процесс запускается....

Процессы формирования Земли создали условия для появления коацерватов. Областей, в относительно замкнутом объеме которых, содержатся почти все необходимые составляющие для формирования первых протоклеток. Липиды, соли, РНК.

Всё есть. Есть даже примерная общая форма этих коацерватных капель. Внешняя липидная оболочка, а внутри вода, соли и РНК. Есть даже мембраны, которые создают какие-то движения жидкости внутри объема простейших протоклеток. Собственно, эти перегородки в структуре потому и получили такое название - клеточные мембраны:

"Клеточная мембрана (также цитолемма, плазмалемма, или плазматическая мембрана) - эластическая молекулярная структура, состоящая из белков и липидов. Отделяет содержимое любой клетки от внешней среды, обеспечивая её целостность; регулирует обмен между клеткой и средой; внутриклеточные мембраны разделяют клетку на специализированные замкнутые отсеки - компартменты или органеллы, в которых поддерживаются определённые условия среды. Рис.1.1. Изображение клеточной мембраны.

Маленькие голубые и белые шарики соответствуют гидрофильным "головкам" фосфолипидов, а присоединённые к ним линии - гидрофобным "хвостам". На рисунке показаны только интегральные мембранные белки (красные глобулы и желтые спирали). Желтые овальные точки внутри мембраны - молекулы холестерола. Жёлто-зеленые цепочки бусинок на наружной стороне мембраны - цепочки олигосахаридов, формирующие гликокаликс.

Клеточная стенка, если таковая у клетки имеется (обычно есть у растительных клеток), покрывает клеточную мембрану.

Клеточная мембрана представляет собой двойной слой (бислой) молекул класса липидов, большинство из которых представляет собой так называемые сложные липиды - фосфолипиды.

Молекулы липидов имеют гидрофильную ("головка") и гидрофобную ("хвост") части. При образовании мембран гидрофобные участки молекул оказываются обращены внутрь, а гидрофильные - наружу. Мембраны - структуры инвариабельные, весьма сходные у разных организмов. Некоторое исключение составляют, пожалуй, археи, у которых мембраны образованы глицерином и терпеноидными спиртами.

Толщина мембраны составляет 7-8 нм.

Биологическая мембрана включает и различные белки: интегральные (пронизывающие мембрану насквозь), полуинтегральные (погруженные одним концом во внешний или внутренний липидный слой), поверхностные (расположенные на внешней или прилегающие к внутренней сторонам мембраны). Некоторые белки являются точками контакта клеточной мембраны с цитоскелетом внутри клетки, и клеточной стенкой (если она есть) снаружи. Некоторые из интегральных белков выполняют функцию ионных каналов, различных транспортеров и рецепторов." https://ru.wikipedia.org/?curid=84554&oldid=136849839


Обратите внимание на понятия гидрофильность и гидрофобность. Именно эти свойства молекул липидов создали условия для направленного движения воды вдоль и через мембрану в разные области коацерватной капли, прообраза будущей клетки.

Ну и конечно, РНК. Цепочки РНК исходно служили основным материалом для строительства клеточных стенок и транспортировались по всему объему будущей клетки.

В обособленном объеме коацерватной капли идет спонтанное движение воды из одних областей капли в другие. Это обуславливается как температурными перепадами в объеме капли, так и работой мембран.

Сначала разберемся с гидрофильностью и гидрофобностью.

"Гидрофильность (от др.-греч. ὕδωρ - вода и φιλία - любовь) - характеристика интенсивности молекулярного взаимодействия вещества с водой, способность хорошо впитывать воду, а также высокая смачиваемость поверхностей водой. Наряду с гидрофобностью относится как к твёрдым телам, у которых оно является свойством поверхности, так и к отдельным молекулам, их группам, атомам, ионам." https://ru.wikipedia.org/?curid=131792&oldid=123414044


"Гидрофобность (от др.-греч. ὕδωρ - вода и φόβος - боязнь, страх) - это физическое свойство молекулы, которая "стремится" избежать контакта с водой[1]. Сама молекула в этом случае называется гидрофобной.

Гидрофобные молекулы обычно неполярны и "предпочитают" находиться среди других нейтральных молекул и неполярных растворителей. Поэтому вода на гидрофобной поверхности, обладающей высоким значением угла смачивания, собирается в капли, а нефть, попадая в водоем, распределяется по его поверхности." https://ru.wikipedia.org/?curid=131794&oldid=132125102


Что же тут примечательного? Одни материалы намокают в воде, а вторые отталкивают воду. Вот это и важно. Потому, что это свойство материалов начинается на атомном уровне взаимодействия этого соединения и воды.

Помните, мы прочитали, что мембраны собираются из двух слоев фосфолипидов. Причем слои хорошо организованы. При образовании мембран гидрофобные участки молекул оказываются обращены внутрь, а гидрофильные - наружу. Мембрана на рис.1.1. хорошо смачивается, но плохо пропускает воду. Надежная оболочка для клетки.

Насколько она надежна?

А вот здесь важное замечание:

"Диффузионный барьер - препятствие между смежными объёмами вещества, предотвращающеедиффузию или замедляющее её для компонента системы, неравномерно распределенного между указанными объёмами. В результате, процесс выравнивания концентрации компонента между указанными объёмами замедляется или становится невозможным.

Важным видом диффузионного барьера в биологии являются клеточные мембраны." https://ru.wikipedia.org/?curid=373766&oldid=130754233


Оказывается, это надежный барьер.

Что же создает каналы для движения воды в протоклетке?

РНК. Это её цепочки образуют перегородки и клубки, не давая липидным оболочкам замкнуть объемы и прекратить движение воды. Там, где цепочки РНК образовали более или менее прочные перегородки между липидными оболочками, там образуются частично проницаемые мембраны.

"Частично проницаемая мембрана - мембрана, разделяющая две жидкие или газообразные фазы, обеспечивающая под действием движущей силы селективный перенос компонентов этих фаз[1]. Также называется избирательно-проницаемой мембраной, полупроницаемой мембраной или дифференциально-проницаемой мембраной." https://ru.wikipedia.org/?curid=1019260&oldid=113729620


Такие мембраны участвуют в физическом процессе осмоса.

