О природе жизни

Представилось, что жизнь подобна цепной химической реакции.

Что заставляет взрываться бомбу? И какие побудительные мотивы у нее для этого? Так она устроена. Побудительные мотивы заключаются в ее устройстве. Продукты первичной случайно возникшей реакции являются катализаторами следующих подобных реакций. Происходит взрыв.

Существует концепция РНК-мира. См. Википедию. Показано, что нуклеиновые основания могут синтезироваться в естественных условиях из простых химических соединений. Показано, что РНК могут осуществлять самосборку из нуклеиновых оснований. Показано, что РНК могут самовоспроизводиться (самореплицироваться) сами на себе и быть катализаторами (рибозимы) этого(цепная реакция).  Показано, что РНК способны к эволюции . Если добавить к этому симбиоз РНК с  фосфолипидными мембранами, которые защищают РНК от воздействия факторов окружающей среды, и с белками, которые РНК могут создавать на себе в примитивных РНК-рибосомах, то можно себе представить себе примитивную клетку.

Наиболее удачная, т.е. идущая с наибольшей скоростью, цепная автокаталитическая биохимическая реакция или каскад реакций поглощает(ют) все доступное естественно создаваемое органическое вещество, не оставляя материала для развития конкурирующим реакциям.
Поскольку, РНК довольно нестабильна и быстро распадается сама по себе, чтобы стало возможным  приумножение ее количества, необходимо, чтобы скорость генерации (рождения) новых молекул превосходила скорость распада (смерти) старых. Если имеет место обратное соотношение, то биохимического взрыва не происходит и неудачные виды РНК не размножаются. Естественный отбор происходит на молекулярном уровне. Побеждают более совершенные виды, которые рождаются с большей скоростью, чем умирают. Для эволюции смерть настолько же важна, как рождение.

В настоящее время существует три основных взгляда на природу жизни. Жизнь - это нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК), жизнь - это белки, жизнь - это мембраны.

На мой взгляд, жизнь - это симбиоз нуклеиновых кислот, белков и мембран. Симбиоз лежит в самих основах жизни. Белки - лучшие, чем сами РНК катализаторы, а фосфолипидные мембраны позволяют защитить РНК от неблагоприятных внешних условий.

"Фосфолипиды — амфифильные вещества. Они состоят из полярной «головки», в состав которой входит глицерин или другой многоатомный спирт, отрицательно заряженный остаток фосфорной кислоты и часто несущая положительный заряд группа атомов, и двух неполярных «хвостов» из остатков жирных кислот. Главная особенность фосфолипидов состоит в том, что «головка» у них гидрофильна, а «хвосты» гидрофобны. Это позволяет при нахождении в толще водной среды образовывать бислой — двойной слой фосфолипидных молекул, где гидрофильные головы с обеих сторон соприкасаются с водой, а гидрофобные хвосты упрятаны внутрь бислоя и тем самым защищены от контакта с водой.

Это определяет многие физические и химические свойства фосфолипидов, например, способность формировать липосомы и биологические мембраны (липидный бислой). Химическая структура полярной «головки» определяет суммарный электрический заряд и ионное состояние фосфолипида. «Хвосты» контактируют с липидным окружением, а «головки» — с водным, так как неполярные жирные хвосты не могут соприкасаться с водой."

"Липосомы — сферические везикулы, имеющие один или несколько липидных бислоёв. Образуются в смесях фосфолипидов с водой (при воздействии на их водный раствор ультразвуком). Внутри липосом содержится вода или раствор, в котором проводилась ультразвуковая обработка.

Диаметр липосом составляет от 20 нм (моноламеллярные везикулы, стенка состоит из одного бислоя) до 10-50 мкм (мультиламеллярные везикулы, стенка состоит из десятков или сотен бислоёв).
Липосомы успешно используются, как носители лекарств, поскольку:
по химическому составу липосомы сходны с природными мембранами клеток;
липосомы универсальны, что позволяет переносить широкий спектр медицинских химических препаратов;не вызывают аллергических реакций."
Википедия.

Липосома, состоящая из двух слоев фосфолипидов, обращенных гидрофобными концами в межслойное пространство, и содержащая внутри себя водный раствор ДНК,РНК и белков представляет собой аналог первоклетки.


"РНК является весьма сложной молекулой, и вероятность её внезапного возникновения из отдельных атомов или фрагментов крайне низка. Действительно, сложно себе представить, как могли соединиться вместе азотистое основание, рибоза и фосфат, образовав нуклеотид. Однако Санчез, Оргел, Паунер и Сазердэнд показали возможность синтеза пиримидинов из молекул, вероятно, имевшихся в пребиотических условиях Земли.

