जीवन की वास्तुकला

लिंक की तालिका

सार और परिचय

भाग I. जीवन की परिभाषा

भाग II. पहला चमत्कार: जीवन का उद्भव एक अपेक्षित चरण संक्रमण है - टीएपी और आरएएफ।

भाग III. दूसरा चमत्कार: जीवमंडल का विकास एक प्रसारित, गैर-अनुमानित निर्माण है, न कि एक अनिवार्य निष्कर्ष। कोई नियम नहीं है। विकास हमेशा रचनात्मक होता है

भाग IV. नये अवलोकन और प्रयोग: क्या ब्रह्मांड में जीवन है?

निष्कर्ष और आभार

आंकड़े और संदर्भ

भाग I. जीवन की परिभाषा

जीवन की कोई सर्वमान्य परिभाषा नहीं है। हम यहाँ निम्नलिखित की ओर बढ़ते हैं: जीवन एक गैर-संतुलन, स्व-प्रजननशील रासायनिक प्रतिक्रिया प्रणाली है जो निम्न को प्राप्त करती है: i. सामूहिक स्व-उत्प्रेरण, ii. बाधा समापन, iii. स्थानिक समापन; iv. इस प्रकार, जीवित संस्थाएँ कांटियन संपूर्ण हैं। हम नीचे इन अवधारणाओं की व्याख्या करते हैं।

सामूहिक रूप से ऑटोकैटेलिटिक सेट

सामूहिक रूप से ऑटोकैटेलिटिक सेट, CAS, एक खुली रासायनिक प्रतिक्रिया प्रणाली है जो बहिर्जात आणविक और ऊर्जावान बिल्डिंग ब्लॉकों से भरी होती है, जिसमें यह गुण होता है कि सेट में प्रत्येक अणु को बनाने वाला अंतिम रासायनिक प्रतिक्रिया चरण सेट में कम से कम एक अणु या खाद्य सेट में एक अणु द्वारा उत्प्रेरित होता है। चित्र 1a एक सरल उदाहरण दिखाता है, (2)। चित्र 1b एक अधिक जटिल उदाहरण दिखाता है (3)।

यह अवधारणा कि जीवन टेम्पलेट प्रतिकृति पॉलीन्यूक्लियोटाइड्स पर आधारित होना चाहिए, लगभग 50 वर्षों से जीवन की उत्पत्ति के क्षेत्र पर हावी रही है, (4,5)। फिर भी "नग्न प्रतिकृति आरएनए जीन" की प्रतिकृति अभी तक हासिल नहीं हुई है, (6)। फिर भी, यह लक्ष्य हासिल किया जा सकता है।

टेम्पलेट प्रतिकृति डबल स्ट्रैंडेड आरएनए अनुक्रम की परिचित अवधारणा सामूहिक रूप से ऑटोकैटेलिटिक सेट का एक विशिष्ट उदाहरण है। प्रत्येक स्ट्रैंड दूसरे स्ट्रैंड के संश्लेषण के लिए एक टेम्पलेट उत्प्रेरक है। हालाँकि, सामूहिक ऑटोकैटेलिसिस की अवधारणा कहीं अधिक व्यापक है।

आरएनए अनुक्रम की प्रतिकृति बनाने की उम्मीदों के विपरीत, डीएनए, आरएनए और पेप्टाइड्स के सामूहिक रूप से ऑटोकैटेलिटिक सेट का निर्माण किया गया है। पहला, डीएनए सामूहिक रूप से ऑटोकैटेलिटिक सेट, जी. वॉन किडरोव्स्की द्वारा बनाया गया था, (7)। एन. लेहमैन और उनके सहयोगियों द्वारा एक आरएनए सामूहिक रूप से ऑटोकैटेलिटिक सेट प्राप्त किया गया था, (8)। यह सेट अपने निर्माण खंडों को देखते हुए स्वतः ही संगठित हो जाता है। जी. एशकेनासी द्वारा निर्मित नौ पेप्टाइड्स का एक सामूहिक रूप से ऑटोकैटेलिटिक सेट, (9), चित्र 2 में दिखाया गया है। लिपिड के ऑटोकैटेलिटिक सेट पर भी विचार किया गया है, (10)।

