Сначала общие мысли:
1. Мнение таких известных химиков, как Оганов и Аветисов очень важно и может быть использовано в любых дискуссиях как аргумент.
2. Аудитория, перед которой эти мнения озвучивались ещё добавляет им внешнего авторитета (там много неспециалистов в данной области, но всё же есть академики, профессура, есть зав кафедрой (химфак МГУ), лабораториями (биофак МГУ) и пр.)
3. (ложка дёгтя). Уровень обсуждения заметно ниже уровня аудитории, он скорее научно-популярный, чем научный.
4. (ещё). В обсуждении по существу участвовали не более 10 чел. В режиме свободного обсуждения ушли от темы в область применения ИИ в научных исследованиях (очевидно это показалось более актуальным).
По основным докладчикам:
1. Оганов из них самый популярный, но и доклад у него был чистым научпопом. Его личное мнение по возникновению хиральной асимметрии - случайная флуктуация.
2. Аветисов не такой раскрученный, но в теме разбирается очень хорошо, сам над ней работал несколько десятилетий, на конференциях встречался с Соаи (одним из лауреатов). Его личное мнение: для возникновения и усиления хиральности нужны молекулярные машины, а про их появление наука ничего сказать не может.
По существу (в контексте наших интересов):
1. Докладчики согласны, что к абиогенезу конкретно данные работы отношения не имеют, скорее к производству лекарств.
Кстати, у нобелевского комитета позиция двойственная - они несколько раз пишут про ценность работы для прояснения вопросов биологической хиральности, но признают, что напрямую эта работа с биологической хиральностью не связана.
2. Продекларирована необходимость молекулярных машин для проведения такого рода процессов (Аветисов). Оба докладчика согласились с моим утверждением, что в случае данного синтеза в роли такой машины выступил экспериментатор и его установка и реактивы.
3. Предыдущий пункт не отменяет научную ценность работы, но переводит её из области нахождения чего-то готового в природе в область инженерно-конструкторской работы (если угодно, разумного дизайна)))).
4. Докладчики согласны, что в данном опыте хиральность не возникла спонтанно, но лишь произошло усиление изначально существовавшей асимметрии (мною специально этот вопрос был озвучен, чтобы ответ прозвучал в явном виде). При этом докладчики считают или допускают, что в каких-то случаях возникновение хиральности возможно как случайность (флуктуация), но численного обоснования вероятности такой флуктуации не приводилось.
Пункты 2 и 4 наиболее ценны в качестве аргументов при ответе оппонентам, которые сейчас, после этой нобелевки, станут утверждать, что проблема хиральности в предбиологической (химической) эволюции решена. Пусть идут читать буквари по стереохимии.
P.S. Юрию Берёзе. Юрий, Вы пишете:
"В химии закрыт частный вопрос: проблема гомохиральности субстрата больше не является «белым пятном». Мы точно знаем, как природа очистила строительный материал для жизни."
Нет, это совершенно не так.
Ниже мой личный краткий конспект, не претендующий на высокое качество, но отмечающий основные моменты. Лучше посмотреть запись самостоятельно.
4:37 Савватеев: Никитин говорит, что по Кунину рибосома может сама появиться. На самом деле без мультивселенных никак
7:20 Никитин: Действительно, здесь ошибка: у Кунина вселенной не хватит на реализацию той вероятности, что он посчитал, но сам Никитин с Куниным не согласен.
Рибосома не нужна начала дарвиновской эволюции. Сейчас мейнстрим — мир РНК. Тезис: дарвиновская эволюция может создавать сложгные системы из более простых. Примеры: биология и эволюционное программирование. СМ+ЕО.
11:03 Савватеев: Химики ставят мат РНК миру: хиральность, термодинамика, распад (т.е. невыгодность образования макроэргических связей, примечание моё).
12:00 Никитин: Возражение Шостака (нуклеазы вероятнее полимераз) решается компартментализацией — каждая РНК в своём мыльном пузырьке.
15:42 Савватеев: Организм имеет границы и обмен веществ, длительно поддерживает высокий химический потенциал.
17:45 Никитин: В истории с Q45 подливали вещества, т.к. моделировали много стадий, но в типичном опыте по рибозимам используется методика selex — отбор, имитирующий дарвиновскую эволюцию (и т.к. экспериментатор не знает конечную последовательность, то это никак не разумный дизайн). А что может "подливать" природа это отдельный вопрос (Сазерленд, формальдегид с синильной кислотой).
20:34 Савватеев рассказал о комментраиях о. Александра Циганкова.
21:50 Ведущий: в чём несогласие? О чём дискуссия?
22:24 Савватеев: ощущение такое, что сделано много букв, но в алфавит они не складываются, буквы ничего значащего не составляют. Ничего не объяснено. «Мы биологи верим в абиогенез».
24:20 Никитин: я бы дал пинка этому биологу, нельзя говорить за всех. У меня нет веры в абиогенез. Есть презумпция: объяснять известным, пока возможно. Второе: из гипотезы абиогенеза вытекает исследовательская программа, какие ставить эксперименты и т.д. А из РЗ ничего не вытекает.
25:05 Савватеев: предложение: если мы смогли убедиться, что само ничто не сложится никогда, тогда жизнь может быть на других планетах.
28:21 Никитин: для этого РЗ не нужен.
30:18 Савватеев: что должно произойти, чтобы Вы отвергли теорию абиогенеза?
30:40 Никитин: здесь широкое поле для доказательства несуществования по неполной индукции. Полная индукция невозможна, поэтому вывод об отсутствии чего-то не может быть абсолютным. Вы говорите именно об этом. Если за 100 лет интенсивной работы учёных не получится создать что-то типа мира РНК, тогда признаю.
33:40 Савватеев: создать в каком смысле?
34:03 Никитин: создание рибозимов методом selex это не то же, что создание машины из деталей.
34:29 Савватеев: есть степени вмешательства.
36:10 Савватеев: если абиогенез будет сделан за 100 лет, метод пригодился бы химикам.
37:27 Никитин: хиральный перекос в метеоритах (среди причин — перекристаллизация).
далее разговор о фальсифицируемости
Никитин: такой фальсифицируемости как в физике нет, но есть следы прошлого в настоящем. Можно сравнивать гипотезы о прошлом (ламаркизм, дарвинизм, нейтральная эволюция).
45:25 Савватеев: так кроме 100 лет ожидания никак Вас не переубедить?
46:10 Никитин: надо пообщаться с Вашими химками.
47:48 ведущий: какова Ваша позиция, какая альтернатива?
48:52 Савватеев: сейчас гонения.
50:40 Никитин: есть научные журналы сторонников РЗ (в разных странах всё по разному)
51:00 в Нэйчу и Сайнс много и хорошей науки не принимают, мест мало.
51:51 Савватеев: есть цензура?
52:10 Никитин: в США в некоторых университетах может быть. В России можно создать научный журнал и публиковать там всё, что угодно.
53:10 ведущий: а Вы за что?
53:29 если всё аккуратно и последовательно, как Алексей, то почему бы и не быть РЗ (если нет опасности для прикладной науки).
54:40 Савватеев: Expelled: No Intelligence Allowed
56:10 Никитин: против религии как таковой не выступает, многие физики религиозны, это им помогает и т.д.