"О́смос (от греч. ὄσμος - толчок, давление) - процесс односторонней диффузии через полупроницаемую мембрану молекул растворителя в сторону бо́льшей концентрации растворённого вещества из объёма с меньшей концентрацией растворенного вещества.

Более широкое толкование явления осмоса основано на применении Принципа Ле Шателье - Брауна: если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-либо из условий равновесия (температура, давление, концентрация, внешнее электромагнитное поле), то в системе усиливаются процессы, направленные на компенсацию внешнего воздействия." https://ru.wikipedia.org/?curid=301001&oldid=130661540


Рис.1.2. Осмос

Здесь читаем:

"Рассмотрим ситуацию, при которой частично проницаемая мембрана (то есть, такая, через которую могут проходить лишь мелкие объекты, например, молекулы растворителя, но не крупные - например, молекулы растворённого вещества) разделяет чистый растворитель и раствор (или два раствора с разными концентрациями). Тогда молекулы растворителя находятся практически в равных физических условиях по обе стороны мембраны, однако в более насыщенном растворе некоего вещества их концентрация, разумеется, меньше, чем в более разбавленном (в котором меньше места в растворе занимают молекулы растворённого вещества). Следовательно, со стороны менее насыщенного раствора через мембрану диффундирует большее число молекул, чем с противоположной стороны. А это значит, что растворитель попросту переходит из менее насыщенного раствора в более насыщенный, разбавляя его (выравнивая концентрации обоих растворов) и создавая давление на мембрану. Процесс этот (он называется осмосом) можно прекратить, оказав определённое давление на более насыщенный раствор (например, при помощи поршня) - это давление и называется осмотическим давлением." https://ru.wikipedia.org/?curid=1598554&oldid=111209478


Здесь нам надо вспомнить еще одно физическое явление. Начнем мы с эффекта Магнуса:

"Эффект Магнуса - физическое явление, возникающее при обтекании вращающегося тела потоком жидкости или газа. Образуется сила, воздействующая на тело и направленная перпендикулярно направлению потока. Это является результатом совместного воздействия таких физических явлений, как эффект Бернулли и образования пограничного слоя в среде вокруг обтекаемого объекта." https://ru.wikipedia.org/?curid=659850&oldid=135405377


В дополнение к нему вспомним и закон Бернулли:

"Из закона Бернулли следует, что при уменьшении сечения потока, из-за возрастания скорости, то есть динамического давления, статическое давление падает. Это является основной причиной эффекта Магнуса. Закон Бернулли справедлив и для ламинарных потоков газа. Явление понижения давления при увеличении скорости потока лежит в основе работы различного рода расходомеров (например труба Вентури), водо- и пароструйных насосов. А последовательное применение закона Бернулли привело к появлению технической гидромеханической дисциплины - гидравлики." https://ru.wikipedia.org/?curid=104716&oldid=135059826


Рис.1.3. Схема процесса обратного осмоса.

Поток, движущийся вдоль мембраны, создает перепад давлений на частично проницаемой мембране. И тогда включается обратный осмос:

"Обратный осмос - процесс, в котором с помощью давления принуждают растворитель (обычно вода) проходить через полупроницаемую мембрану из более концентрированного в менее концентрированный раствор, то есть в обратном для осмоса направлении. При этом мембрана пропускает растворитель, но не пропускает некоторые растворённые в нём вещества.

Обратный осмос используют с 1970-х годов при очистке воды, получении питьевой воды из морской воды, получении особо чистой воды для медицины, промышленности и других нужд. С помощью обратного осмоса также можно производить концентраты соков без нагрева." https://ru.wikipedia.org/?curid=707907&oldid=136730709


Теперь допустим, что у нас есть объем соляного раствора, разделенный мембранами со вставками из полупроницаемых мембран. Коацерватная капля. При движении жидкости вдоль полупроницаемой мембраны поток создает разность давлений, обусловленную законом Бернулли и эффектом Магнуса. Это условия для создания потока обратного осмоса. Так происходит усиление разности концентраций солей в разных областях объема клетки.

Тогда в других местах на основе осмотического давления возникает поток воды через частично проницаемую мембрану из области с низким содержанием соли, в область с её высоким содержанием.

Так возникает замкнутый кольцевой поток воды через ограниченную область высокой концентрации соли. Но, для того, чтобы запустить этот механизм, нужен поток жидкости с использованием внешней энергии.

Движение жидкости в первых протоклетках создавалось от перепада температур при неравномерном нагреве и остывании. Своей энергетики у клетки еще не было, и потому даже этот нестабильный источник образования потоков в клетке можно считать находкой.

И этот мембранный "насос" работает вечно.

Автоматический процесс отделения солей на мембранном фильтре создал предпосылки для создания всех процессов клеточного метаболизма. Набора тех самых химических реакций, который мы еще называем обменом веществ.

Этот же процесс создал и самый важный элемент клеточной структуры - замкнутые потоки жидкости в объеме клетки и её составляющих.

Эти замкнутые потоки жидкости и стали каналами снабжения всех объектов клеточного объема необходимыми химическими элементами и молекулами, в том числе по этим каналам двигались и цепочки РНК.


Пока всё, что я рассказал о процессах, происходящих в клетке, является обычными физическими процессами. Они происходят автоматически, были бы для этого созданы подходящие условия. Конечно, проблема не в этом физическом процессе. Сегодня он уже вполне понятен специалистам.

Коацерватная капля переставала быть просто ионной системой молекул, собранной вокруг липидной оболочки. Она становилась прообразом протоклетки. Медленно, но верно.

Что же представляли из себя первые прообразы протоклетки?

Липидная оболочка, прерываемая "заплатами", перегородками из цепочек РНК, а внутри такая же структура из липидных оболочек, перегородок и комков РНК. Блуждающие по внутреннему объему потоки воды, несущие во все стороны внутреннего объема прообраза протоклетки разные химические молекулы и соединения. Это сахара, цепочки РНК, фосфаты, соли металлов, и пр., и пр. Все это как-то двигается, одно где-то оседает, другое продолжает свой путь, что-то проникает из внешней среды, что-то, наоборот, сбрасывается из внутреннего объема протоклетки во внешнюю среду.

