Вероятность происхождения жизни: игра чисел

Вероятность происхождения жизни: игра чисел Минимальная клетка, простейшая форма жизни, которую мы можем себе представить, является чудом молекулярной машины. Для нее требуется: • Около 1000 уникальных белков • Около 200 000 белковых молекул в клетке • Всего около 80 миллионов точно организованных аминокислот для всех 200 000 белков Даже бактерии с оптимизированным геномом, такой как Pelagibacter ubique, требуется 200 000 белков на клетку для поддержания ее основных метаболических и структурных процессов. Вероятность случайной сборки всего одного белка из 400 аминокислот составляет ~1 из 10^520 (1 с 520 нулями). Минимальной клетке требуется 200 000 таких точно организованных белков. Вероятность становится: приблизительно 1 из 10^104,080,000 Это число настолько велико, что не поддается пониманию — это 1 со 104 миллионами нулей! Но одной клетки недостаточно для поддержания жизни. Нам нужна популяция клеток, чтобы обеспечить выживание и воспроизводство. Минимальной жизнеспособной популяции потребуется около 10,000 клеток, каждая из которых должна независимо собрать свой полный набор белков. Вероятность одновременной сборки 10 000 минимальных клеток выходит за рамки математического понимания: приблизительно 1 из 10^1,040,800,000,000 (единица с более чем 1 триллионом нулей) Чтобы соответствовать шансам 1 из 10^1,040,,000 (единица с более чем 1 триллионом нулей), вам нужно выиграть 200 лотерей Powerball, каждая с шансами 1 из 300 миллионов, каждую неделю в течение примерно 614 миллиардов лет. Для сравнения, самой Вселенной предположительно всего около 13,8 миллиарда лет! Вероятность формирования минимальной популяции клеток значительно меньше, чем случайный выбор определенного атома из всех атомов во Вселенной. Даже если бы мы могли преодолеть эти астрономические шансы, мы сталкиваемся с другим значительным препятствием: генетическим храповиком распада (the genetic meltdown ratchet). Эта концепция, введенная ученым Евгением Куниным, описывает, как небольшие популяции минимальных клеток уязвимы к вымиранию из-за постепенного накопления вредных мутаций. В небольших популяциях случайный генетический дрейф может привести к тому, что слегка вредные мутации будут зафиксированы случайно. Со временем эти мутации накапливаются, что приводит к потере приспособленности и возможному вымиранию. Чтобы противостоять храповику генетического распада, ранним формам жизни с самого начала понадобились бы механизмы генетического обмена и восстановления. Горизонтальный перенос генов (ГПГ) — это предлагаемое решение, при котором клетки обмениваются генетическим материалом напрямую, а не только наследуют его от родительских клеток. ГПГ может вводить полезные гены, восстанавливать поврежденные гены и поддерживать генетическое разнообразие в популяции. Однако для того, чтобы ГПГ был эффективным, нам снова нужна достаточно большая популяция клеток поблизости, что возвращает нас к проблеме одновременной сборки тысяч минимальных клеток. Эти ошеломляющие вероятности и биологические препятствия представляют собой серьезную проблему для чисто натуралистических объяснений происхождения жизни. Цифры говорят сами за себя, побуждая нас задуматься о том, могут ли случайные, неуправляемые процессы стать причиной возникновения даже самых простых форм жизни.