最初の細胞がどのように進化したかについてのニック・レーンの理論: ここでの彼の主な議論は、生命は惑星の地球化学によって連続しているということです。 別名、細胞の主な特徴の多く(膜、酵素、陽子勾配を介したエネルギー)は、地球の自発的なプロセスから生じます。 しかし、これらの特性をさまざまな場所で断片的に進化させることはできません。最初のセルを生じさせる可能性のあるすべてのプロセスを収容する1つの場所が必要です。 ちなみに、重要な文脈は、すべての生命が単一の共通の祖先であるLUCA(最後の普遍的な共通の祖先)から降りてくるということです。 では、LUCAを生み出せる候補環境はどのようなものなのでしょうか?2つの主な特性が必要です。 - 炭素とエネルギーの継続的なフラックスがあります(ある意味では、すべての生命は炭素とエネルギーのフラックスですが、最初の細胞がそれを取り込む前に、この不均衡を維持するには地球化学が必要です)。 - 有機物(別名細胞や酵素の無機等価物)につながる反応を濃縮して触媒するもの。 これは、アンモニアと塩、そして奇妙な稲妻を含む暖かい池が連続的なフラックスを駆動したり、初期の有機物を細胞のような体積に濃縮して反応を推進したりしないという、多くの古い理論を除外します。 ニックは、アルカリ性の海の噴出孔がこの課題にユニークに適合しており、また、私たちが共有する遺伝のためにすべての生命が最終的に使用することになった偶発的な生化学の多くを説明するのにも役立つと考えています。 さて、掘り下げてみましょう:そして文脈のために、基本的にニックはここで、逆クレブスサイクルの初期バージョンがどのように自発的に終わるのかを説明しようとしています。逆クレブス回路は、H2とCO2を取り込み、脂肪酸、タンパク質、糖の前駆体である有機分子を作ります。 もう一つ重要な文脈:すべての生命は陽子の勾配で動いています。酸素(または嫌気性呼吸における他の酸化剤)で食品を燃やすと、ダムを埋めるように、膜を横切ってH +イオンが送り出されます。これらのイオンは、ATPシンターゼ(分子タービン)を通って逆流し、その流れを利用してリン酸塩をADPに結合させ、ATPを生成します。体内にはわずか 60 グラムの ATP が含まれていますが、ATP→ADP→ATP サイクルは非常に速いため、体重を毎日 ATP で処理します。 余談:溶液が酸性の場合、その中に多くのH +イオンが含まれていることを意味します。そして、塩基性(別名アルカリ性)であれば、OH-イオンが多く含まれていることを意味します。 さて、これらのアルカリ性熱水噴出孔で何が起こっていたのでしょうか?この写真には、通気口の内側、通気口の壁、通気口の海側の 3 つの側面があります。 通気孔の内側には、鉄分が豊富な岩が基本的に錆びており、H2 と OH- が配管の流れに放出されます (つまり、水を塩基性/アルカリ性にします)。 壁はFeSなどの触媒鉱物で構成されており、内側と外側をつなぐ小さな細孔もたくさんあります。 そして、海側には溶存CO2がたくさんあります-初期の地球は基本的に巨大な海でしたが、大量のCO2を放出する火山もたくさんありました。また、CO2は水に溶けると炭酸になるため、海もかなり酸性です。 これらの通気孔内の小さな細孔内では、H2 が CO2 と反応してホルムアルデヒド (CH2O) やメタノール (CH3OH) などの単純な有機物を形成し、壁内の FeS によって促進され、この反応の触媒として機能します。 補習化学:このパラグラフは自由にスキップしてください-関連する高校の化学を再学習するのに少しの努力が必要だったので、それを含めます。そして、理解できてとても満足でした。なぜ内側のH2面をベーシックにする必要があるのですか?そして、なぜ外側のCO2側を酸性にする必要があるのでしょうか?私の理解では、アルカリ性溶液では、OH-(定義上溶液をアルカリ性にする)が本当にH +と反応してH2Oを作りたいので、H2 -> H +が好まれます。しかし、今では、他の反応に関与するために中間の H+ がいくつか横たわっています。海側では、水が酸性であればあるほど、添加された限界CO2が炭酸に変わる可能性が低くなり(すでに非常に多くのCO2が存在するため)、代わりに反応できるようになります。 これらの初期の有機物がこれらの小さな細孔の中に蓄積されたので、これらの初期の有機物が前駆体または酵素として機能して、生命が使用する分子をますます多く作るという正のフィードバック ループを開始できます。アミノ酸(他の反応の酵素になる)、脂肪酸(疎水性の頭と親水性の尾部があるため自発的に膜を形成する)、糖、ペプチド、そして最終的にはDNAとRNAを構築します。クロードは次のように説明しています。 この初期の原始セル自体が陽子勾配を生成する必要がなく、地球化学的不均衡を利用できるという事実は、大きな恩恵です。 「メタン生成菌は、エネルギー収支の実質的に98%をメタン生成によるプロトン勾配の生成に費やし、2%強を新しい有機物の生成に費やします。