Никакой жизни еще нет, а процессы обмена веществ в протоклетке уже идут.

Конечно, все процессы проходят очень медленно по сегодняшним меркам. Но, куда торопиться, впереди - вечность. И все же, случайность неумолима.

Она двигает процесс, даже если спешить некуда.

Такая протоклетка может "жить" вечно. По крайней мере, не существует никаких особых ограничений для этого. На химическом уровне все составляющие протоклетки имеют неограниченный срок существования. Изменение состояния внутри клетки объясняется лишь ограниченными изменениями, например, конкретной цепочки РНК во времени и в тех условиях существования. Конечно, такая цепочка уже подвергалась агрессивному воздействию других активных цепочек РНК, отдельных оснований, точнее, их ионизированных зон. Соли так же ионизируются в жидкости и являются агрессивным фактором для РНК. Но всё это никак не влияет на стабильность существования самих цепей РНК, солей и жирных кислот в объеме протоклетки.

И, тем не менее, в прообразе протоклетки накапливаются изменения.

Плохие и хорошие. Одни позволяют существовать и даже развиваться. Другие ведут к гибели. Потому, одни прообразы протоклетки развивались, другие гибли. И их составляющие проникали в другие протоклетки и становились там частями процесса внутреннего обмена.

Вот на этом этапе в простейших образованиях, которые уже не коацерватные капли, но еще и не протоклетки, стали появляться первые автоматические устройства, управляющие тем или иным участком или потоком в объеме этого образования. Главным здесь, как мне представляется, является процесс концентрации цепочек РНК.

Набегающий поток собирает цепочки РНК на перегородке и не дает им уйти далее. Возникает большой объем активных цепей, способных к спонтанным действиям.

Клубок из большого количества цепочек РНК....


## Клубок из цепочек РНК.


В коацерватной капле под действием внутренних полупроницаемых мембран из цепочек РНК возникли потоки жидкости, обмен веществами между этой каплей и остальным объемом жидкости стал избирательным.

Что-то оставалось внутри капли, что-то, в основном, это некоторые соли, стали выбрасываться во внешний объем. Липиды, фосфаты, сахара , и, конечно, готовые цепочки РНК стали накапливаться. В капле возникло хаотичное внутреннее строительство.

Цепочки РНК стали собираться в перегородки или просто клубки, и закрывать выход жидкости. Вместе с липидами они образовывали внутренние оболочки и замкнутые объемы жидкости, ограниченные клубками из цепочек РНК. Внутренняя структура всё более усложнялась.

И вот, например, как отмечает А.Марков, что сделали в этом направлении Трейси Линкольн и Джеральд Джойс (Tracey Lincoln, Gerald Joyce) из Скриппсовского исследовательского института в Сан-Диего (Калифорния, США) [1.3]:

"Исследователям удалось подобрать несколько пар молекул РНК с каталитической активностью (рибозимов), которые успешно реплицируют (синтезируют копии) друг друга. В результате такой взаимной репликации популяция рибозимов может расти в геометрической прогрессии сколь угодно долго - для этого нужно только исправно снабжать растущую популяцию необходимыми "ресурсами", то есть исходными материалами для синтеза новых молекул РНК. За 30 часов популяция может в благоприятных условиях вырасти в 100 млн раз. Более того, заставив несколько разных пар размножающихся рибозимов конкурировать друг с другом за субстрат, исследователи вынудили их начать дарвиновскую эволюцию. В результате спонтанных мутаций и естественного отбора появились рекомбинантные рибозимы с повышенной скоростью размножения.

...Любопытно, что поведение протоклеток зависит от температуры: в тепле они активно "питаются", поглощая нуклеотиды из окружающей среды, а на холоде более активно используют эти нуклеотиды для матричного синтеза РНК. Может быть, для первых живых существ был характерен суточный цикл: днем они питались, а ночью реплицировали свой наследственный материал?" [1.3]


Моделирование процесса показало его высокую активность. Таким образом, активность в клубке из цепей РНК вполне обычна.

Такой клубок из РНК, это структура примерно постоянная. Клубок всегда имеет активные зоны, где происходит несколько типов взаимодействий этих зон и отдельной цепочки РНК.

Клубок образуется почти автоматически, из перегородки между липидными оболочками. Потому, что перегородки состоят из тех же цепочек РНК и работают активной зоной регулирования движения жидкости.

Рис.1.4. Структура молоточкового (hammerhead) рибозима, который расщепляет РНК.

Допустим, что активные зоны расположились так, что все поступающие частички РНК расщепляются на составляющие. Ну, допустим, с применением вот такого "молоточка", как на рис.1.4. Этот "инструмент" из рибозимов.

Обратим внимание, все "инструменты" протоклеток созданы из РНК и предназначены для РНК. Универсальный материал нашла природа. Он сам себя режет и собирает.

Для этого только необходимо создать хоть какие-то условия и реакция запускается почти автоматически. Пусть и медленно, с переменным успехом, но она будет идти...

Если активные зоны в клубке РНК подобрались очень активными, то они и сами себя начинают менять, резать и сшивать..., но, как мне кажется, тут процессы все же быстро стабилизируются и останавливаются. Всё ограничивает поток движущейся жидкости. Он формирует направление активности на изменения отдельных цепочек РНК, проходящих в зоне действия такого клубка.

Эти самые клубки из цепочек РНК, как одиночных, так и двойных, стали основой самоуправления не только протоклеток, но и всех клеточных структур. Клубки из РНК появляются на всех потоках воды в каналах клетки. Клубки из РНК автоматически появляются и начинают влиять на этот поток своей активностью.

Такой клубок когда-то станет полноценной перегородкой в потоке, фильтрующей поток. Одни элементы будут на нем задерживаться, другие будут проходить почти беспрепятственно. А над этой перегородкой уже опять будет формироваться комок из цепочек РНК.

Структура такого клубка тоже имеет некоторые закономерные повторения. Зоны активности формируются из незакрытых молекулярных и ионных связей. Процесс их образования примерно одинаков. И вполне закономерен и объективен.