ये परिणाम मौलिक रूप से महत्वपूर्ण हैं। स्व-प्रजनन करने वाली खुली रासायनिक प्रतिक्रिया प्रणाली का निर्माण संभव हो पाया है।

अब आश्चर्यजनक साक्ष्य सभी 6700 प्रोकैरियोट्स में डीएनए, आरएनए या पेप्टाइड पॉलिमर युक्त छोटे अणु सामूहिक ऑटोकैटेलिटिक सेट की उपस्थिति को प्रदर्शित करते हैं, चित्र 3, (11,12)। इन छोटे अणु स्व-प्रजनन सेटों में सैकड़ों से लेकर कई हज़ार छोटे अणु और उनके बीच होने वाली प्रतिक्रियाएँ होती हैं। ये ऑटोकैटेलिटिक सेट कई अमीनो एसिड और एटीपी को संश्लेषित करते हैं। सेटों की पहचान कम्प्यूटेशनल रूप से की जाती है। यह दिखाया जाना बाकी है कि वे इन विट्रो में प्रजनन करते हैं।

सभी 6700 प्रोकैरियोट्स में छोटे अणु सामूहिक रूप से ऑटोकैटेलिटिक सेट की मौजूदगी दृढ़ता से सुझाव देती है कि ब्रह्मांड में स्व-प्रजनन में सक्षम पहली रासायनिक प्रणालियाँ ठीक ऐसे सेट थे। हम नीचे दिखाते हैं कि ऐसे सेटों का उद्भव अपेक्षित है।

छोटे अणु ऑटोकैटेलिटिक सेट की पहचान जीवन की उत्पत्ति में टेम्पलेट प्रतिकृति पॉलीन्यूक्लियोटाइड की आवश्यकता के बारे में चल रही बहस पर आधारित है। इस तरह के "नग्न आरएनए जीन" को अपने स्वयं के निर्माण खंडों को बनाने और बनाए रखने के लिए एक जुड़े हुए चयापचय को उत्प्रेरित करने के लिए आरएनए अनुक्रम विकसित करना होगा। हालाँकि, ऐसा कोई कारण नहीं है कि ऐसा जुड़ा हुआ चयापचय अपने आप में सामूहिक रूप से ऑटोकैटेलिटिक भी क्यों होगा। यह विचार इस विश्वास को बढ़ाता है कि आणविक प्रजनन की उत्पत्ति छोटे अणु सामूहिक ऑटोकैटेलिटिक सेटों के उद्भव के माध्यम से हुई थी।

जीवन: कांटियन होल, उत्प्रेरक बंद, बाधा बंद, स्थानिक बंद

काण्टीय होल

1790 के दशक में, दार्शनिक इमैनुअल कांट ने एक मौलिक अवधारणा पेश की: एक संगठित प्राणी में यह गुण होता है कि उसके हिस्से संपूर्ण के लिए और संपूर्ण के माध्यम से मौजूद होते हैं, (13)। कांट की अंतर्दृष्टि 230 वर्षों से निष्क्रिय पड़ी है। सभी जीवित प्राणी कांटियन संपूर्ण हैं जो अपने हिस्सों के लिए और उनके माध्यम से मौजूद हैं। आप एक कांटियन संपूर्ण हैं। आप अपने हिस्सों - हृदय, यकृत, गुर्दे, फेफड़े, मस्तिष्क के माध्यम से मौजूद हैं। आपके हिस्से आपके, संपूर्ण के माध्यम से मौजूद हैं। आप प्रजनन करते हैं, और आपके बच्चे आपके हिस्सों को विरासत में लेते हैं।

