Evoluce 6/2014 Buňky

Cairns-Smith

hypercycklus M. Eigen

komplexita uspořádanost - ergodicita

Kód a paměť svět RNA, svět DNA/protein

K buňkám

Cordier et al. 1 have analysed images produced using electron backscatter diffraction to identify grain- boundary disclinations in olivine aggregates. Shown here is a cross-section of a sample deformed at high stress. Different colours denote different crystallographic orientations of the crystals that make up the aggregate. Scale bar, 20 μm. 1 Nature 9March 2014, 42 olivín (peridotit, chrysolit,topas, chrysoberyl), (Fe,Mg) 2 SiO 4

Autonomní agent Autonomní agent je sebereprodukující systém, který je schopen alespoň jednoho termodynamického pracovního cyklu.

Autonomní agent je fyzikální systém, který je – podobně jako ta bakterie – schopen v jistém prostředí konat ve vlastním zájmu. Všechny volně žijící buňky a organismy bezpochyby autonomními agenty jsou. A důvěrně známou, přesto však naprosto udivující vlastností autonomních agentů – bakterií, nálevníků, kvasinek, řas, hub, ploštěnců, kroužkovců, všech nás – je to, že neustále, dennodenně, manipulují okolním vesmírem. Plavou, přetlačují se, mrskají sebou, stavějí si úkryty, skrývají se, čenichají a loví.

Jak jsem se tak snažil proniknout k podstatě autonomního agenta – která, jak jsme si právě řekli, zahrnuje i schopnost vykonávat pracovní cykly –, dostal jsem se i k samotnému pojmu práce jako usměrněného uvolňování energie. Nelze si nepovšimnout, že k postavení samotných „usměrňovačů“ je často třeba vynaložit práci. Nové usměrňovače pak mohou vykonávat práci další. Takže se točíme v jakémsi tvůrčím kruhu: K postavení usměrňovačů energie je zapotřebí práce, ale práce je možná jen tehdy, máme-li k dispozici usměrňovače. A zde tkví podstata nového pojmu „uspořádanosti“ (organisation), který nelze odvodit ze známých pojmů, jako je hmota, energie, entropie nebo informace.

Jen nerovnováha může být zdrojem práce, a proto zařízení, které koná práci, musí umět zdroj nerovnováhy určit a její míru změřit.

Nedala by se trojice známých zákonů termodynamiky rozšířit o zákon čtvrtý, který by se týkal otevřených termodynamických systémů, o zákon, jímž by se řídily biosféry kdekoli v kosmu, ba dokonce by se jimi řídil i kosmos sám? Kauffman 4Z

Biosféry dlouhodobě produkují autonomní agenty, a to tak rychle, jak jen to jde. Umožňují také účinný vývoj nových způsobů jejich „obživy“, takže se agenti mohou dál rozmnožovat. Jinak řečeno, biosféry neustále zvyšují různorodost toho, co má nastat v nejbližším příštím. Mohou tedy, jak uvidíme dále, udržovat vysoké průměrné hodnoty udržitelného růstu své vlastní „dimenzionality“. Kauffman 4Z

Obecným, tj. dlouhodobým, trendem biosféry je co nejvíce rozšiřovat prostor možností, nových typů událostí, které mohou nastat v následujícím časovém okamžiku. Jinak řečeno, obecným trendem je skutečnost, že biosféry rozšiřují počet svých rozměrů tak rychle, jak jen to jde. Kauffman 4Z

Kde se vzala podobná zařízení v rozvíjejícím se vesmíru a v naší biosféře? Kde se v biosféře vzal ten ohromný spletenec usměrňovačů a usměrněné energie, využívané ke konstrukci ještě dalších usměrňovačů? Jde snad o obecnou vlastnost vesmíru? Odpověď na tyto otázky v současné fyzice, chemii ani biologii nenajdete. Ne že by to vyvíjející se biosféře nějak bránilo ve výstavbě a šíření své uspořádanosti.