После окончания формирования, активные зоны в нем стабилизируются и уже не изменяются под действием внешних цепочек РНК. Наоборот, внешние цепочки РНК, попадая в активные зоны клубка как-то изменятся. Причем, этот процесс становится постоянным.

Если активная зона "режет" цепочки РНК, то она будет делать это постоянно и со всеми попадающими к ней цепочками.

И остальные зоны будут точно так же постоянны в своих действиях.

Если такой клубок, сформировавшись, вдруг "оторвется" от своей перегородки или мембраны и начнет самостоятельное путешествие по объему клетки, то где-нибудь он обязательно остановится. Понятно, что вблизи стока или в узком канале между какими-то ранними постройками, но где-то застрянет...

При этом он будет продолжать делать то, на что он функционально способен. Видоизменять проходящие мимо цепочки РНК.

Ну, может быть, пока это слишком громко сказано.

И все же, давайте здесь разберемся чуть подробнее...

Как мы уже отмечали, в формирующемся клубке из РНК постоянно идут какие-то активные процессы. Они влияют на проходящие мимо них отдельные цепи РНК.

На первом этапе клубок затягивает и включает почти все цепочки в свой объем. Когда-то такой клубок сформирует более или менее постоянную структуру и основная молекулярная структура клубка станет относительно инертной двойной спиралью.

Но останутся места, где соединения одиночных цепей в двойные спирали не произойдет. Не подошли комбинации оснований РНК, не подходит угол схождения цепей, не хватает влияния для соединения, в область цепочки РНК попался ион металла, например магния ...

Эти участки с открытыми связями и становятся активными зонами этого клубка.

Как это работает?

Например, один короткий участок открытых связей притягивает проплывающую цепочку РНК, и она притягивается частью своих водородных связей к этому участку РНК. Уточним, прочного соединения пока нет. А в это время другая активная зона, может быть и более мощная по своему электрическому потенциалу, находящаяся чуть дальше, тянет эту цепочку к себе, да так сильно, что цепочка РНК рвется. Но проплывающая новая цепочка РНК сбивает эти остатки с активных участков, и процесс повторяется, теперь уже с этой РНК.

Уточним еще раз, электрические потенциалы открытых связей активных зон клубка воздействуют на одиночную цепь РНК, но прочных электронных связей с ней не образуют.

И, тем не менее, воздействие вполне ощутимое и реальное.

Есть в этом какая-то автоматика? Вряд ли..., но ... происходит же...

Это очень похоже на какой-то автомат в привычном нам понимании? Ну, как-то не очень..., клубок с открытыми электронными и ионными связями... и всё.

Это молекулярная размерность. В клетке, всё выглядит примерно так...

Такие активные узлы изменения РНК, как клубки из РНК, дошли в клеточных структурах до настоящего времени практически в неизменном виде.

Сегодня, если они и изменились, то лишь в технологическом процессе сборки. Теперь они собираются уже не "на перегородке, как получится", а вполне четко выдерживая всю технологию сборки транскрипции РНК на специализированных РНК-полимеразах, которые также представляют собой такие вот "клубки".

Пока же эти клубки автономные и неуправляемые.

Но ... всему свое время.

И потому, далее мы не будем уточнять, о каком специализированном автомате идет речь, нет пока всех этих автоматов, они еще только появляются. Пока есть такие вот клубки из РНК, которые постепенно берут на себя управление во внутреннем объеме протоклетки.

Хотя, пока, прямо скажем, "автоматики" тут немного, да и управления столько же...


## Рождение прообразов протоклетки.


Теперь оценим еще одну закономерность, чисто объективную.

Если все сложные саморегулируемые процессы в клетке разложить на составляющие, то окажется, что клубки из РНК и регулируют все функциональные составляющие процесса жизнедеятельности. Хоть внешне это и выглядит очень сложно.

Попробуем представить себе, как такая "автоматика" начала работать ...

По потокам жидкости клетки циркулируют и такие вот клубки, и части цепочек РНК, и молекулы АТФ, и жирных кислот, и остатки от каких-то процессов жизнедеятельности, которые должны быть выброшены за пределы оболочки клетки...

С точки зрения непредвзятого технического понимания, пока все "узлы управления" на всех уровнях, это комки длинных цепей РНК, как одиночных, так и двойных. Область цепей РНК, собранная в локальном малом объеме, своими отрытыми ионными связями позволяет создать локальные области электрического поля с высоким потенциалом той или иной полярности. Конфигурация областей и позволяет, как разрывать отдельные цепочки РНК, расщеплять их на отдельные основания, так и группировать их снова в какие-то цепочки РНК.

У каждой перегородки, где есть поток жидкости, постепенно собирается клубок из цепей РНК. Он начинает активно менять состав потока, протекающего через него или рядом с ним. Цепи РНК меняют свой вид, молекулы жирных кислот могут вообще остановиться на этом рубеже или изменить свой путь в сторону от этого потока по боковому отвороту. Соли задерживаются перегородкой, активными зонами клубка соответствующими потенциалами ионных связей и тоже могут уходить куда-то в сторону от основного потока. Клубок явно вмешивается в работу мембран, где-то облегчая им выполнение своей функции, а где-то, наоборот, делает её очень сложной.

Далее мы можем только представить себе, как появлялись первые цепи автоматического регулирования внутри клетки.

Предположим, что где-то сформировавшийся клубок потоком загнало в узкий канал и он ограничил доступ жидкости к теперь "подконтрольной" ему перегородке. При этом структура "узла управления" представляет собой не просто клубок, а "бублик", сложенный из цепочек РНК на окраинах перегородки. "Бублик", в котором есть центральный канал с активными зонами и все проходящие в канале молекулы испытывают какое-то воздействие этого "узла управления".

Что при этом происходит?

Липидные капли будут проходить беспрепятственно, ионы солей будут частично взаимодействовать, но давление набегающего потока не дает им задерживаться у активных зон, и они тоже будут проходить канал, практически не изменяясь. А вот цепочки РНК будут претерпевать изменения. Часть из них будут прилипать к стенкам клубка, часть будет рваться и уходить, оставляя мелкие части цепочек на клубке. И постепенно сток в этом канале будет уменьшаться. Клубок разросся и почти закрыл канал. На месте клубка возникла перегородка.