56:40 Савватеев: про белки (GFP). Эволюцию саму по себе никто не отрицает, но что касается новых генов, как они могут появляться? Числитель есть, но знаменатель забыт и всем всё равно.
1:01:33 Никитин: пространство белков действительно огромна, оно не исследовано жизнью. Есть ли способ найти функциональную последовательность? Перебор не работает. Оценит плотность функциональных последовательностей трудно.
Основной способ возникновения новых белков — дупликация.
У большинства функциональных белков есть стабильная структура. Если делать библиотеки белков с рандомизированной последовательностью, но с сохранённой структурой, 30% их сохраняет ферментативную активность.
Принципиально новые белки бывают, но они маленькие и функции у них обычно регуляторные или защитные.
Вопросы Никитина
1:12:00 Никитин: про исследовательскую программу РЗ (принято "на дом")
1:12:13 Никитин: про мир РНК. Экспреименты с иск. отбором показали, что рибозимы с низкой, но измеримой активностью копирования существуют и их можно обнаружить. Длина из около 200 н. За раунд selex проверяют 1г. РНК = 10**19 последовательностей. Таких экспериментов не так много (10**6 с огромным запасом = 10**25) и по крайней мере один найден. Среди рибозимов 10**120/10**25 функциональных.
1:14:52 Савватеев: здесь всё понятно, но химики говорят, что здесь всё кончится, когда термодинамический потенциал упадёт
Далее, отсутствует переход к миру белка.
1:16:43 Никитин: постановка вопроса нормальная, но как поставить осмысленный эксперимент?
1:17:55 ведущий: Ваша позиция какая? Вы против расходов на бесперспективные исследования или против плохого отношения к сторонникам РЗ?
1:18:15 против идеологической ангажированности и за истинное понимание.
1:20:10 Никитин: в Американской системе хайп нужен для получения денег.
1:21:40 ведущий: в абиогенезе и эволюции больше ангажированности?
1:22:05 Никитин: как везде, денег тут мало. Приходится искать применения самим (аптамеры)
нечестность может подстегиваться религиозной борьбой.
1:23:35 Савватеев: я не вижу противоречий. Религиозные тексты не про то.
Никитин: обезьяний процесс. Савватеев: процесс Кицмиллера.
1:25:40 ведущий: религиозная вера и научная уверенность.
1:27:15 Савватеев:
1) Нам предлагается не сомневаться в макро, потому что мы видим микро.
2) Людям, которые говорят, что столь сложные и красивые вещи не могли появится без замысла, говорят: "а покажите нам Творца, да и вообще не разумно всё"!
3) Степень вмешательства учёных в процесс за кадром.
1:29:29 ведущий: какие математические предпосылки существованию Творцы вы видите в теореме Гёделя (от существования истинного, но недоказуемого утверждения к с существованию Творца вселенной).
1:29:45 Савватеев: не понимаю вопроса. Это мой личное отношение (возможно я не понял).
1:30:53 ведущий: каким образом должна работать эволюция на уровне 1го 2х нуклеотидов, если ещё нет механизма записи комбинаций.
1:31:03 Никитин: если нет длинных цепочек скорее всего работает химия, а не эволюция. Для эволюции (репликации) нужно 50, а лучше 100-200 нуклеотидов.
1:32:07 ведущий: религий много, какова вероятность, что верна Ваша?
1:32:25 Савватеев: безумие привлекать математику в религию. Религия говорит о судьбе души и как жить.
1:33:45 ведущий: если жизнь сложна и требует архитектора, то не должен ли архитектор быть сложнее.
1:34:32 Савватеев: никто не обещал, что будет решение. мы видим, что должен быть автор, но не знаем кто он.
1:35:21 Савватеев (Никитину): Вы предъявляли претензию, что дизайн кривой, но эволюцией же сделать проще, это никто не отрицает (думается, что в подразумеваемом смысле я отрицаю эволюцию, я не знаю как точно надо интерпретировать кости, но не могу интерпретировать их как следы "обычной" миллиарднолетней жизни по чисто религиозным соображениям; кроме того оценка нетривиального дизайна нетривиальна (например, двигатели топовых гоночных мотоциклов специально делают с неравномерным биением поршней, что не так эффективно для машины, но удобнее для управления человеком на пределе скорости, и догадаться зачем это сделано невозможно, надо знать предметную область))
1:37:35 Никитин: бритва Оккама
1:37:37 Савватеев: а как тогда?
1:37:45 Никитин (эмоционально): если мы ничего не знаем про Творца, то Творец не объяснение.
Савватеев: мы зашли в тупик с материальными объяснениями / Никитин: "с известными".
Савватеев: возврат к "100 лет ждать" и фактической нефальсифицируемости.
1:39:32 Савватеев: а нам кто-то гарантировал, что мы сможем всё объяснить?
1:39:45 Никитин: никто, "но таков путь".
Савватеев: (...) Теорема Гёделя. Хаос в дифурах, непредсказуемость. Это примеры нашей ограниченности познания. Из этого не следует запрет на познание.
1:42:14 ведущий Никитину: поскольку А.В. говорил о маргинализации его взглядов, как Вы относитесь к антипремиям, высмеиванию?
1:43:25 Никитин: в 2016 — хорошо, сейчас сомневаюсь. Возможно ли измерить пользу такого дела? Есть разные случаи: явные мошенники, просто публичные лица.
1:45:18 Никитин: ещё раз про неоптимальный дизайн: прямохождение человека, нерв жирафа.
1:47:00 Савватеев: Творец непознаваем. Мы видим следы замысла, внешнего архитектора. Мы не имеем права экстраполировать наши представления на Творца.
1:49:05 Никитин: было интересно. оппонент задавал серьёзные вопросы. Это ценный опыт.
1:49:48 Савваетеев: спасибо за добрые слова. Для меня многое стало ясно. Хотелось бы дискуссию с химиком.
1:50:22 ведущий: с удовольствием предоставлю площадку.
Алексей Владимирович просил собрать список работ по проблемам абиогенеза.
Вот собрал то что известно мне и разделил на смысловые блоки.
К каждому пункту добавлены разделы:
-Смысл (краткое объяснение содержимого работ для облегчения поиска и навигации).
-Контраргументы (как на эту проблему отвечают сторонники РНК-мира и химической эволюции).
-Статус дискуссии / Опровержение (почему предложенные решения до сих пор не подтверждены экспериментально в естественных условиях). Тоже со списками работ, если таковые были мне известны.
Прошу присоединяться к созданию такого списка источников или дополнить/уточнить то что написано в этой подборке.
Вероятностный тупик (математика и комбинаторика)
1. Koonin, E.V. (2007). The cosmological model of eternal inflation and the transition from chance to biological evolution. Biology Direct, 2, 15. DOI: 10.1186/1745-6150-2-15
Смысл: Евгений Кунин, один из лидеров эволюционной биоинформатики, оценивает вероятность случайного возникновения минимальной системы трансляции (аппарата, переводящего РНК в белки). Полученная величина лежит далеко за пределами того, что может реализоваться в наблюдаемой Вселенной за всё время её существования. С вероятностной точки зрения это делает событие крайне маловероятным. Чтобы не прибегать к гипотезе разумного замысла, Кунин постулирует бесконечную мультивселенную - мир, где любое маловероятное событие где‑то обязательно происходит. Тем самым биология de facto признает статистическую несостоятельность чисто земного сценария.
