Vyzvali jsme @dwarkesh_sp, aby se zabývali základní otázkou kvantového obchodování: Co je potřeba k vytvoření prediktivního signálu z tržních dat? Rádi jsme mu ukázali, co dělá práci v HRT tak zábavnou – a proč, podle Marcových slov, "zaměstnává spoustu velmi chytrých lidí po celá léta".

Teorie Nicka Lanea o tom, jak se vyvinuly první buňky: Jeho hlavním argumentem je, že život je kontinuální s geochemií planety. Neboli mnoho hlavních charakteristik buněk - membrány, enzymy, energie prostřednictvím protonových gradientů - pochází ze spontánních procesů na Zemi. Ale nemůžete nechat tyto charakteristiky vyvíjet se po částech na různých místech. Potřebujete jedno místo, kde jsou umístěny všechny procesy, které by pak mohly vést ke vzniku první buňky. Důležitým kontextem je mimochodem, že veškerý život pochází z jediného společného předka - LUCA (poslední univerzální společný předek). Dobře, takže jaké kandidátské prostředí by mohlo dát vzniknout LUCA? Potřebuje dvě hlavní charakteristiky: - Existuje neustálý tok uhlíku a energie (v určitém smyslu je veškerý život tokem uhlíku a energie, ale potřebujete trochu geochemie, abyste tuto nerovnováhu udrželi dříve, než ji první buňky mohou kooptovat). - Něco, co koncentruje a katalyzuje reakce, které vedou k organickým látkám (aka anorganickým ekvivalentům buněk a enzymů). To vylučuje mnoho starých teorií: teplé jezírko s amoniakem a solemi a občasným bleskem nepohání nepřetržitý tok, ani nekoncentruje rané organické látky v objemu podobném buňce, aby poháněly reakce. Nick si myslí, že alkalické mořské průduchy jsou jedinečným řešením této výzvy a také pomáhají vysvětlit mnoho podmíněné biochemie, kterou veškerý život nakonec používal kvůli našemu společnému dědictví. Dobře, pojďme se do toho ponořit: a pro kontext, Nick se zde v podstatě snaží vysvětlit, jak spontánně skončíte s ranou verzí obráceného Krebsova cyklu. Reverzní Krebsův cyklus přijímá H2 a CO2 a vytváří organické molekuly, které jsou prekurzory mastných kyselin, bílkovin a cukrů. Další důležitý kousek kontextu: Veškerý život běží na protonových gradientech. Spalování potravy kyslíkem (nebo jinými oxidanty při anaerobním dýchání) pumpuje ionty H+ přes membránu, jako když se plní přehrada. Tyto ionty proudí zpět přes ATP syntázu – molekulární turbínu – která využívá tok k připojení fosfátu k ADP a vytváří ATP. Vaše tělo obsahuje pouze 60 gramů ATP, ale cyklus ATP→ADP→ATP je tak rychlý, že denně zpracováváte svou tělesnou hmotnost v ATP. Poznámka na okraj: Pokud je roztok kyselý, znamená to, že je v něm hodně iontů H+. A pokud je zásaditý (aka alkalický), znamená to, že je v něm hodně OH- iontů. Dobře, takže co se dělo v těchto alkalických hydrotermálních průduchech? Tento obrázek má 3 strany: vnitřek větracího otvoru, větrací stěnu a oceánskou stranu větracího otvoru. Na vnitřní straně průduchu máte horninu bohatou na železo, která v podstatě rezaví, což uvolňuje H2 a OH- do proudu vodního potrubí, které prochází (aka dělá vodu zásaditou/zásaditou). Stěna je tvořena katalytickými minerály, jako je FeS, a má také spoustu drobných pórů, které spojují vnitřek s vnějškem. A oceánská strana má spoustu rozpuštěného CO2 - raná Země byla v podstatě obrovským oceánem, ale měla také spoustu sopek, které vypouštěly spoustu CO2. A oceány jsou také docela kyselé, protože CO2 se po rozpuštění ve vodě stává kyselinou uhličitou. V malých pórech uvnitř těchto průduchů máte H2 reagující s CO2 za vzniku jednoduchých organických látek, jako je formaldehyd (CH2O) a methanol (CH3OH), iniciovaných FeS ve stěnách, který působí jako katalyzátor této reakce. Nápravná chemie: klidně přeskočte tento odstavec - jen ho zahrnu, protože mě stálo trochu úsilí, abych se znovu naučil středoškolskou chemii. A bylo docela uspokojivé to pochopit. Proč potřebujete, aby strana H2 uvnitř byla základní? A proč potřebujete, aby vnější strana CO2 byla kyselá? Chápu to tak, že v alkalickém roztoku je upřednostňován H2 -> H+, protože OH- (který definitivně činí roztok alkalickým) skutečně chce reagovat s H+ za vzniku H2O. Ale teď tu máte nějaké meziprodukty H+, které se povalují kolem, aby se zapojily do dalších reakcí. Na straně oceánu platí, že čím kyselejší je voda, tím menší je pravděpodobnost, že se marginální přidaný CO2 změní na kyselinu uhličitou (protože je jí už teď tolik) a místo toho bude k dispozici pro reakci. Nyní, když se tyto rané organické látky hromadí v těchto malých pórech, můžete spustit tuto smyčku pozitivní zpětné vazby, kde tyto rané organické látky působí jako prekurzory nebo enzymy, aby vytvořily více a více molekul, které život využívá. Stavíte aminokyseliny (které se stávají enzymy pro další reakce) a mastné kyseliny (které spontánně tvoří