Большое количество молекул солей, диссоциированных в воде рядом с перегородкой, начинают разрушать цепочки РНК. Где-то рядом обязательно появится канал бокового стока из-за разрушения этого строительного материала. И весь поток начнет уходить в сторону от этой перегородки, смывая и область высокого содержания солей и частицы "сломанных" РНК, да и сами эти РНК. Перегородка очищается или нарушается. Вот здесь возникает интересный момент. Основная масса бывшего клубка имеет инертную структуру, потому, что цепи РНК частично сцепились в двойную спираль. И при развале перегородки этот клубок или бублик в основе своей может сохраниться. Развал всей перегородки очищает этот канал и "освобождает" клубок.

Клубок "садится" на новом канале и как "узел управления" снова получает возможность "трудиться". Делать то, что он умеет. Создавать "свои" РНК и отправлять их далее по потоку.

Только теперь они не только оседают на ближайшей перегородке или мембране, но и уходят далее, к следующим гидросооружениям клетки, формирующим её систему каналов движения жидкости. Где-то там есть еще одна перегородка, а рядом с ней есть и свой "узел управления". То ли клубок, то ли бублик...

Этот "узел управления" находится на другом месте кольцевого канала и точно так же меняет проплывающие РНК под свой формат.

И вдруг к нему поплыли уже чем-то форматированные РНК. Что будет происходить?

Пока - ничего.

А вот если сформированные новым "узлом управления" цепочки РНК не совпадают со "стандартами" старого узла управления, и он не в состоянии быстро их обрабатывать, то на перегородку начнут попадать уже цепочки РНК двух разных типов.

И структура перегородки изменится. Она станет пропускать воду иначе. Изменится солевой и элементный состав в окрестностях "узлов управления". И эта область снова подвергнется "перестройке". Что-то будет размываться и ломаться от агрессивности ионов солей, что-то наоборот, строиться из приходящих РНК. И они опять закроют проход жидкости через мембрану. И опять произойдет прорыв стенки из РНК...

Рис.1.5. Электронная микрофотография нитей ДНК, обвешанных сотнями молекул РНК-полимеразы, слишком маленьких для такого разрешения. Каждая РНК-полимераза транскрибирует нить РНК, которая видна на фотографии как ответвление от ДНК. Отметкой "Begin" указан 5'-конец ДНК, с которого РНК-полимераза начинает транскрипцию; "End" - 3'-конец, у которого транскрипция более длинных молекул РНК завершается.

Но когда-то, постепенно, образуется более или менее стабильная система каналов со стенками в виде мембран. В этой структуре перегородки из РНК создают осмотическое давление за счет разной солености растворов на сторонах перегородки, боковые потоки на перегородках создают противоосмотическое давление, обеспечивающее принудительный переток воды с образование областей с высокой соленостью и относительно малосоленых. По этим каналам плавают части РНК, липиды, соли...

Что же изменилось, от появления "узлов управления" на каналах?

Так это же они и перестроили и снова стабилизовали систему своими вмешательствами. Множество клубков и бубликов из РНК, так видоизменяют "строительный материал" клетки, что он находит свое постоянное место в ней. В том числе и в виде все новых и новых "узлов управления".

Надо сказать, что мы очень плохо себе представляем соотношение размерностей коацерватной капли, как зарождающейся протоклетки и всех новобразований, появляющихся в ней. Хоть и тех же клубков из цепочек РНК.

Взгляните на рис.1.5. Черные точки на фото, это огромные клубки РНК-полимеразы, или клубки реплицированных копий РНК и ДНК-матрицы. Толщина липидной стенки лабиринта в 7-8 нм, это уже крупная величина, больше всех объектов, изображенных на рис. 1.5.

В этой шкале размерностей возникший прообраз клетки напоминает гигантский трехмерный лабиринт с огромным количеством всяких каналов и полостей, а также разнообразных "узлов управления" на каждом повороте. И все они работали, что-то видоизменяли...

При этом прообраз клетки начинает своими открытыми входами активно потреблять из окружающей среды необходимые составляющие и использовать их для усиления внутренней структуры клетки.

Начинается "мир РНК"...


## Унификация и разнообразие.


Видимо, период от коацерватной капли до "лабиринта", как прообраза первой протоклетки был коротким. Просто потому, что в нем работали обычные физические закономерности и химические реакции.

Что дальше?

Массовое образование клубков РНК на всех потоках жидкости проходящих у перегородок вполне могло привести созданию какого-то процесса "регулирования" ....

Что произошло далее, нетрудно себе представить. Один клубок РНК "управляет" процессом этого уровня, а второй ... "ищет" себе работу. Он пытается "контролировать" то, что есть вокруг него. Он будет делать свою работу в любом случае. Регулировать так, как должен был бы.

Допустим, клубок попал на точку разветвления потоков. Есть один поток жидкости, набегающий, и есть два - уходящих. Наш клубок будет получать части РНК, формировать из них "свои" РНК и отправлять их в поток. В какой? В зависимости от геометрии и траектории активных зон. Если зоны оказались в неустойчивой части "вершины", то готовые "свои" РНК будут распределяться по уходящим потокам случайным образом.

Но, в любом случае клубки, находящиеся ниже по течению обоих потоков "почувствуют" эти изменения. Изменится формат поступающих к ним цепочек РНК, и их количество. В одном потоке оно может увеличиться, а в другом, соответственно, уменьшится. И формально, новый узел уже как-то регулирует производительность регулирования этого канала, отправляя свои РНК по двум направлениям...

Тут надо отметить еще одно важное изменение.

"Узел управления" создал в уходящих потоках унификацию РНК, видоизменяя разные РНК до уровня только "своих". И пусть так изменилась только часть проходящих цепочек, этого может быть достаточно для резкого ускорения производительности какого-то "узла управления" ниже по течению. Где он начнет из этих уже унифицированных частей собирать "свои" РНК с меньшими затратами времени. А потом что-то "регулировать" этими РНК.