Кунин позже развил этот расчёт в книге "The Logic of Chance" (2011) [43], показав, что никакие дарвиновские механизмы не могут включиться раньше, чем появится минимальная репликативная система, а её не может дать случай. Это делает проблему стартовой сложности фундаментально нередуцируемой.
Контраргументы: Сторонники РНК-мира утверждают, что расчет Кунина исходит из предпосылки одновременной сборки сложной системы. В реальности жизнь стартовала не с аппарата трансляции, а с очень коротких РНК-репликаторов (подобных недавно синтезированному QT45), вероятность возникновения которых значительно выше.
Статус дискуссии / Опровержение: Даже сборка короткого репликатора (40-50 нуклеотидов) в абиотической природе математически маловероятна, если строительные блоки (нуклеотиды) не активированы и не очищены. Эксперименты с короткими рибозимами требуют идеальных лабораторных условий, очищенных сред и направленного снабжения системы субстратом (например, активированными триплетами). Без целенаправленного управления параметрами системы исследователем неконтролируемая пребиотическая среда не обеспечивает нужной концентрации чистых компонентов для старта даже самой примитивной репликации.
2. Sharma, A., Czégel, D., Walker, S.I. & Cronin, L. (2023). Assembly theory explains and quantifies selection and evolution. Nature, 622, 321–328. DOI: 10.1038/s41586-023-06600-9
Смысл: В этой работе вводится "Индекс сборки" (Assembly Index) - мера сложности объекта, отражающая минимальное число шагов, необходимых для его построения при наличии памяти о предыдущих состояниях. Строго показано, что молекулы с индексом сборки > 15 не могут образоваться в результате случайного блуждания по химическому пространству даже на масштабах всей наблюдаемой Вселенной: не хватит ни времени, ни массы. Для достижения таких индексов требуется направленная селекция, алгоритмическая память и рекурсивное воспроизводство промежуточных форм. Случайная химия оказывается математически неспособной преодолеть этот порог.
Теория сборки не просто констатирует маловероятность, а вводит измеримый операциональный критерий, отделяющий живые (или технологические) объекты от абиотических. Таким образом, барьер случайного происхождения сложности получает строгую физическую форму.
Контраргумены: Авторы теории сборки полагают, что химической памятью до появления генетического кода могли служить автокаталитические циклы, где молекулы стимулируют производство самих себя, тем самым направленно преодолевая индекс 15 без участия разума.
Статус дискуссии / Опровержение:
3. Richert, C. (2018). Prebiotic chemistry and human intervention. Nature Communications, 9, 345. Рихерт указывает, что для поддержания химической сети в активном состоянии (чтобы она не скатилась в термодинамическое равновесие), экспериментаторы сегодня используют сложные микрофлюидные реакторы. Ученые насосами подают в систему свежие химические "питательные вещества" и через мембраны отводят токсичные побочные продукты, не давая им ингибировать автокатализатор. Это имитация сложнейшего клеточного гемодиализа. Характеризовать работу такой сложной лабораторной установки как "спонтанное блуждание молекул" означает игнорирование решающей роли внешнего управления параметрами системы. Без насосов исследователя сеть останавливается за считанные часы из-за истощения субстрата и накопления продуктов распада.
4. Shapiro, R. (1988). Prebiotic ribose synthesis: a critical analysis. Origins of Life and Evolution of the Biosphere, 18, 71–85.
5. Robert Shapiro (2007). A Simpler Origin for Life. Scientific American, 296(6), 46-53.
Роберт Шапиро подробно разобрал механизм реакции формозы. Да, автокатализ там есть, и он производит рибозу. Но процесс на этом не останавливается. Это так называемая "цепная реакция с разгоном" (runaway reaction). Сахара начинают реагировать друг с другом, образуя сложные, сшитые полимеры, которые быстро выпадают в виде нерастворимой коричневой смолы.
6. Leslie E. Orgel (2008). The Implausibility of Metabolic Cycles on the Prebiotic Earth. PLoS Biology, 6(1), e18. DOI: 10.1371/journal.pbio.0060018
Орджел математически и химически разобрал гипотезы теоретиков (в частности, С. Кауфмана и Г. Моровица), которые утверждали, что жизнь началась с автокаталитических сетей. Орджел доказал, что любой метаболический или автокаталитический цикл, состоящий из множества шагов, уязвим для побочных реакций. В химии молекулы не "знают", что им нужно замкнуть цикл. На каждом этапе цикла (А -> B -> C -> A) продукт может вступить в побочную реакцию с фоновыми веществами в среде. Без высокоспецифичных белковых ферментов, которые направляют реакцию ровно по одному пути, сеть неминуемо растекается в побочные тупики, истощая концентрацию реагентов. Орджел делает вывод: сложные автокаталитические циклы не могут ни спонтанно возникнуть, ни самоподдерживаться на древней Земле.
___________________
Семиотический барьер (теория информации и код)
7. Eigen, M. (1971). Selforganization of matter and the evolution of biological macromolecules. Naturwissenschaften, 58(10), 465–523. DOI: 10.1007/BF00623322
Смысл: Нобелевский лауреат Манфред Эйген формулирует "катастрофу ошибок". Для поддержания наследственной информации длина реплицирующегося полимера (прото‑РНК) ограничена точностью копирования. Без ферментов точность крайне низка, поэтому максимальная длина молекулы составляет ~100 нуклеотидов. Однако чтобы закодировать хотя бы примитивную РНК‑полимеразу, нужна последовательность как минимум на порядок длиннее. Получается замкнутый круг: без длинной РНК нет ферментов, без ферментов нельзя точно копировать длинную РНК. Плавная химическая эволюция от коротких олигомеров к кодирующей системе невозможна - порог ошибок преодолеть нельзя без уже существующей сложности.
Позднее этот парадокс был формализован как "петля Эйгена": информация и катализ должны возникнуть одновременно, иначе любой промежуточный этап разрушается мутациями. Это информационный аналог проблемы "курицы и яйца" на уровне стартовой генетической системы.
Контраргументы: Сам Эйген позже предложил математическую модель "гиперциклов" - ансамблей из нескольких коротких РНК, каждая из которых короче предела мутаций, но вместе они катализируют репликацию друг друга, распределяя информацию.
Статус дискуссии / Опровержение:
8. Maynard Smith, J. (1979). Hypercycles and the origin of life. Nature, 280, 445–446. DOI: 10.1038/280445a0
Математик Джон Мейнард Смит строго доказал, что гиперциклы фатально уязвимы для молекулярных "паразитов" - эгоистичных коротких мутантов, которые быстро размножаются за счет системы, но не вносят в нее вклад. Эксперименты in vitro подтверждают: без искусственной компартментализации и постоянного селективного отбраковывания паразитов исследователем, гиперцикл стремительно деградирует.
9. Bresch, C., Niesert, U., & Harnasch, D. (1980).
Hypercycles, parasites and packages. Journal of Theoretical Biology, 85(3), 399-405.
В этой работе было показано, что система неизбежно подвергается "короткому замыканию" паразитами. Чтобы гиперцикл не деградировал, исследователи вынуждены искусственно дробить раствор на микрокапли в эмульсиях (имитируя идеальные мембраны), что требует внешнего контроля.