自然な陽子勾配と漏れのある膜では、過剰なエネルギー消費は必要ありません。利用可能な電力はまったく同じですが、諸経費は少なくとも 40 倍削減されており、非常に大きな利点です。」 これらのベントに自発的に存在するH+勾配に加えて、一部のプロトセルもNa+イオンを押し出し始めました。そして、これらには自然な勾配がないため、非多孔質膜を開発するインセンティブが生まれます(そしてその膜上のタンパク質がプロトンを送り出す)。このような膜を発達させれば、この壁の空洞を抜け出して、本物の細胞のように浮かび回ることができます。 相続がこの時点で始まったという意味ですか?なぜなら、事前に毛穴の中から選択はあると思いますが、形質を伝える方法がないからです。この有機物と代謝の蓄積は、すべての毛穴で独立して起こっています。 しかし、この時点ですでにDNAとRNAを持っていました。では、この遺伝情報は遺伝前に何をしていたのでしょうか?より多くの有機物の蓄積を促進するために情報を整理しているだけだと思いますか? これは、何百万もの原始細胞が共通の系統を持たず、それぞれが生命のすべての基本的な生化学の独自のバージョンを発達させていたことを意味しますか?LUCAはたまたまDNA、RNA、ATPシンターゼを持つものでしたが、どの原始細胞が最初に隅から出たかによって、これら3つすべてが大きく異なっていた可能性がありますか? しかし、これら 3 つの構成要素がすべての生命にわたって考慮されているという事実は、それらがユニークによく設計されていることを示唆していますか?あるいは、進化がその基盤を効果的に改善できないことを意味するのかもしれません。backprop が関数をマッピングするのに最適なネットワークを見つけることができるのと同じ方法ですが、同時にトレーニングしている GPU を再配線することはできません。とにかく、この原始細胞を手に入れると、海底全体の隣接する噴出孔システムに「感染」する可能性があります。 この理論によって説明される偶発的な生化学: - すべての生命が陽子勾配によって動力を供給される理由 - 細菌、古細菌、真核生物のいずれであっても、すべての炭素固定経路がアセチルCoAをエントリポイントとして使用する理由。壁のFeSによって触媒されると、これらの通気孔で自然に形成されます。そして基本的に、すべての生命は今でもこの分子を使用してエネルギーを蓄え、他の分子を構築しています。 - エネルギー代謝(特にクレブス回路)に関与する酵素の多くが、依然としてFeSミネラルをバックボーンとして使用している理由 - 古細菌とバクテリア(真核生物の2つの異なる王国)が分裂した理由 - どうやらそれは彼らがプロトン勾配をどのように作成するかに関係しているようですが、正直なところ、関連する生化学は私の頭をよぎりました。この分岐は、すべての生命がDNA、RNA、ATPシンターゼを共有する理由を説明するはずですが、それ以外は何も説明しません:細胞膜も、DNA複製酵素も、排泄用のポンプもありません。どうやら、これらすべては、この分岐イベント中に古細菌と細菌が行った異なる選択に関係していたようです。 ニックへの質問: - この理論は汎精子症とは相容れないと思いますよね? - このアルカリ性噴出孔理論は、宇宙で生命が非常にまれであるか、非常に豊富である可能性があることを示唆していますか?ある意味では、それはまれであるべきであることを示唆しています。これは、適切な pH 勾配と細孔サイズ、耐久性を備えた非常に特殊なタイプの熱水噴出孔です。しかし、別の意味では、それはただのランダムなクソ発散です。理論的には、宇宙全体に何千もの同様の地質構造が存在する可能性があり、それらは小さな膜を越える炭素とエネルギーのフラックスを駆動することもできます。 - ATPシンターゼは超複雑ではありませんか?最初のプロトセルはどのようにしてATPシンターゼを持っていたのに、それ以外にそれほど複雑なものはほとんどなかったのでしょうか? - 遺伝による進化の前に、このすべての複雑さはどのように蓄積されたのでしょうか?これらすべての細孔は、独自の有機物の独自の小宇宙を独立して構築しているだけですか?これらの初期の構成要素は、完全に形成された膜なしで穴から穴へと浮かんでいる可能性があると思いますか?DNAと酵素は、ある毛穴から別の毛穴に浮遊し、より多くの反応を引き起こしますか?ニック・レーンは、その可能性はあると思いますか?そうでない場合、LUCAがブレイクアウトできた後、構成要素として同様に実行可能な代替案が他にもたくさんあったことを示唆しているのでしょうか? 非常に有益で楽しい議論をしてくれた読書クラブのメンバーの仲間に感謝します:@vinayramasesh、@shae_mcl、@coen_armstrong、@Oskarlso、@_sholtodouglas

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