Однажды начавшаяся спонтанная унификация уже не кончится никогда.

Это же одно из случайных изменений.

Начинается волнообразный процесс усиления унификации, потом его ослабление, переходящее в разнообразие, и обратно...

Так и происходит бесконечный колебательный процесс баланса унификации и разнообразия в нашем мире. В том числе и в форматах РНК, видоизменяемых "узлами управления" в каналах движения жидкости первых протоклеток.

Как унификация не может быть полной, так и разнообразие ограничено рамками определенности. Эта философская истина вполне понимаема. Как и относительность баланса между унификацией и разнообразием в зависимости от конкретной ситуации, условий и обстоятельств. Мы в философии это называем борьбой хаоса и порядка

Конечно же, во внутренних, замкнутых потоках протоклетки почти все частицы РНК уже не раз где-то проходили через активные зоны клубков РНК. Только новые РНК, поступающие из внешней среды еще имеют большее разнообразие, чем их "внутренние" "собратья". В протоклетке наступил период стандартизации цепочек РНК.


## Применение шаблона.


Ранее мы чаще всего, говоря о цепочках РНК и их видоизменении в активных зонах клубков, имели в виду простые операции резки и сшивки частей РНК. Теперь пришло время поговорить только об одной стороне процесса - о синтезе РНК.

Чем синтез отличается от просто "сшивки" частей той же РНК. В первом приближении - ничем. И все же?

Если мы говорим только о синтезе РНК из составных частей, то "сшивка" становится лишь частью этого процесса.

Да, конечно, сшивка бесконечной цепи РНК из "кусочков" вполне может считаться синтезом. Собственно, так все вначале и происходило. Но, нескончаемая цепь РНК, появляющаяся в активной зоне клубка, может быть скоро снова будет разрезана на кусочки. Постараются и клубки, и ионы солей, но, тем не менее, можно считать эту сборку бесконечной цепи РНК управляемым синтезом. Как частный случай.

Другой, может быть, более важный для нас процесс синтеза РНК, это синтез на шаблоне. А проще - достраивание второй части на одноцепочечной РНК до полной двойной спирали. Сегодня это процесс имеет название - репликация.

Мы уже хорошо знаем, что РНК обладает свойством самопроизвольной репликации. Когда отсутствующая часть сама достраивается до двойной спирали из отдельных оснований РНК на одиночной цепи. Если рядом есть свободно плавающие основания РНК и есть силы, подводящие их к месту репликации, то процесс идет.

Например, такой процесс вполне может начаться на цепи РНК, удерживаемой в одной из активных зон "узла управления". Двигающиеся в потоке свободные основания и отдельные мелкие части цепи РНК сами подойдут на радиус действия электронных связей и соединятся с ... чем? С какой-то "прилипшей" тут цепочкой РНК.

Но если перед синтезом все прибывающие сюда двойные спирали расщепляются на одиночные цепочки, то в следующей активной зоне "прилипать" будет уже вполне конкретная комбинация цепи РНК. Одна из двух возможных половинок. Или "прилипнуть" где-то рядом могут обе половинки. И обе реплицируют до полной двойной цепи. И мы вдруг получили удвоенное количество одинаковых двойных спиралей РНК.

И не просто одинаковых, а идентичных.

Конечно, как мы понимаем, это действие процесса унификации. В какой-то степени самопроизвольное. А с другой, свойство репликации РНК и обеспечило развитие того, что мы называем Жизнь.

Но, давайте вдумаемся. Репликация невозможна без матрицы. Или шаблона.

А ведь это тот самый краеугольный камень, без которого возникновение жизни невозможно даже в принципе. В современных клеточных процессах всё организовано с применением разнообразных шаблонов или эталонов. Но, об эталонах чуть позже...

Шаблон позволил не только приступить к производству "стандартных" РНК для данного "узла управления", но и сделать избирательным его "воздействие" в виде этой РНК, доставленной на определенную перегородку и клубок РНК.

По сути дела, шаблоны позволили создать автоматику клетки.

Помните, мы говорили о клубке РНК на развилке каналов движения воды. Он проводит репликацию "прилипших" в активной зоне одиночных цепей РНК. От него уходят уже двойные спирали. В оба уходящих канала по случайному распределению.

Типоразмер "прилипающих" цепочек РНК не может сильно различаться. Он должен укладываться в размер активной зоны. Какая-никакая, а типизация и унификация.

И потому, от этого клубка уходят уже типизированные по размеру двойные спирали РНК. От... и до...

Теперь появилась работа у следующего клубка, стоящего ниже по течению. Он расщепляет РНК на одиночные цепочки. И отправляет их дальше.

Формально, прошла конвейерная репликация РНК с последующим её расщеплением. В результате этой операции в объеме протоклетки получилось в 4 раза больше типизированных по размеру одиночных цепочек РНК, чем было до применения этой операции. Что это дает?

Усиление унификации приводит к уничтожение некоторых клубков, как "узлов унификации", для которых этот размер цепей РНК оказался непригоден и контролируемые ими перегородки перестали функционировать. На их месте, конечно же, появились новые, с уже "типизированным" размером активной зоны.

Подчеркнем, это произошло автоматически, само собой.


## Копирование "по образцу".


Зачем мы так много времени уделяем таком простому вопросу, как репликация РНК на "шаблоне"? Парадокс в том, что это путь к копированию.

Чем копирование отличается от репликации?

Кстати, как мне кажется, понятие "репликация" исходно не совсем верно трактует названный так процесс. Похоже, что основой в названии стало понятие "реплика", как копия, без уточнения получаемого результата.

В результате процесса репликации мы получаем двойную спираль РНК, содержащую первоначальную "матрицу", и её "дополнение" в виде одиночной цепи РНК, как ответной части. Чем "дополнение" отличается от "матрицы"?

Дополнение , это "противоположность" матрицы.

И потому, дополнение не является копией матрицы.

В этом случае в технических терминах мелькает "обратная копия". Или "негатив". И только повторная репликация РНК, уже на "дополнении", даст нам полную копию исходной "матрицы". Как "позитив" в фотографии...