Kde se v evoluci berou novinky? Smlouvání autonomních agentů srv. „dva inženýři“

Katalytická uzávěra (catalytic closure) versus společenstvo buněk

LUCA Last Universal Common Ancestor

Katalytická uzávěra (closure) versus společenstvo buněk Molekulární a podbuněčné procesy mohou patrně probíhat jen do určité velikosti (objemu). Proto buňky nejsou obrovské. (Solaris)

Katalytická uzávěra (closure) versus společenstvo buněk Molekulární a podbuněčné procesy mohou patrně probíhat jen do určité velikosti (objemu). Proto buňky nejsou obrovské. Komunikace buněk při formování mnohobuněčných společenstev většinou není založena na metabolitech, ale na strukturách symbolických (hormony, feromony, mezibuněčná hmota apod.) Věci, které nejsou k jídlu

Katalytická uzávěra (closure) versus společenstvo buněk Molekulární a podbuněčné procesy mohou patrně probíhat jen do určité velikosti (objemu). Proto buňky nejsou obrovské. Komunikace buněk při formování mnohobuněčných společenstev proto už většinou není založena na metabolitech, ale na strukturách symbolických (hormony, feromony, mezibuněčná hmota apod.) Symbiózy jsou založeny na komunikaci symbolické, symbiózy na základě prolomení katalytické uzávěry jsou vzácné: chloroplasty a mitochondrie

Glanssdorf et al 2008

Figure 1.Figure 1. Committing steps in the biosynthesis of membrane lipids. The "primary divide" separating Archaea from Bacteria and Eukarya is outlined. Glansdorff et al 2008 Biology Direct 2008, 3:29

(7) Archaea arose by reductive evolution under selection for adaptation to high temperatures; this entailed the replacement of sn1,2 ester fatty acid lipid by sn2,3 ether isoprenoid lipids in the cell membrane, without major enzymatic reconversion. (8) Bacteria arose by reductive evolution; secondary, convergent adaptations to thermophily entailed the formation of a variety of membrane lipids, often with ether bonds, but still with a sn1,2 stereoconfiguration.

(9) LUCA was genetically redundant; therefore the differential loss of paralogous gene copies in different lines of descent is a predicted source of phylogenetic discrepancies with respect to the SSU-rRNA tree.

(3) LUCA was a protoeukaryote, with a RNA genome inherited from its progenote ancestor. This RNA LUCA was in a metabolically and morphologically heterogeneous community, constantly shuffling around genetic material. Part of it was phagotrophic. LUCA remained an evolutionary entity, though loosely defined and constantly changing, as long as this promiscuity lasted. (4) The RNA to DNA transition took place independently in different lineages of this community; the intervention of viruses appears a likely mechanism. This process led to the emergence of the three Domains.

(1) The word "prokaryote" has become inadequate and misleading. (2) Eukaryotic idiosyncrasies and a reappraisal of phylogeny do not support the notion of a prokaryotic LUCA nor of prokaryotic ancestors of the eukaryotic cell body. The order of branching in the universal tree has no bearing on the cellular architecture of LUCA.

Glansdorff et al 2008 Biology Direct 2008, 3:29

E.V. Koonin: vývoj buněk z pradávného světa virů Např. Biology Direct 1, 29, Biological big bang Biol. Direct 2,21,2007

Viry v prostředí: obrovská diverzita (statisíce) „virioplankton: částic/ml metagenomika Luis Villareal: Can viruses make us human? (scifi: Greg Bear: Darwinovo rádio) - zkoušet to nebudu

Embley & Martin, Nature Vol 440|30 March 2006|

Bakteriální biosféra sdílený genový pool → Bakteriální promiskuita– transdukce, transformace, konjugace sdílené signály → quorum sensing mezibuněčná hmota → konsorcia, povlaky, stromatolity etc.

The greatest surprise resulting from the application of genomics to bacteriology was the extent of genomic variability within many bacterial species. Bacterial pathogenomics Mark J. Pallen1 & Brendan W. Wren NATURE|Vol 449|18 October 2007|

Part of the Che8 genome shown in (A) is also shared by phage Corndog. The 378 bp shared regions are 100% identical and their joint appearance in these phages must be derived from a recent evolutionary event. Cell, Vol. 113, 171–182, April 18, 2003 Origins of Highly Mosaic Mycobacteriophage Genomes

The synthesis of organic and inorganic compounds in evolved stars. Sun Kwok. Nature 430, (26 August 2004).

sn-glycerol 3-phosphate fosfolipidy sn-glycerol 1-phosphate

Archebakterie (Archaea) – doména s unikátním složením membrán, Eukaryota and Eukaryota