Абиогенезис

 

Абиогенезис (он же абиогенез :)

Почему и как пора расширить эксперимент Миллерa по зарождению жизни

 

 
Достаточно открытые системы благодаря наличию больших градиентов в распределении параметров  оказываются способными генерировать все более сложные структуры, обеспечивающие дальнейшее воспроизводство как тех же самых, так и новых градиентов, обеспечивая саморазвитие без видимого (локализованого) его источника. Этот источник люди привыкли называть богом. (Гипотеза)

 История вопроса
 
Происхождение жизни как одна из наибольших загадок не перестает привлекать внимание исследователей. За более чем 60 лет, прошедших с первого опыта  /1/, давшего простейшие аминокислоты, радикальных прорывов достичь не удалось.
 Остается неясным, как возникли сложные комплексы самокопирующихся молекул, конкурирующих за ресурсы, чтобы мог включиться и начать вносить свой вклад  дарвиновский естественный отбор. 

Многочисленные стадии синтеза молекул типа РНК требуют широкого многообразия условий их осуществления в соответствующем строгом порядке.
Разбавление и разложение уже имеющихся компонентов также снижает вероятность протекания требуемых реакций.
 Идеальный эксперимент по зарождению жизни (или абиогенезу) требует наличия пары  типа стерильной планеты вроде Земли и звезды наподобие Солнца с соответствующими параметрами орбиты – и нескольких миллиардов лет в придачу. «Сжать» все это до приемлемых масштабов может только привлечение соображений более общего порядка. 

Сверху вниз или снизу вверх

Для наглядности любое живое существо можно представить в виде ветви дерева, начинающейся с зиготы, споры и т.п. и заканчивающейся смертью или распадом. Где-то между этими концами «ветки» могут начаться новые (дочерние), продолжающие (при наличии «благословения» отбора) рост и «загущение»  (увеличение густоты ветвей) «вверх» - в будущее. Флуктуации условий обитания и «шлифовка» отбором (эволюция – действие упомянутого Закона) совершенствуют живое, постепенно удлиняя (вернее, делая их более «многоколенными» или поли-суставными ) «ветки» и усложняя даже простейшие организмы.
Сейчас, с нынешних «макушек» этих «веток» практически невозможно сквозь миллиарды таких все усложнявшихся ветвлений «разглядеть их начало в виде самых простых циклов репликации. Просто представьте, как можно «угадать» вид первого транзистора, ковыряясь в миллионах нынешних, составляющих какой-нибудь процессор мобильного телефона – не намного  превосходящем  по размерам первый транзистор Bell Lab. Любое самое подробное исследование состава, геометрии и других характеристик Днепра где-нибудь возле Запорожья даст очень мало информации о роднике возле деревни Дудкино Сычевского района Смоленской области, где Днепр берет начало. Поэтому, пытаясь воспроизвести происхождение жизни как сложную комбинацию некоторых биохимических реакций, мы высокомерно пытаемся угадать и воссоздать путь, на который природа потратила миллиард лет вместо того, чтобы пытаться создать условия для значительного ускорения этого пути (и поучиться в процессе).
Скорее всего, все началось с  простейших циклов колебаний типа «химических часов»4, появившихся в "сети" химических реакций, "размазанной" в пространстве и времени. Постепенное их усложнение путем включения дополнительных степеней свободы рано или поздно привело к появлению в циклах автокаталитической фазы репликации (когда нужные компоненты ветрами или течениями заносило, например, то на солнцепек, к горячему источнику то, наоборот, на лед), т.е. размножения. Размножение же естественным образом начало уменьшать в данной области наличные ресурсы исходных веществ – и, следовательно, включило борьбу за них и отбор.
Таким образом, аналогично тому, как паразитная генерация в лазере при достаточном уровне усиления в активной среде «сама» находит блестящий участок поверхности на роль зеркала ( и как растения находят, КУДА расти к свету), в достаточно сложной и разно-фазовой системе, подверженной широкополосным протокам энергии с плотностью потока выше некоторого порога и с различной периодичностью, должны появиться репликаторы и начать работать естественный отбор.
Для любой открытой системы, способной к саморазвитию в соответствии с вышеприведенной гипотезой, существует предел сложности воспроизводимых структур (по крайней мере из-за ограниченного размера и количества вещества в системе).
 Идея эпиграфа была сформулирована6 в попытке выразить в одном предложении основные мысли Пригожина4 и фон Хайека5, но до сих пор никто, включая их самих, не смог установить, что «многие» и «большие» могут означать в вышеуказанная формулировка. Возможно, у этой Силы есть свое поле, которое пронизывает вселенную (в форме, может быть, «темную энергию» или «темную материю»), но мы еще не можем ее зарегистрировать напрямую, но только в результате, как «противовес» второму закону термодинамики.
               Возвращаясь к эксперименту по происхождению жизни, можно предположить, обобщая и перефразируя результаты Пригожина и фон Хайека, что существует сила, заставляющая достаточно открытые системы со многими степенями свободы и большими градиентами в распределении параметров само-упорядочиваться и само-усовершенствоваться (более привычно называемая богом6).
Возможно, эта Сила имеет свое поле, пронизывающее Вселенную ( в виде, например, «темной энергии» или «темной материи»), но мы пока не способны его регистрировать непосредственно – а только в виде результата, как «противовеса» второму началу термодинамики.