सभी जीवित जीव कांटियन होल हैं। इसमें वायरस का संदिग्ध वर्ग भी शामिल है। कोशिका के वातावरण के अंदर, वायरस कांटियन होल होते हैं जो प्रजनन करते हैं। कोशिका के संदर्भ में वायरस के भाग, वायरस के भागों की कई प्रतियाँ बनाते हैं जो परिपक्व वायरस होल में स्वयं एकत्रित होते हैं। यह दिलचस्प है कि जीवन की परिभाषा जिसमें कांटियन होल भी शामिल है, वायरस को जीवित के रूप में वर्गीकृत करती है।

कांटियन होल गतिशील भौतिक प्रणालियों का एक विशेष वर्ग है। क्रिस्टल कांटियन होल नहीं है। क्रिस्टल के परमाणु क्रिस्टल के भाग बने बिना भी अस्तित्व में रह सकते हैं। ईंट कांटियन होल नहीं है। सेल कांटियन होल है।

उत्प्रेरक समापन

सामूहिक रूप से ऑटोकैटेलिटिक सेट, जैसे कि चित्र 2 में 9-पेप्टाइड सेट, कैटेलिटिक क्लोजर प्राप्त करता है। सिस्टम में प्रत्येक प्रतिक्रिया सिस्टम में कम से कम एक अणु द्वारा उत्प्रेरित होती है। सभी जीवित कोशिकाएँ कैटेलिटिक क्लोजर प्राप्त करती हैं। जीवित कोशिका में कोई भी अणु अपने स्वयं के निर्माण को उत्प्रेरित नहीं करता है। जीवित कोशिका में सेट अणु, एक संपूर्ण, कोशिका के पुनरुत्पादन के रूप में कैटेलिटिक क्लोजर प्राप्त करता है, (14,15,16)।

उत्प्रेरक समापन प्राप्त करने वाली प्रणालियाँ भी कांटियन होल हैं। चित्र 2 में 9-पेप्टाइड सामूहिक रूप से ऑटोकैटेलिटिक सेट में प्रत्येक पेप्टाइड एक भाग है जो नौ पेप्टाइड्स के पूरे सेट के माध्यम से और उसके लिए मौजूद है, जिसका पारस्परिक उत्प्रेरक सभी भागों को अस्तित्व में लाने में सक्षम बनाता है।

बाधा समापन

जीवित कोशिकाएँ, जिसमें एक छोटा अणु सामूहिक रूप से ऑटोकैटेलिटिक सेट शामिल है, जो सभी 6700 प्रोकैरियोट्स में पाया जाता है, एक नई मान्यता प्राप्त और गहन संपत्ति प्राप्त करते हैं: बाधा बंद करना, (17)। थर्मोडायनामिक कार्य स्वतंत्रता की कुछ डिग्री में ऊर्जा की विवश रिहाई है, (18)। एक उदाहरण एक तोप है जिसके आधार पर पाउडर है और पाउडर के बगल में एक तोप का गोला है। जब बिजली का विस्फोट होता है, तो तोप, जो एक सीमा की स्थिति और एक बाधा दोनों है, तोप के बोर के नीचे तोप के गोले को विस्फोट करने के लिए ऊर्जा की रिहाई को बाधित करती है। तोप के गोले पर थर्मोडायनामिक कार्य किया जाता है। इसलिए, एक गैर-संतुलन प्रक्रिया में ऊर्जा की रिहाई पर बाधाओं की अनुपस्थिति में, कोई भी थर्मोडायनामिक कार्य नहीं किया जा सकता है, (19)।