___________________
Эпистемический разрыв
10. Pattee, H.H. (2001). The physics of symbols: bridging the epistemic cut. BioSystems, 60(1–3), 5–21. DOI: 10.1016/S0303-2647(01)00104-6
Примыкающие работы:
11. Yockey, H.P. (1977). A calculation of the probability of spontaneous biogenesis by information theory. J. Theor. Biol., 67, 377–398;
12. Yockey, H.P. (1992). Information Theory and Molecular Biology. Cambridge University Press;
13. Brenner, S. (2012). Sequences and consequences. Phil. Trans. R. Soc. B, 367, 10–12.
Смысл: Говард Патти (а ранее Хьюберт Йоки и позже Сидней Бреннер) доказывает существование "эпистемического разрыва" между физикой и биологией. Физические законы управляют синтаксисом - взаимодействиями молекул по массе, заряду, стереохимии. Генетический код же представляет собой семантику - условное правило перевода, при котором конкретная тройка нуклеотидов произвольно обозначает ту или иную аминокислоту. Между синтаксисом и семантикой нет причинно‑следственного моста: никакие физико‑химические взаимодействия не диктуют, какой кодон какую аминокислоту кодирует. Символьная система не выводится из свойств носителя, и, следовательно, абиотическая химическая система принципиально не способна спонтанно породить код и операционную систему жизни.
Йоки, используя теорию информации Шеннона, показал, что вероятность случайного возникновения осмысленного генетического сообщения эквивалентна нулю. Йоки математически разбирает стереохимическую гипотезу и показывает её несостоятельность с точки зрения кибернетики. Если бы генетический код определялся законами химии (как форма снежинки или структура кристалла соли), то ДНК не смогла бы нести информацию. Если бы кодоны притягивались к аминокислотам химически неизбежно, геном был бы кристаллом, не способным кодировать многообразие жизни. Йоки доказывает, что генетический код принципиально абстрактен, и попытки свести его к химическому сродству являются ошибкой. Если бы код диктовался химическим сродством, он утратил бы свойство "произвольности" (arbitrariness), необходимое для хранения больших объемов информации по Шеннону.
Бреннер указал, что информация в ДНК транслируется не физическими силами, а правилами, установленными аппаратом трансляции, а сам аппарат закодирован в той же ДНК. Таким образом, замкнутость семантической петли неподвластна никаким химическим градиентам.
Контраргументы: Стереохимическая гипотеза (Карл Воуз). Предполагается, что на заре эволюции кодоны (или антикодоны) имели прямое химическое сродство к определенным аминокислотам. То есть код не был символьным изначально, он диктовался законами химии.
Статус дискуссии / Опровержение: Эксперименты показали химическое сродство лишь для очень малой части аминокислот, и оно крайне слабое. Более того, в современной клетке аминокислоты вообще не контактируют с кодоном на мРНК (эту функцию выполняет транспортная РНК-адаптер). Переход от слабого физического сродства к жесткому, абстрактному операционному коду через систему адаптеров не имеет известных физико-химических оснований.
14. Eugene V. Koonin & Artem S. Novozhilov (2009). Origin and evolution of the genetic code: the universal enigma. IUBMB Life, 61(2), 99-111.
Кунин и Новожилов провели исчерпывающий обзор всех попыток доказать стереохимическую связь (включая работы Яруса). Они делают строгий вывод: статистически значимое физическое сродство кодонов (или антикодонов) к аминокислотам было показано всего для 3–4 аминокислот (прежде всего для аргинина и изолейцина). Для подавляющего большинства остальных (~16 аминокислот) не обнаружено никакой убедительной стереохимической связи. Кунин констатирует, что стереохимия в лучшем случае может объяснить крошечный стартовый фрагмент кода, но она принципиально не способна объяснить универсальный код из 20 аминокислот. Код не детерминирован законами физики, в нём присутствует колоссальный элемент "замороженной случайности" (frozen accident) и эволюционного произвола, который химия объяснить не может.
15. Francis Crick (1968). The origin of the genetic code. Journal of Molecular Biology, 38(3), 367-379.
Крик, открывший структуру ДНК, был первым, кто отверг стереохимическую гипотезу. Он указал на структурный факт: в рибосоме аминокислота и матричная РНК (кодон) пространственно разделены. Связующим звеном работает адаптер - транспортная РНК (тРНК). Аминокислота крепится к одному концу тРНК (акцепторному стеблю), а антикодон находится совершенно на другом конце. Между ними нет физического контакта. Переход от гипотетического "прямого химического связывания" к системе, где используются молекулы-посредники (адаптеры), требует полного переписывания механизма. Слепой отбор не мог бы плавно перевести систему с прямого физического контакта на абстрактный "адаптерный" код, так как любая промежуточная стадия разрушила бы трансляцию.
16. Paul Schimmel, R. Giegé, D. Moras, & S. Yokoyama (1993). An operational RNA code for amino acids and possible relationship to genetic code. Proceedings of the National Academy of Sciences, 90(19), 8763-8768.
Пол Шиммель, один из ведущих мировых экспертов по аминоацил-тРНК-синтетазам (ферментам, которые соединяют аминокислоту с тРНК), открыл так называемый "операционный код" (operational RNA code). Он доказал, что фермент, прикрепляющий аминокислоту к тРНК, часто вообще не смотрит на антикодон. Фермент распознает крошечный участок на хвосте тРНК (в акцепторном стебле). Это открытие ставит под сомнение стереохимическую парадигму. Правило перевода (какая аминокислота соответствует какому кодону) диктуется не химическим сродством молекул, а программной логикой белка-фермента (синтетазы). Фермент действует как высокоспецифичный катализатор, считывающий структуру: он берет аминокислоту, смотрит на хвост тРНК и соединяет их. Физическая связь между кодоном и аминокислотой в природе отсутствует, это чистая семантика, установленная белковыми машинами.
___________________
17. Carter, C.W. Jr. & Wills, P.R. (2018). Interdependence, Reflexivity, Fidelity, and the Evolution of Genetic Coding. Molecular Biology and Evolution, 35(2), 269–286. DOI: 10.1093/molbev/msx264
Смысл: Статья посвящена глубочайшей рефлексивности и взаимозависимости компонентов системы генетического кодирования. Аминоацил‑тРНК‑синтетазы (ферменты, "навешивающие" правильную аминокислоту на тРНК) сами являются белками, закодированными в ДНК. Транспортные РНК тоже продукт того же кода. Ни один компонент не имеет химического или биологического смысла по отдельности: белок‑синтетаза без тРНК бесполезен, тРНК без синтетазы неверно ацилируется, рибосома без тРНК и мРНК ничего не транслирует. Анализ показывает, что такая система не могла собираться постепенно, её части лишены селективного преимущества изолированно. Код должен был появиться как единый информационно‑согласованный комплекс, что противоречит любому дарвиновскому сценарию до возникновения жизни. Концепция "рефлексивной информации" у Картера и Уиллса математически описывает ситуацию, когда для задания кода нужен продукт этого самого кода. Это не просто техническая трудность, а логическая петля, аналогичная теореме Гёделя в формальных системах - самоотнесение, которое не может быть порождено последовательными шагами.