Также важно понять, каким образом осуществлялась полимеризация первых нуклеотидов в полимерные цепочки. Относительна недавно была обнаружена важная роль различных минералов и ионов металлов в катализе при образовании биополимеров. К примеру, монтмориллонит катализирует полимеризацию нуклеотидов, 5’-фосфат которых ранее был активирован имидазолом. Более того, монтмориллонит способен образовывать везикулы из простых жирных кислот. Таким образом, этот минерал, с одной стороны, способствует полимеризации нуклеотидов, а с другой — образованию мембранных структур."biomolecula.ru/articles/rnk-u-istokov-zhizni

Миру РНК, которые представляют собой сложные биополимеры, должен был предшествовать длительный этап химической эволюции, который привел к образованию из простых химических соединений (метана, аммиака, азота, водорода и углекислого газа)и накоплению (например, в полостях минералов) структурных единиц РНК - рибозы,пиримидинов и пуринов.

Про химическую эволюцию очень хороший обзор находится в Википедии. Статья так и называется : "Химическая эволюция".

Возможным связующим звеном между неорганическим миром и миром жизни  являются не так давно открытые нанобактерии - минеральные саморазмножающиеся образования на основе минерала апатита, которые черпают аминокислоты из окружающей среды.

Нанобактерии называют еще кальцифицирующимися наночастицами. Они являются причиной многих заболеваний почек, простаты, сосудов, клапанов и пр., вызывая их кальцинирование (см. "К вопросу о значении нанобактерий в медицине и биологии" А.Г.Кутихин, Е.Б.Брусина, А.Е.Южалин на сайте cyberleninka.

Википедия сообщает про нанобактерии следующее:

"Были предположения о следующих характеристиках нанобактерий:

Они имеют исключительно малый («запрещённый для прокариот») размер клеток, сопоставимый с размером мельчайших вирусов.
Не содержат средств репликации ДНК, а нуклеиновые кислоты выделить не удалось[8].
Скорость роста нанобактерий исключительно низкая — примерно в 10 000 раз меньше, чем скорость роста бактерий.
Метаболизм нанобактерий, по-видимому, сильно отличается от метаболизма других организмов, и тесно связан с процессами биоминерализации.
Для объяснения наблюдаемых особенностей нанобактерий финские исследователи Каяндер, Бьёрклунд и Джифтчиолу предложили следующую теорию:

Нанобактерии не синтезируют собственные аминокислоты (и, возможно, нуклеотиды), а используют уже готовые, полученные из окружающей среды.
Нанобактерии не синтезируют жирные кислоты, а используют уже готовые. В случае нехватки экзогенных жирных кислот мембранные липиды частично заменяются фосфатом кальция.
У нанобактерий отсутствуют энергоёмкие системы активного транспорта, характерные для про- и эукариотических клеток. Транспорт веществ в клетку и из клетки осуществляются за счёт диффузии и броуновского движения, чему способствуют ультрамикроскопические размеры клетки.
Концентрация растворённых веществ, и, следовательно, осмотическое давление внутри нанобактерий не отличается от окружающей среды. В связи с этим нанобактериям не требуются энергозатратные системы поддержания внутриклеточного гомеостаза."

Нанобактерии из апатита очень хорошо подходят на роль  первожизни. Они могут размножаться, но при этом еще не имеют генетического аппарата - ни ДНК, ни РНК, но они имеют в избытке фосфор в фосфатной форме, необходимый для синтеза АТФ и РНК, они могут синтезировать белки, у них есть оболочки (мембраны)и они могут защитить внутреннее органическое содержимое от губительного воздействия ультрафиолетового излучения, которого было в избытке на Земле до появления кислорода и озонового слоя. Размножение нанобактерий - тоже автокаталитический процесс, поскольку каждая образовавшаяся минеральная структура катализирует развитие новых структур. Может быть, живые организмы и кристаллы не так далеки друг от друга, как это принято думать, и первые живые организмы были подобны кристаллам, но использовали для своего строения, кроме неорганических, еще и органические молекулы. И сейчас есть подобные живые организмы - кораллы, например. Возможно, что изначально появился скелет из апатита, который генерировал первые саморазмножающиеся наночастицы апатита, синтезирующие белки из аминокислот окружающей среды, а также АТФ и РНК. Удивительно, что наши кости состоят на 60-70% из гидроксиапатита.

Статью начал с гипотезы Мира РНК, предполагающей, что РНК предшествовали белкам, а закончил нанобактериями, которые могут синтезировать белки без РНК. Где правда? Может быть, действительно, правда посередине. Параллельные ветки эволюции аминокислот (белков), пуринов-пиримидинов, сахаров и фосфолипидов встретились в полостях минерального происхождения, например, в полостях минерала апатита, который обеспечил фосфатные мостики для синтеза ДНК и РНК.
 
Как это, возможно, произошло на самом деле, рассказано в следующей статье:
 
"О происхождении жизни на Земле"
http://www.proza.ru/2019/03/15/1610

Матрицей и реактором для синтеза нуклеиновых кислот  послужили кристаллы апатита (фторапатита, гидроксиапатита, карбоксиапатита).

Это выдающееся открытие принадлежит доктору биологических наук Э.Я.Костецкому.

Химическая эволюция происходила  внутри и на поверхности и этих кристаллов практически без участия воды, но с участием углекислого газа, формальдегида и синильной кислоты. Это была доклеточная форма жизни. Клетки появились позже - после появления воды на поверхности Земли.  Жизнь есть явление закономерное и она должна с неизбежностью возникать на всех планетах земного типа.