न्यूटन हमें यह नहीं बताता कि सीमा की स्थितियाँ कहाँ से आती हैं। उदाहरण में तोप सीमा की स्थिति है। लेकिन तोप कहाँ से आई? महत्वपूर्ण उत्तर यह है कि तोप को इकट्ठा करने के लिए थर्मोडायनामिक कार्य की आवश्यकता थी। हम निष्कर्ष निकाल सकते हैं: कोई स्थिरांक नहीं, कोई कार्य नहीं। लेकिन प्रासंगिक बाधा का निर्माण करने के लिए अक्सर काम करना पड़ता है। इसलिए: कोई बाधा नहीं, कोई काम नहीं। कोई काम नहीं, कोई बाधा नहीं। यह कार्य-बाधा चक्र एक नया मुद्दा है, (19)।

2015 में माएल मोंटेविल और माटेओ मोसियो ने पहली बार कंस्ट्रेंट क्लोजर को परिभाषित किया, (17):

तीन गैर-संतुलन प्रक्रियाओं, 1, 2, और 3, वाली एक प्रणाली पर विचार करें। तीन बाधाओं, A, B, और C पर विचार करें। मान लें कि A, B के निर्माण के लिए प्रक्रिया 1 में ऊर्जा की रिहाई को बाधित करता है। मान लें कि B, C के निर्माण के लिए प्रक्रिया 2 में ऊर्जा की रिहाई को बाधित करता है। मान लें कि C, A के निर्माण के लिए प्रक्रिया 3 में ऊर्जा की रिहाई को बाधित करता है (चित्र 1a, 1b और 2 देखें)।

उपरोक्त प्रणाली एक उल्लेखनीय गुण प्राप्त करती है: बाधा समापन। बाधाओं का सेट, यहाँ A, B, और C, प्रक्रियाओं के एक सेट की ऊर्जा की रिहाई को बाधित करता है, यहाँ 1, 2 और 3, स्वतंत्रता की कुछ डिग्री में जो इसलिए थर्मोडायनामिक कार्य करते हैं, बाधाओं के समान सेट, A, B, और C का निर्माण करते हैं! यह प्रणाली वस्तुतः ऊर्जा की रिहाई पर अपनी सीमा स्थिति बाधाओं का निर्माण करके खुद का निर्माण करने के लिए थर्मोडायनामिक कार्य करती है जो समान सीमा स्थितियों का निर्माण करती है।

बाधा बंद करना एक पूरी तरह से नई अवधारणा है। हम अपने ऑटोमोबाइल बनाते हैं। एक ऑटोमोबाइल भागों की एक विस्तृत व्यवस्था है जो अन्य भागों पर प्रभाव डालने वाले भागों की ऊर्जा की रिहाई को बाधित करती है। गैस फटती है, पिस्टन चलते हैं, पहिए घूमते हैं। लेकिन ऑटोमोबाइल ऊर्जा की रिहाई पर अपनी सीमा शर्त बाधाओं का निर्माण नहीं करते हैं।

सभी सामूहिक रूप से ऑटोकैटेलिटिक आणविक प्रतिक्रिया प्रणालियाँ उत्प्रेरक बंद और बाधा बंद दोनों को प्राप्त करती हैं। सभी कांटियन होल हैं। उदाहरण के लिए, चित्र 2 में 9-पेप्टाइड सामूहिक रूप से ऑटोकैटेलिटिक सेट में, प्रत्येक पेप्टाइड अगले पेप्टाइड के दो टुकड़ों को बांधकर एक लाइगेज के रूप में कार्य करता है। दो टुकड़ों को उन्मुख करके, लाइगेज के रूप में पेप्टाइड अगले पेप्टाइड की दूसरी प्रतिलिपि बनाने के लिए दो टुकड़ों के बंधन के लिए सक्रियण अवरोध को कम करता है। पेप्टाइड बॉन्ड के बनने के साथ ही अगले पेप्टाइड के निर्माण के लिए थर्मोडायनामिक कार्य किया जाता है। क्योंकि यह सामूहिक रूप से ऑटोकैटेलिटिक पेप्टाइड प्रणाली में सभी प्रतिक्रियाओं के लिए सच है, इसलिए सिस्टम - एक पूरे के रूप में - उत्प्रेरक बंद और बाधा बंद दोनों को प्राप्त करता है। सिस्टम खुद का निर्माण करता है। और सिस्टम एक कांटियन होल भी है।