Даже удивительно, сколько терминов вдруг обнаружилось при попытке рассказать о переходе от репликации РНК к её копированию.

Первое, что мы поняли, копирование одиночной цепи РНК требует двух процессов репликации. При первичной репликации и последующем расщеплении двойной спирали РНК на одиночные цепи, мы получаем "дополнение" к оригиналу, его "негатив".

И только новая репликация, теперь уже с этого "негатива", и последующее расщепление полученной двойной спирали на одиночные цепи, даст нам полную и точную копию, ничем не отличающуюся от исходной одиночной цепи РНК.

Если этот процесс получения копии довести до условий массового производства, то окажется, что мы используем два шаблона для получения копий в больших количествах.

Сегодня в клеточных процессах всё так и организовано. Сначала идет массовое копирование РНК-полимеразой с исходного "оригинала" одиночных цепей ДНК в одиночные цепи мРНК, как процесс получения "негативных" или "обратных копий". Затем уже с этих шаблонов другими РНК-полимеразами реплицируется "копия" исходной ДНК в одиночной цепи, например, тРНК. Этот процесс называется транскрипция. Процесс наращивания молекулы РНК нуклеотидами называется элонгацией:

И все равно, сразу возникло много вопросов...

Как протоклетка "различает" "оригинал" и его "дополнение"? Как выбирается нужная РНК? Как используется "дополнение"? На данном этапе эти вопросы еще не требуют срочных и обстоятельных ответов, но то, что эти вопросы возникли, уже говорит, что мы на правильном пути...

Но на один вопрос можно ответить совершенно точно.

Протоклетка стала отличать "матрицу" от "дополнения" только тогда, когда для неё появилось понятие "информация".

На этапе формирования первичных протоклеток до этого было еще далеко. Пока осваивался только процесс работы "по шаблону". Точнее, даже пока только работа "по образцу". Примерное копирование, скорее всего, размерное. Не более.

Но проблемы, о которых мы начали говорить, уже возникли. И "узлы управления" протоклетки начали их решать.

Размерная типизация цепочек РНК, формируемых клубками РНК, уже произошла. Она установила применение только ограниченного числа размерностей.

Все цепочки РНК резались на основания или на "размерные" цепочки. И потом собирались на шаблоне из плавающих в потоке отдельных оснований РНК.

Наступило время дальнейшей борьбы унификации и разнообразия.

Количество типоразмеров цепочек РНК уменьшалось, а перегородки, которые обслуживали "узлы управления", имели разные размеры и требовали разнообразия применяемых цепочек РНК для "ремонта" путем "закрывания" места прорыва перегородки новыми двойными спиралями РНК, желательно, "своего" размера.

Если клубок не обеспечивал получение РНК именно этого размера, то перегородка "забивалась" другими цепочками РНК так плотно, что поток через эту перегородку прекращался, а с ним прекращал работать и клубок. Это достаточно быстро приводило к их уничтожению. И возобновлению потока. С последующим строительством нового клубка РНК, сначала только как перегородки. Потом, в зоне застоя воды перед перегородкой, возникает другой клубок, уже как "узел управления" и перегородка опять становится функциональным сооружением в объеме протоклетки.

Заметили? У "узлов управления" появилась, не предполагаемая, а вполне реальная функция "управления". Типизация формируемых ими цепочек, а лучше сразу двойных спиралей РНК по размеру только для "своей" перегородки. Это уже работа, которую кроме этих конкретных узлов управления ничто выполнить не может.

И кавычки с понятия узлов управления можно снимать...

Кроме того, как мы помним, клубки, возникшие на развилке потоков тоже стали формировать типовые РНК, резко ускорившие работу одних клубков на перегородках и так же резко усложнившие работу для других.

Эти клубки стали основой для последующей типизации размеров РНК следующего уровня управления на перегородках. С другой стороны они создавали основу для появления клубков РНК на всех участках регулирования. Узлы управления разных уровней начали выполнять свои функции по всему объему протоклетки.

Это уже явное управление "эффективностью" работы тех или иных узлов управления в объеме протоклетки. Потому, что следом за снижением эффективности управления того или иного клубка на перегородке, от изменения типоразмера цепочек РНК в потоке, соответствующие перегородки отвечали на это "воздействие" соответствующим изменением стока через перегородки. Где-то сток усиливался, а следом "перестраивался" и соответствующий узел управления. А где-то сток ухудшался до полной остановки потока. Далее, как мы знаем, происходит последующая перестройка всего функционального сооружения "перегородка - узел управления".

Рис.1.6. Пример молекулярной модели клубков из РНК (рибосома).

Теперь вспомним формат "бесконечной" РНК, синтезируемой отдельными клубками. Самая интересная перестройка работы протоклетки в соответствии с законами случайности началась здесь.

В какой-то момент появился клубок, исполняющий функции копирования "по образцу". Например, примерно такой, как на рис.1.6. Он захватывал любую проплывающую мимо цепочку РНК и начинал процесс репликации, создавая дополнение на ней, с последующим расщеплением полученной двойной спирали РНК на одиночные цепочки. Например, с помощью молоточкового рибозима, как на рис.1.4.

Репликация дополнения уже давала копию исходного образца.

Вполне возможно, что когда-то появился второй узел, выполняющий примерно те же функции.

Почему "примерно"? Потому, что сложно представить, что природа сотворила два совершенно одинаковых узла копирования просто так, по случайности.

А потом, узлы с примерно совпадающими функциями, в конце концов, скопировали сами себя и начали тиражировать такие же узлы копирования в больших количествах, отправляя их во все части пространства клетки. И это уже не случайность, а закономерность.

Наконец-то в клетке заработал первый механизм самоподдержания развития - копирование "по образцу". Теперь случайные изменения получили четкий вектор направленности - самокопирование.

Если ранее мы рассматривали только один вид самообразований в виде клубков РНК - узлы управления на перегородке, то теперь появился новый класс функциональных клубков - узел копирования.

Недавно мы зафиксировали, что цепочки РНК в чем-то разные. Мы вспомнили о различиях в основаниях РНК только при понимании процесса передачи функции созданием и свободным перемещением клубка РНК.

Даже из одной клетки в другую.