Контраргументы: Авторы статьи сами предполагают процесс постепенной коэволюции "урзимов" (коротких предковых версий синтетаз) и укороченных вариантов тРНК, которые постепенно наращивали специфичность и сложность друг друга.
Статус дискуссии / Опровержение:
18. Longo, L. M., Blaber, M., & Tawfik, D. S. (2013). Protein design at the crossroads of the early Earth. Current Opinion in Structural Biology, 23(4), 542-556. Дэн Тавфик (Вейцмановский институт), крупный специалист по белковой эволюции, доказал высочайшую хрупкость белковых структур. Укороченные белки (какими являются гипотетические урзимы) лишены внешних стабилизирующих доменов. В водной среде ранней Земли, без шаперонов (белков-помощников) и идеальных лабораторных температур, такие полипептиды не сворачиваются в стабильную трехмерную структуру. Они образуют гидрофобные агрегаты и выпадают в осадок. Урзимы Картера существуют только потому, что они созданы методами реверс-инжиниринга из уже существующего, отполированного эволюцией современного фермента. Шанс случайной сборки стабильного каталитического ядра длиной 120 аминокислот в пребиотическом бульоне математически крайне низок. Тавфик отмечает в своих лекциях: "Эволюция не может отбирать то, чего еще не существует. Происхождение первых белковых фолдов остается макро-загадкой".
Даже если мы допустим, что урзим собрался и не распался в воде, он сталкивается с информационным тупиком.
19. Li, L., Francklyn, C., & Carter, C. W. Jr. (2013). Aminoacylating urzymes challenge the RNA world hypothesis. Journal of Biological Chemistry, 288(37), 26856-26863.
Эксперименты самого Картера показывают, что урзимы обладают в миллионы раз меньшей специфичностью, чем современные ферменты. Современный фермент ошибается 1 раз на 10 000 присоединений. Урзим присоединяет аминокислоты почти случайным образом. Это создает критическую проблему для функционирования генетического кода. Код - это строгое соответствие (А = Б). Если урзим навешивает на тРНК случайную аминокислоту, то рибосома соберет случайный белок. Случайный белок не свернется и не будет работать. Возникает критическое накопление ошибок: система трансляции, основанная на неточных урзимах, производит биологический материал, который не дает протоклетке преимущества в выживании. Естественному отбору не за что зацепиться, чтобы начать улучшать эту систему. Хотя Картер интерпретирует это как некий этап коэволюции, низкая специфичность урзимов создает серьезную проблему для сохранения генетической информации.
___________________
Химический и термодинамический барьеры (реальная химия)
20. Benner, S.A., Kim, H.-J. & Carrigan, M.A. (2012). Asphalt, water, and the prebiotic synthesis of ribose, ribonucleotides, and RNA. Accounts of Chemical Research, 45(12), 2025–2034. DOI: 10.1021/ar200332w
Смысл: Стивен Беннер, пионер синтетической биологии, обосновывает "парадокс асфальта" (asphalt problem). Приложение неспецифической энергии (ультрафиолет, разряды, тепло) к смесям простой органики в воде не приводит к образованию РНК. Вместо этого доминируют неконтролируемые реакции кросс‑сшивания, конденсации и осмоления, дающие сложную смесь полициклических ароматических смол - химический асфальт. Любые образующиеся малые количества "полезных" соединений немедленно разрушаются или включаются в нерастворимую смолу. Без избирательного катализатора или алгоритмического фильтра энергия не упорядочивает, а хаотизирует систему.
Беннер подчёркивает, что вода - это не только среда, но и агрессивный реагент, гидролизующий макромолекулы. Поэтому совместить синтез нуклеотидов (требующий ухода воды) с их накоплением (требующим водной среды) принципиально трудно. Этот водо‑асфальтовый конфликт делает классический первичный бульон химически несостоятельным.
Контраргументы: Сам Беннер предложил химическое решение: присутствие борсодержащих и молибденсодержащих минералов в среде стабилизирует рибозу и направляет реакцию к образованию нуклеотидов, препятствуя осмолению.
Статус дискуссии / Опровержение: Стабилизация минералами работает только в чистых лабораторных условиях.
21. Grew, E.S., Bada, J.L., & Hazen, R.M. (2011). Borate Minerals and Origin of the RNA World. Origins of Life and Evolution of Biospheres, 41, 307-316. Джеффри Бада (один из ведущих учеников Стэнли Миллера) и Роберт Хейзен (выдающийся минералог) доказывают, что концентрированные боратные минералы (такие как колеманит или улексит, которые Беннер использовал в лаборатории) образуются только в условиях испаряющихся озер на сформированной гранитной континентальной коре. В катархее (Hadean, >4 млрд лет назад), когда должна была зарождаться жизнь, континентов современного типа не существовало. Весь бор был растворен в глобальном океане в ничтожных концентрациях. Следовательно, никаких чистых залежей бората, способных спасти рибозу от превращения в асфальт, на ранней Земле просто не могло быть.
Даже если предположить, что бораты как-то скопились, возникает химический конфликт с другими, гораздо более распространенными ионами.
22. Furukawa, Y. et al. (2015). Effects of Silicate, Phosphate, and Calcium on the Stability of Aldopentoses. Origins of Life and Evolution of Biospheres, 45, 319–328. В статье показано, что реакция крайне чувствительна к присутствию ионов кальция. В щелочной среде, которая нужна для синтеза сахаров (реакция Бутлерова/формозная реакция), кальций немедленно реагирует с боратами и фосфатами, выпадая в нерастворимый осадок. Таким образом, в реальной природной среде (где кальция и железа всегда на порядки больше, чем бора) борат был бы мгновенно "выключен" из реакции, и органика беспрепятственно превратилась бы в смолу.
____________________
23. Schrum, J.P., Zhu, T.F. & Szostak, J.W. (2010). The origins of cellular life. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 2(9), a002212. DOI: 10.1101/cshperspect.a002212
Ключевые экспериментальные работы:
24. Mansy, S.S. et al. (2008) Nature, 454, 122–125; Zhu, T.F. & Szostak, J.W. (2009) J. Am. Chem. Soc., 131, 5705–5713.
Смысл: Нобелевский лауреат Джек Шостак и его группа, создавая искусственные протоклетки из жирных кислот, столкнулись с фундаментальной проблемой проницаемости. Чтобы поддерживать жизнь, везикула должна, с одной стороны, удерживать внутри ионный градиент и крупные полимеры (РНК), а с другой - пропускать питательные нуклеотиды и маленькие заряженные молекулы. Эксперименты показали, что простые липидные мембраны непроницаемы для нуклеотидов, особенно в присутствии ионов магния, необходимых для функционирования РНК. Если мембрана делается проницаемой, она не способна удерживать энергетический градиент и коллапсирует. Современные клетки решают эту задачу с помощью сложных белковых насосов и каналов, кодируемых генетически. До появления ДНК и белок‑синтезирующего аппарата этот структурный парадокс неразрешим.
Таким образом, одновременное появление компартментализации, метаболических градиентов и генетического материала образует "тройную петлю": мембрана нужна для РНК, РНК нужна для белков‑насосов, насосы нужны для мембраны. Никакой упорядоченный сценарий не позволяет собрать всё по частям.