यह सबसे महत्वपूर्ण बात है कि सभी जीवित कोशिकाएँ प्रतिबंधात्मक समापन प्राप्त करें। कोशिकाएँ ऊर्जा के मुक्त होने पर उन्हीं सीमांत स्थितियों का निर्माण करती हैं जो उन्हीं सीमांत स्थितियों का निर्माण करती हैं। कोशिकाएँ खुद का निर्माण करती हैं। कंप्यूटर और लोकोमोटिव खुद का निर्माण नहीं करते हैं।

प्रजनन करने वाली कोशिकाएँ मूल रूप से वॉन न्यूमैन के स्व-प्रजनन करने वाले ऑटोमेटा नहीं हैं, (20)। ये एक "यूनिवर्सल कंस्ट्रक्टर" पर आधारित हैं। कुछ भी विशिष्ट बनाने के लिए, यूनिवर्सल कंस्ट्रक्टर को विशिष्ट "निर्देशों" की आवश्यकता होती है। इन्हें यूनिवर्सल कंस्ट्रक्टर के अंदर रखे गए भौतिक सिस्टम में एन्कोड किया गया है। भौतिक रूप से सन्निहित निर्देश दोहरी भूमिका निभाते हैं: उनका उपयोग यूनिवर्सल कंस्ट्रक्टर की एक प्रति बनाने के लिए किया जाता है जिसमें भौतिक निर्देशों की एक भौतिक प्रति बनाई जाती है और फिर डाली जाती है। भौतिक निर्देशों की दोहरी भूमिकाएं सॉफ्टवेयर और हार्डवेयर के बीच अंतर को सटीक रूप से दर्शाती हैं। सबसे तीव्र विपरीतता में, एक जीवित कोशिका, उत्प्रेरक और बाधा बंद होने के माध्यम से, विशेष रूप से खुद का निर्माण करती है। एक कोशिका एक सार्वभौमिक कंस्ट्रक्टर नहीं है जिसे अलग निर्देशों की आवश्यकता होती है

पॉल डेविस (21) बताते हैं कि जीवित कोशिका के संदर्भ में, जीन ट्रांसक्रिप्शन और ट्रांसलेशन तंत्र के साथ मिलकर, वास्तव में, सभी संभावित एनकोडेड पॉलीपेप्टाइड्स के लिए एक सार्वभौमिक निर्माता हैं। जीन को निर्देशों के एक सेट के रूप में माना जा सकता है। हालाँकि, जीवित कोशिका जिसमें जीन स्थित हैं, वह स्वयं एक सार्वभौमिक निर्माता नहीं है। यह विशेष रूप से खुद का निर्माण करता है। यदि इसके कई हज़ार जीन में से प्रत्येक को किसी यादृच्छिक पॉलीपेप्टाइड को एनकोड करने वाले यादृच्छिक डीएनए अनुक्रम द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, तो इन नए प्रोटीनों को संश्लेषित करने वाली कोशिका लगभग निश्चित रूप से नष्ट हो जाएगी।

जीवित जीव विकसित होकर नेस्टेड कांटियन होल बनाते हैं। प्रोकैरियोट एक प्रथम क्रम कांटियन होल है। एक यूकेरियोटिक कोशिका, माइटोकॉन्ड्रिया और क्लोरोप्लास्ट के साथ एक सहजीवी, (22, 23), एक द्वितीय क्रम कांटियन होल है जिसमें प्रथम क्रम कांटियन होल होते हैं। एक बहुकोशिकीय जीव एक तृतीय क्रम कांटियन होल है जिसमें द्वितीय क्रम और प्रथम क्रम कांटियन होल होते हैं।