## Выводы...


Еще ничего не произошло, до появления Жизни еще миллионы лет, а первые же её проявления уже требуют множества особых приемов и способов проведения тех или иных действий. И вполне специализированных условий, чтобы эти события произошли.

Для начала нужна случайность и непрерывность её действия в виде разнополярного колебательного процесса проявления тех или иных изменений. Нужны самоорганизация и стабилизация, такие же случайные, основанные на множественности действий, или, как их сегодня называют, синергетические. Самоорганизация и стабилизация гасят действие периодической случайности до отдельных всплесков на фоне относительной стабильности.

Земля менялась. Менялся газовый состав её атмосферы, вулканы извергали лаву и пепел, количество воды увеличивалось, появились реки и океаны. Все эти изменения влияли и на неторопливый ритм жизни будущих протоклеток.

В это время возникали коацерватные капли, как гигантские лабиринты с огромным количеством перегородок и клубков РНК, в которых шли бесконечные преобразования. Эти пузыри плавали в лужах и океанах, разбивались на более мелкие капли, дробились ветром и течениями до микроскопических размеров...

Наконец, какая-то размерность коацерватных капель, переходящих в лабиринтные структуры, оказалась более или менее стабильной в этих условиях. Мельче некуда, лабиринт не образуется, больше нельзя, все равно внешняя среда разобьет.

Массовое появление прообразов протоклеток из коацеватных капель привело к образованию, даже не колоний, а сообществ из обособленных структур в едином пространстве.

Эти структуры образовались по похожему сценарию физического обособления, имеют сходное строение и химический состав. И вроде бы, должны быть примерно одинаковыми..., а они стали расходиться в путях своих изменений.

Некогда примерно одинаковые структуры коацерватных капель стали изменяться в направлении усиления функционального многообразия и коллективного способа развития.

Случайность развела их по функциональным нишам. Усилились исходные зависимости этих структур от различий внешних условий их зарождения и существования. Одни получали меньше энергии в виде электромагнитного излучения, другие больше. Одни подвергались механическому воздействию потоков воды, другие развивались в относительной неподвижности. Различие солевого состава среды также привело к разнообразию результатов.

В этот период никакого противостояния между отдельными структурами не было, и быть не могло. Зарождающиеся протоклетки существовали в условиях медленно изменяющейся внешней среды, позволяющей им достаточно долго существовать в примерно постоянных условиях и при этом, время от времени испытывать резкие изменения условий.

По крайней мере, так все это нам представляется со стороны наблюдателя.

На таком фоне действий глобальных и противоположных факторов действительности идут вполне объективные процессы развития физической системы потоков и каналов коацерватной капли в лабиринты прообраза протоклетки, а потом и в действующую систему протоклетки.

Протоклетка еще не появилась. Она только начинает обосабливаться и обрастать функциональными элементами своей системы существования, отличающими её от окружающей среды. В каждой клетке создается уникальный состав внутренней среды, создающий предпосылки для дальнейшей специализации. Возникает концентрация центров функционального разнообразия выполняемых действий в ограниченном объеме протоклетки. Пока, на основе цепочек и оснований РНК, липидов и солей.

Но, направление развития системы клетки уже задано.

Функциональная специализация отдельных частей в объеме цельного объекта.

На основе копирования "по образцу".

Копирование так и останется глобальной технической основой Жизни. Во всех её пониманиях и направлениях. Всё дальнейшее развитие Жизни так и остается направленным на совершенствование аппарата копирования.

На первом этапе процесс копирования направлен на получения функциональной копии. Потом копия станет более точной, по крайней мере, на атомном уровне молекулярных соединений.

Но все еще впереди...


г.Волгодонск

Август 2016г.


## Литература:


1.1. Никитин А.В., Общая логика. Проблемы определения границ логики // 'Академия Тринитаризма', М., Эл ? 77-6567,публ.21773, 08.02.2016 http://www.trinitas.ru/rus/doc/0016/001e/00162900.htm

1.2. Никитин А.В., От "мира РНК" к Началу Жизни... http://andrejnikitin.narod.ru/otRNKkNachalu.htm

1.3. Марков А. Тайна происхождения жизни скоро будет разгадана? http://elementy.ru/novosti_nauki/430963/Tayna_proiskhozhdeniya_zhizni_skoro_budet_razgadana

1.4. Химики преодолели главное препятствие на пути к абиогенному синтезу РНК http://elementy.ru/news/431082

1.5. Пармон В. Н. Новое в теории появления жизни http://elementy.ru/lib/25618/25620

1.6. Спирин А.С. Все-таки панспермия http://nature-wonder.livejournal.com/144141.html

1.7. Спирин А. С. КОГДА, ГДЕ И В КАКИХ УСЛОВИЯХ МОГ ВОЗНИКНУТЬ И ЭВОЛЮЦИОНИРОВАТЬ МИР РНК? http://archive.is/drH4f#selection-747.0-747.12

1.8. Жизнь упала с неба http://expert.ru/russian_reporter/2007/22/zhizn_upala_s_neba/

1.9. Снытников В.Н., Астрокатализ как стартовый этап геобиологических процессов. Жизнь создает планеты? http://www.evolbiol.ru/document/852

1.10. Антоненко Андрей, Мир дикой Природы. Ученые: жизнь на Земле могла существовать уже 4 миллиарда лет назад. http://www.wwlife.ru/index.php/vse-dobavleniya/item/2491-uchenye-zhizn-na-zemle-mogla-sushchestvovat-uzhe-4-milliarda-let-nazad

1.11. Антоненко Андрей, Мир дикой Природы. Энергетика клетки объяснила тайну появления сложных форм жизни. http://www.wwlife.ru/index.php/main/item/1132-energetika-kletki-ob-yasnila-tajnu-poyavleniya-slozhnykh-form-zhizni

1.12. Антоненко Андрей, Мир дикой Природы. Клеточные организмы. http://wwlife.ru/index.php/main/item/900-kletochnyie-organizmyi

1.13. Туров В.А. Жизнь - как же она возникла? http://samlib.ru/t/turow_w_a/wyshlimywseizwody-1.shtml