membrány, protože mají hydrofobní hlavu a hydrofilní ocasy), a cukry a peptidy a nakonec DNA a RNA. Claude ilustruje: Skutečnost, že tato raná protobuňka nemusí sama generovat protonové gradienty a může jen využít geochemické nerovnováhy, je obrovským přínosem: "Methanogeny vynakládají prakticky 98 % svého energetického rozpočtu na generování protonových gradientů metanogenezí a o něco více než 2 % produkují novou organickou hmotu. S přirozenými protonovými gradienty a děravými membránami není potřeba žádná z těchto nadměrných výdajů na energii. Dostupný výkon je naprosto stejný, ale režijní náklady jsou sníženy nejméně 40krát, což je velmi podstatná výhoda." Kromě gradientu H+, který se v těchto průduchech spontánně vyskytuje, začaly některé protobuňky také vytlačovat ionty Na+. A protože pro ně neexistuje žádný přirozený gradient, vytváří to podnět pro vývoj neporézních membrán (a pro proteiny na této membráně, aby pumpovaly protony ven). Jakmile si takovou membránu vyvinete, můžete opustit tuto stěnovou dutinu a vznášet se jako skutečná buňka. Znamená to, že dědičnost byla odstartována až v tomto bodě? Protože předem, myslím, že máte výběr mezi póry, ale nemáte žádný způsob, jak předat vlastnosti. Toto nahromadění organických látek a metabolismu probíhá nezávisle ve všech pórech. Přesto jste v tomto okamžiku již měli DNA a RNA. Co tedy tato genetická informace dělala před dědičností? Hádám, že jen organizování informací, aby se usnadnilo hromadění většího množství organických látek? Znamená to, že existovaly miliony protobuněk bez společné rodové linie, z nichž každá vyvinula své vlastní jedinečné verze veškeré základní biochemie života? LUCA byla náhodou jedním, který měl DNA, RNA a ATP syntázu, ale všechny tři z nich mohly být velmi odlišné v závislosti na tom, které protobuňky se dostaly z kouta jako první? Přesto skutečnost, že tyto tři stavební kameny jsou brány v úvahu napříč celým životem, naznačuje, že jsou jedinečně dobře navrženy? Nebo to možná znamená, že evoluce nemůže efektivně vylepšit své základy. Stejným způsobem, jakým backprop může najít nejlepší síť pro mapování funkce, ale nemůže současně přepojit GPU, na kterém ji trénujete. Každopádně, jakmile máte tuto protobuňku, může "infikovat" souvislé ventilační systémy po celém dně oceánu. Kontingentní biochemie vysvětlená touto teorií: - Proč je veškerý život poháněn protonovými gradienty - Proč všechny dráhy fixace uhlíku, ať už jsou v bakteriích, archeích nebo eukaryotech, používají acetyl-CoA jako vstupní bod. Tvoří se spontánně v těchto průduchech, když je katalyzován FeS ve stěnách. A v podstatě veškerý život stále používá tuto molekulu k ukládání energie a stavbě dalších molekul. - Proč mnoho enzymů zapojených do energetického metabolismu (a konkrétně Krebsův cyklus) stále používá minerály FeS jako svou páteř - Proč se Archaea a Bacteria (dvě různé říše eukaryot) rozdělily - zřejmě to má něco společného s tím, jak vytvářejí protonové gradienty, ale upřímně řečeno, příslušná biochemie mi šla přes hlavu. Ačkoli se předpokládá, že tato bifurkace vysvětluje, proč veškerý život sdílí DNA, RNA a ATP syntázu, ale nic jiného: ani buněčnou membránu, ani replikační enzymy DNA, ani pumpy pro vylučování. Zřejmě všechny tyto věci byly zapojeny do rozdílné volby, kterou archea a bakterie učinily během této rozdvojující se události. Otázky pro Nicka: - Hádám, že tato teorie je neslučitelná s panspermií, že? - Naznačuje tato teorie alkalických průduchů, že život může být ve vesmíru velmi vzácný nebo velmi hojný? V jistém smyslu to naznačuje, že by to mělo být vzácné. Je to jen velmi specifický typ hydrotermálního průduchu se správným gradientem pH a velikostí pórů a odolností. Ale v jiném smyslu je to jen náhodný zasraný ventil. Teoreticky by mohly existovat tisíce podobných geologických struktur po celém vesmíru, které by také mohly pohánět tok uhlíku a energie přes drobné membrány. - Není ATP syntáza super složitá? Jak mohly první protobuňky mít ATP syntázu, ale téměř nic jiného zdaleka tak složité? - Jak se všechna tato složitost vytvořila před evolucí s dědičností? Všechny tyto póry si jen nezávisle vytvářejí svůj vlastní mikrokosmos jedinečných organických látek? Domnívám se, že je možné, že tyto rané stavební kameny plavou z díry do díry bez plně vytvořené membrány? DNA a enzymy se vznášejí z jednoho póru do druhého a spouštějí další reakce? Myslí si Nick Lane, že je to pravděpodobné? Pokud ne, naznačuje to, že existovalo mnoho jiných, stejně životaschopných alternativ pro stavební kameny, jakmile se společnosti LUCA podařilo prorazit? Děkuji kolegům z knižního klubu za velmi užitečné a zábavné diskuse: @vinayramasesh, @shae_mcl, @coen_armstrong, @Oskarlso, @_sholtodouglas