Контраргументы: Эксперименты лаборатории Шостака показали, что пребиотические мембраны из простых жирных кислот могут быть одновременно достаточно проницаемыми для нуклеотидов и непроницаемыми для длинных цепей РНК.
Статус дискуссии / Опровержение: Возникает неразрешимый физико-химический конфликт сред, и описание этого парадокса дали сами исследователи лаборатории Шостака, когда пытались его обойти. Мембраны из простых жирных кислот крайне нестабильны. Для работы рибозимов и полимеризации РНК критически важны ионы магния, но стоит добавить магний в среду, как мембраны из жирных кислот мгновенно разрушаются. Ученым приходится синтезировать искусственные молекулы-хелаторы (например, цитрат), чтобы защитить мембрану от магния. В природе таких идеальных защитных механизмов, действующих одновременно в одной среде, нет.
25. Katarzyna Adamala & Jack W. Szostak (2013). Nonenzymatic template-directed RNA synthesis inside model protocells. Science, 342(6162), 1098-1100.
Катаржина Адамала и Джек Шостак констатируют фундаментальный конфликт: для неферментативного копирования РНК требуются высокие концентрации двухвалентных ионов магния. Но мембраны из простых жирных кислот мгновенно выпадают в осадок (превращаются в нерастворимое мыло) при концентрации выше 4 мМ. То есть условия, в которых работает РНК, дестабилизируют протоклетку, и наоборот. Чтобы эксперимент состоялся, Шостак добавил в раствор цитрат (лимонную кислоту). Цитрат сработал как хелатор: он обхватил ионы магния, защитив мембрану от разрушения, но при этом позволил магнию катализировать сборку РНК.
26. Tour, J. M. (2016). Animating Chemistry. Inference: International Review of Science, 2(1). Тур подробно разбирает статью Шостака в Science. Он указывает на методологическую проблему экстраполяции: цитрат - это сложный промежуточный продукт цикла Кребса (цикла трикарбоновых кислот). Он является результатом работы высокоразвитого ферментативного метаболизма. Тур задает вопрос: откуда в пребиотической среде взялся концентрированный, химически чистый цитрат в идеальной пропорции, чтобы спасти везикулы Шостака? Использование биологического метаболита (цитрата) для доказательства происхождения самой биологии создает логический круг. Без этого химического вмешательства исследователя протоклетка Шостака коллапсирует за секунды.
Проблему нестабильности жирных кислот в присутствии природных ионов подтверждают и другие пионеры изучения протоклеток, которые признают этот барьер непреодолимым для океанских сценариев.
27. Monnard, P. A., & Deamer, D. W. (2002). Membrane self-assembly processes: Steps toward the first cellular life. The Anatomical Record, 268(3), 196-207.
28. Deamer, D. (2011). First Life: Discovering the Connections between Stars, Cells, and How Life Began. University of California Press.
Эксперименты Димера и Моннарда доказали, что в присутствии концентраций солей, типичных для океана, пребиотические мембраны из простых жирных кислот вообще не могут образоваться. Двухвалентные ионы связывают карбоксильные головки жирных кислот, образуя жесткий осадок (аналог накипи или мыльной пены). Именно поэтому Димеру пришлось отказаться от идеи зарождения жизни в океане и перенести свою гипотезу в пресноводные лужи.
29. Luisi, P. L. (2016). The Emergence of Life: From Chemical Origins to Synthetic Biology. Cambridge University Press.
Луизи указывает на конфликт между физикой мембраны и химией питания. Чтобы РНК могла копироваться внутри везикулы, везикула должна быть проницаема для нуклеотидов. У Шостака проницаемость достигается за счет использования очень коротких и простых жирных кислот с высокой динамикой обмена. Но Луизи как физико-химик подчеркивает: если мембрана настолько проницаема, что пропускает огромные заряженные нуклеотиды, она принципиально не способна удерживать протонные и ионные градиенты (источник энергии для ранней жизни, по теории Ника Лэйна). Высокопроницаемая протоклетка оказывается термодинамически нежизнеспособной, так как не способна поддерживать необходимый для метаболизма электрохимический градиент. Возникает тупик: мембрана либо непроницаема (и клетка не получает нутриентов без белковых насосов), либо проницаема (и клетка не может накапливать энергию градиента).
Хиральный барьер (гомохиральность)
30. Blackmond, D.G. (2010). The origin of biological homochirality. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 2(5), a002147. DOI: 10.1101/cshperspect.a002147
Bonner, W.A. (1991). The origin and amplification of biomolecular chirality. Origins of Life and Evolution of the Biosphere, 21, 59–111.
Смысл: Все биополимеры гомохиральны: белки построены только из L‑аминокислот, нуклеиновые кислоты - из D‑рибозы. Химический синтез в неживой природе всегда даёт рацемическую смесь (50:50 энантиомеров). Включение даже одного неправильного изомера катастрофически нарушает укладку белков и спиралей РНК. Донна Блэкмонд и Уильям Боннер показали, что никакой спонтанный физический процесс (поляризованный свет, кварцевые матрицы) не может дать стабильный перекос, достаточный для поддержания функциональной макромолекулы. Все известные автокаталитические реакции (например, реакция Соаи) либо быстро рацемизируются, либо требуют готовой хиральной затравки, что возвращает проблему на шаг назад.
Таким образом, гомохиральность не может возникнуть как побочный продукт дарвиновской эволюции, потому что без неё сами репликаторы не могут функционировать. Это классический пример замкнутой необходимости: для точного копирования нужна хиральная чистота, для которой нужен точный репликативный аппарат.
Контраргументы: Механизмы энантиомерного обогащения (хиральная амплификация). Например, "созревание Вьедмы", где механическое перетирание кристаллов в пересыщенном растворе при циклах нагрева/охлаждения приводит к полному переходу системы в один хиральный изомер.
Статус дискуссии / Опровержение: Процесс Вьедмы работает исключительно в твердой фазе при искусственном подводе механической энергии (взбалтывании стеклянными шариками в лаборатории). Как только эти молекулы попадают в жидкую водную среду, где должна собираться РНК, они неизбежно и быстро подвергаются рацемизации обратно в пропорцию 50:50. Стабильная хиральная чистота в жидком пребиотическом бульоне без постоянной очистки недостижима. Кристобаль Вьедма, первооткрыватель этого процесса, в своей статье описывает лабораторные условия. Чтобы из смеси 50:50 получить 100% хиральную чистоту, он использовал суспензию кристаллов хлората натрия (позже это применили к аминокислотам), в которую насыпал стеклянные шарики и непрерывно перемешивал магнитной мешалкой со скоростью 600 оборотов в минуту. Этот процесс работает только за счет постоянного механического разрушения кристаллов. Без непрерывного подвода кинетической энергии (которую в лаборатории обеспечивает мотор) созревание Вьедмы останавливается. Перенести стеклянные шарики и мотор в пребиотическую среду крайне сложно, даже если апеллировать к прибою или трению песчинок.