Предлагаемая схема экспериментальной  установки

Поэтому можно предположить, что новый експеримент по абиогенезису (иногда называемому также абиогенезом) должен происходить в системе, обеспечивающей трехфазное (твердой, жидкой и газообразной фаз) взаимодействие с циклами высушивания – растворения, таяния – замораживания – испарения при воздействии света с непрерывным спектром абсолютно черного тела с температурой около 6000К в присутствии как постоянного электрического и магнитных полей, так и импульсных электрических разрядов на фоне циркуляции как жидкой, так и газовой фаз и обеспечения процесса пенообразования на их границе.
Подобная (предлагаемая) экспериментальная установка (назовем ее для краткости "свитык"  - украинское слово, означающее маленький мир , "мирок") должна включать как минимум "океан" в виде достаточного объема емкости с рассолом - морской водой,  "твердь" в виде острова или островов в дополнение к "берегам" "океана" с рельефом, обеспечивающим места для "озер" и "отмелей" и покрытием из разнообразных минералов, включая, естественно, сульфиды железа, цинка и прочие предполагаемые катализаторы и фотопреобразователи, а также "темные" комнаты как на воздухе, так и под водой11 .
 
Общая схема установки для эксперимента по зарождению жизни 
Рис. 1. Общая схема "свитыка"

Для обеспечения необходимых потоков воды и "ветра" при исключении возможности загрязнений мы полагаем необходимым использовать конвекцию, так же как и для осушения воздуха в "сухой комнате". Расчет мощностей соответствующих нагревателей и холодильников, по-видимому, должен учесть долю мощностей ветров и океанских течений в получаемой от Солнца Землей энергии
При этом соотношение длительностей различных циклов должно представлять существенно не кратные числа для обеспечения максимально широкого диапазона их наложений вроде 5:17:43, причем длительность минимального полуцикла должна превосходить время установления процесса в системе в несколько раз.
Хиральность биомолекул, возможно, была вызвана анизотропией электромагнитных полей в месте их возникновения, поэтому мы считаем не лишним включить в состав "свитыка" источники скрещенных постоянных электрического и магнитного поля, взаимная ориентация которых относительно потоков жидкости и "ветра" не должна меняться в течение всего эксперимента.
Тогда в подобной системе, «пронизанной» градиентами и перемешиванием найдется (в разное время) множество мест с различными комбинациями условий для протекания разнообразных реакций и распространений их продуктов по всему ограниченному объему установки.  Эта ограниченность объема «модели Земли» за счет исключения сильного разбавления и увеличения градиентов позволяет надеяться на «сжатие» временной шкалы на несколько (5-7?) порядков, так же как и уменьшение периода циклов с дневных и годовых до, например, минут и часов (еще 2-3 порядка), что в сумме может дать требуемые 7-10 порядков для превращения  или «сжатия» 2-3 миллиардов лет до приемлемых нескольких месяцев и единиц лет.
Уже после фиксации комбинации факторов, дающих устойчивый рост новых структур (кстати, возможно стоит начинать подобные эксперименты с анаэробной атмосферой, чтобы исключить случайное выращивание конкурентной нашей формы жизни, которую наша не сможет «переварить») мы сможем перейти к выяснению роли каждого из них (простым «выключением») и сможем попробовать начать писать уравнения.
 
Да, мы пока не можем сказать, как будет совершена работа по уменьшению структурной энтропии7 /стp.152 / хотя бы потому, что в отличие от ячеек Бенара (где участвуют всего три силы и мы можем записать соответствующие дифференциальные уравнения), в эксперименте по зарождению жизни может быть задействован не один десяток реакций в трех средах с десятком разных граничных условий. Ведь даже в ячейках Бенара нет возможности явно указать на Силу, поскольку она проявляется в виде согласованного взаимодействия вязкости, тяжести и теплового расширения, «кооперирующихся» в передаче потока энергии.
Рано или поздно нам придется признать, что «косной» материи «скучно» переваривать в достаточно сложной системе запороговые потоки энергии (и/или информации) без образования новых структур, коими мы сами и являемся. Пока же теория по настоящему сложных систем даже не начала создаваться: нет четких определений сложности и порогов создания новых структур, так что приходится оперировать скорее качественными соображениями. Правда, для эксперимента по абиогенезу есть исключение: при разработке установки мы должны ориентироваться на средний поток энергии сквозь систему не ниже порядка 1Вт/см2 – значения солнечной постоянной.

Мы приглашаем обладателей подходящих средств измерений, технологий, идей, а также спонсоров для обсуждения деталей постановки нового эксперимента по зарождению жизни (абиогенезу), создания 2-3 "свитыков" и участия в проведении экспериментов.
 
 

ЛИТЕРАТУРА

 
Имя
Комментарий
   
 
 

Контакты

Звоните 38(099) 437 2436 (и по Viber)
Skype anatolii.lazarenko
WhattsUp 38(067) 4261472
Карта ПБ 4731219103898825 
 

Поиск