Донна Блэкмонд, главный мировой авторитет в кинетике хиральной амплификации (именно она популяризовала созревание Вьедмы для пребиотической химии), как честный ученый, указывает на главный барьер этого механизма. В своих работах Блэкмонд объясняет парадокс: чтобы созревание Вьедмы работало, молекулы в жидкой фазе (растворе) должны очень быстро рацемизироваться (превращаться из левых в правые и обратно). Это нужно, чтобы неправильные изомеры из жидкости переходили в правильные кристаллы на дне. Полимеризация РНК не происходит в твердых кристаллах на дне, а идет в растворе. Но Блэкмонд показывает, что как раз в растворе в этой системе идет непрерывная рацемизация. Если вы возьмете этот 100% чистый кристалл, образовавшийся от трения, и растворите его в воде (чтобы начать собирать РНК), термодинамика возьмет свое и раствор быстро вернется к состоянию 50:50.
31. Bada, J.L. (1972 / 1991). Racemization of amino acids / Kinetics of racemization of amino acids as a function of pH (J. Am. Chem. Soc).
Джеффри Бада (геохимик) посвятил карьеру изучению поведения аминокислот в воде. Он строго доказал, что любая хирально чистая популяция аминокислот в водном растворе с течением времени (от дней при высоких температурах до тысячелетий при низких) неизбежно превращается в рацемическую смесь (50/50). В воде молекула постоянно теряет и присоединяет протон у альфа-углеродного атома, что приводит к инверсии хирального центра. Бада показал, что без постоянно работающего ферментативного аппарата (как в современных клетках), поддерживать хиральную чистоту в жидком пребиотическом бульоне невозможно. Термодинамическое равновесие любой хиральной органики в воде - это рацемат.
4. Shapiro, R. (1988). Prebiotic ribose synthesis: a critical analysis. Origins of Life and Evolution of the Biosphere, 18, 71–85. (См. выше)
Шапиро указывает, что в щелочной водной среде (а именно в ней, согласно гипотезам, синтезировалась рибоза из формальдегида) сахара подвергаются реакциям энолизации (Лобри де Брюина - ван Экенштейна). Это означает, что молекула сахара в воде постоянно "раскрывает" свое кольцо и закрывает его обратно. При каждом таком раскрытии/закрытии хиральность может поменяться. Если аминокислоты рацемизируются относительно медленно (годы), то сахара (из которых строится РНК) делают это катастрофически быстро. Рибоза в воде рацемизируется и изомеризуется за считанные часы или дни. Никакой чистый правый кристалл рибозы не выживет после того, как растворится для участия в полимеризации РНК.
___________________
Гидролитический / водный парадокс
32. Pascal, R., Boiteau, L. & Commeyras, A. (2005). From the prebiotic synthesis of α‑amino acids to primordial proteins: a complexity tale. Chemistry & Biodiversity, 2(9), 1082–1108. DOI: 10.1002/cbdv.200590085
33. Shapiro, R. (1984). The improbability of prebiotic nucleic acid synthesis. Origins of Life and Evolution of the Biosphere, 14, 565–570. DOI: 10.1007/BF00933705
Смысл: Вода, будучи непременной средой жизни, одновременно является гидролитическим агентом, разрывающим полимерные связи. Робер Паскаль с коллегами показали, что термодинамическое равновесие в водной среде сдвинуто в сторону разрушения пептидов и нуклеотидов, а не их синтеза. Чтобы сместить равновесие в сторону полимеризации, требуются циклические сухие‑влажные условия, совмещённые с подводом специфических конденсирующих агентов - набор параметров, труднодостижимый в одной геохимической обстановке. Роберт Шапиро, со своей стороны, разобрал условия, необходимые для синтеза нуклеотидов (безводная восстановительная среда), и показал, что они прямо противоположны условиям, нужным для их полимеризации (водная среда). Примирить эти требования без сложной метаболической сети невозможно.
Этот "водный парадокс" подрывает практически все сценарии "РНК‑мира": ни сахара, ни нуклеотиды, ни РНК не могут одновременно образовываться и сохраняться в водной толще. Каждая стадия требует своего уникального микроокружения, а их пространственно‑временная стыковка в пребиотической природе остаётся нерешённой фундаментальной проблемой.
Контраргументы: Модель влажно-сухих циклов (wet-dry cycles), развиваемая Д. Димером. Периодическое высыхание луж вблизи вулканов обеспечивает конденсацию макромолекул, а последующее смачивание приводит к формированию везикул с полимерами внутри.
Статус дискуссии / Опровержение: При высыхании природного раствора концентрируются не только нуклеотиды, но и соли, а также примеси. Термическая полимеризация без ферментов протекает хаотично: нуклеотиды сшиваются неправильными 2′−5′ связями, образуя неработающие ветвящиеся структуры. Эксперименты с влажно-сухими циклами дают рабочие 3′−5′ РНК-цепи только тогда, когда ученые вводят искусственные химические активаторы (например, EDC или цианамид), которых в чистом виде не могло быть в горячем источнике.
34. Leslie E. Orgel (2004). Prebiotic chemistry and the origin of the RNA world. Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology, 39(2), 99-123.
Лесли Орджел (пионер исследований РНК-мира) в своем итоговом обзоре подробно описывает проблему "региоселективности". Он констатирует, что неферментативная полимеризация всегда дает высокую долю небиологических связей. Без сложных ферментов-полимераз, которые физически удерживают нуклеотид под нужным углом, химия неизбежно идет по пути создания структурных искажений.
35. Szostak, J. W. (2012). The eightfold path to non-enzymatic RNA replication. Journal of Systems Chemistry, 3, 2.
Джек Шостак посвятил много лет попыткам заставить РНК копироваться без ферментов. В этой статье он прямо признает проблему: при спонтанной химической сшивке 2′−5′ связи неизбежны. Группа Шостака даже пыталась доказать, что первая жизнь могла терпеть немного 2′−5′ связей, но они честно признают, что если их становится слишком много (что неизбежно при влажно-сухом цикле), молекула теряет способность к образованию двойной спирали (теряет функцию наследственности).
26. Tour, J. M. (2016). Animating Chemistry. Inference: International Review of Science, 2(1). (См. выше)
Химик-синтетик Джеймс Тур открыто указывает на методологическую проблему использования EDC в пребиотических экспериментах. EDC - это сложный синтетический реагент, создаваемый на современных химических заводах. Использование его или концентрированного цианамида для доказательства спонтанного зарождения вызывает серьезные вопросы. В горячем источнике таких концентрированных активаторов быть не могло, они нестабильны в воде и быстро разрушаются.
36. Hud, N. V. et al. (2013). The origin of RNA and "My Grandfather's Axe". Chemistry & Biology, 20(4), 466-474.
Профессор Николас Хад (Центр химической эволюции) показывает, что полимеризация настоящих РНК-нуклеотидов при простом нагревании/высыхании термодинамически не идет (остается на уровне димеров или разрушается). Успешные эксперименты, о которых пишет пресса, работают только благодаря использованию высокореактивных химических групп (активаторов), добавленных лаборантом. Хад делает вывод: классические нуклеотиды РНК не могли быть первыми полимерами, так как они не способны к спонтанной полимеризации в природных влажно-сухих циклах.
Эта тема имеет отношение не только к эволюции вообще, но и к абиогенезу. Желательно прояснить её насколько возможно.
Повод - видеоцитата из презентации Савватеева — кадр из ролика Никитина, "Ответ отрицателю эволюции" (весь ролик, видимо, достоин разбора; но и на самое нужное у нас не так-то много ресурсов, так что это стоит отложить в сторону).
Сам кадр во вложении, а написано там следующее:
Никитин утверждает: Написал:
Измерили светимость более 50 тысяч мутантных вариантов зеленого флуоресцентного белка
Мутантов с 9 заменами возможно 4000 в 9 степени ≈ 2.5*10³² вариантов
Существует минимум 10³⁰ вариантов последовательностей зелёного флуоресцентного белка, а значит, вероятность на них наткнуться достаточно велика!
Алексей справедливо заметил, что из написанного вывод не следует, т.к. для нахождения вероятности надо поделить число пригодных вариантов на их общее число, а для рассматриваемого белка, состоящего из 238 (вероятно, см. ниже) аминокислотных остатков это 20²³⁸, что гораздо больше, чем 2.5*10³².
К этому можно добавить также, что непонятно что такое "4000 в 9 степени" (к слову это 2.6*10³²). Похоже на число аминокислот умноженное на длину цепочки. Но число мутантов ровно с 9 заменами, как мне кажется, считается несколько иначе: надо разложить (1+19)²³⁸ в бином Ньютона и посчитать нужный член. Разве не так? И так получится поменьше, чем у Никитина: 1.9*10²⁷. Но для нахождения объёма области в пространстве последовательностей надо суммировать число мутантов с одной заменой, с двумя и т.д. (и с нулём тоже, хотя это пренебрежимо мало ). Конечно, после забывания знаменателя это мелочи, но впечатление наплевательства к деталям (или непонимания) добавляет.
Есть более существенное с точки зрения биологии замечание: что такое все эти "сохраняют флуоресценцию", "всё ещё работают" и т.д.? Впрочем, это следует понять, как "отбор зацепится" (с точки зрения Никитина), но тут опять же пренебрежение деталями.
Здесь у меня возник вопрос, какую статью цитирует Никитин? Кто-нибудь может дать ссылку? Это интересно, потому что с чем у Никитина можно согласиться, так это с самой идеей, что считать объём функциональных последовательностей надо правильно. Сходу я смог найти одну похожую работу:
[PDF] Sarkisyan, K. S., Bolotin, D. A., Meer, M. V., Usmanova, D. R., Mishin, A. S., Sharonov, G. V., ... & Kondrashov, F. A. (2016). Local fitness landscape of the green fluorescent protein. Nature, 533(7603), 397-401.
Работа интересная, но, по-моему, не совсем соответствующая тому, что сказал Никитин (и с их математикой мне тоже не всё понятно). Постараюсь сказать об этой работе пару слов, но пока нет времени.
Дизайном назовем конфигурацию материи, целенаправленно и непосредственно созданную агентом.
Примеры дизайнов:
- авторучка
- данный текст
- персональный компьютер
- пятно краски, специально оставленное маляром на стене
Агентом может выступать, естественно, человек, группа людей, животное, группа животных, искусственный интеллект, системы автоматического принятия решений. Для определенности и простоты можно совершенно исключить из рассмотрения сознание, так как оно не влияет на постановку задачи.
Проблема в самой общей постановке: возможно ли и, если да, то при каких условиях, распознать дизайн пост-фактум в некоторой конфигурации материи? Применима ли в распознавании дизайна абдукция как поиск наилучшего в некотором смысле объяснения наблюдаемой конфигурации материи?
Схема абдукции:
1. Если H, то объясняется E.
2. Наблюдается Е.
3. Следовательно, возможно H.
Критерием качества при оценке объяснений может выступать обширность эмпирической базы (подтверждений абдуктивного предположения).
- Если я знаю, что некоторые деревья искусственно подрезаются садовником, насколько я могу полагаться на предыдущий опыт наблюдений подрезания деревьев при наблюдении дерева, крона которого имеет строгую геометрическую форму?
- Если я знаю, что пулевое ранение определенного типа несовместимо с жизнью, то при наблюдении нескольких таких ранений на теле потерпевшего можно ли с достаточной для суда убедительностью исключить самоубийство?
- Если я знаю, что человек может писать осмысленный текст, то в какой мере я могу положиться на то, что мой собеседник на этом форуме -- реальный агент, а не случай+закономерность (что комментарий написал человек, а не кошка пробежала по клавиатуре)?
- Если вышеприведенные примеры кажутся очевидными, то нельзя ли применить ту же самую логику распознавания дизайна к биологической организации на том основании, что во всей обозримой вселенной подобные биологическим структуры может создавать разум (информационно-технологические системы) и как результат природных регулярностей без участия агента они нигде не наблюдаются? Если нельзя, то почему нельзя?
Границы применимости синтаксических моделей информации в проблеме пребиотического перехода
Приглашаем к обсуждению фундаментальной проблемы абиогенеза, лежащей на стыке молекулярной биологии и теории информации. Постулат «жизнь есть химия плюс информация» требует строгого разграничения материального носителя и кодируемого им содержания. В связи с этим предлагаются к разбору следующие тезисы:
Информационный барьер: Успешное моделирование пребиотических путей (поиск химического субстрата) не эквивалентно выявлению источника управляющей информации. Проблема абиогенеза — это в первую очередь проблема происхождения алгоритма, а не только его полимерного носителя.
Несводимость к шенноновской энтропии: Синтаксический подход оценивает лишь статистическую упорядоченность или пропускную способность канала, оставаясь индифферентным к содержанию.
Критерий функциональности: Модель биоинформации должна оперировать понятиями заданной (функциональной) сложности. Информация в биологическом контексте обладает семантикой, поскольку она жестко детерминирована конкретной биологической или каталитической функцией в живой системе.
Предлагаем рассмотреть математические и биофизические ограничения современных моделей в контексте генерации нового функционального контента.
В терминах биосемиотики, проблема происхождения информации в биоте - это проблема происхождения семиотического ядра -- токен-интерпретант-референт -- на различных уровнях биологической организации. Американский биофизик Говард Патти, работы которого основываются на трудах Джона фон Неймана, говорит об этой проблеме как о проблеме эпистемного сечения "материя-символ": биологическая организация обязана включать контур воспроизведения, что включает, по Нейману, как интерпретацию содержимого памяти в качестве инструкций синтеза белков, так и пассивное копирование инструкций в памяти. Эпистемное сечение представлено в организмах как неинтегрируемые неголономные ограничения на движение частиц материи в системе. Эти ограничения являются символьными и используют вырожденность допустимых энергетических состояний (практическое отсутствие физической и химической избирательности при формировании линейной структуры биополимерных носителей биологической информации). Эти прагматические смысловые ограничения несводимы к законам движения материи, но являются дополнительным к этим законам. В этом контексте, в линейной структуре биополимерных носителей биологической информации наблюдается полная аналогия с носителями текстовой информации: смысл текста на бумажном носителе не сводится к закономерностям, описывающим растекание чернил по бумаге, к капиллярному эффекту и пр. За исключением биоты, единственный известный науке пример подобной организации (токен-интерпретант-референт) во всей обозримой вселенной -- это заведомые артефакты, корреляты интеллекта (формальные языки, естественные языки человеческого общения, математика).
). Конечно, после забывания знаменателя это мелочи, но впечатление наплевательства к деталям (или непонимания) добавляет.