Согласно инверсионной концепции происхождения жизни (TI concept), промежуточное положение предбиологической системы между неживым и живым состояниями поддерживается в колебательном режиме [1]. Термодинамически такое положение соответствует примерному равенству вкладов энтропии и свободной энергии в системе. В рамках теории анабиоза в микробиологии покоящаяся (спящая) бактериальная клетка занимает аналогичное промежуточное положение между неживым и живым: с одной стороны, она уже не способна противодействовать росту энтропии, а с другой стороны, она сохраняет структурную память о предыдущем живом состоянии. Последовательность формирования метаболизма в первичных живых клетках до сих пор достоверно не установлена исследователями, тогда как последовательность изменения метаболических процессов в простейшей бактериальной клетке, входящей в состояние анабиоза и выходящей из него, хорошо изучена как экспериментально, так и теоретически. В данном докладе обосновывается общая последовательность формирования метаболизма в процессе возникновения жизни, исходя из корреляции этих двух промежуточных состояний между не-жизнью и жизнью (предбиологического и бактериального). Согласно инверсионной концепции, жизнь зародилась в пульсирующем восходящем потоке гидротермального флюида. В целом, этот процесс включал следующие этапы. 1) Накопление рассеянного органического вещества в геосферах через его синтез и поступление из космоса на добиологическом этапе эволюции Земли. 2) Самосборка трехмерных предбиологических микросистем преимущественно липидно-белкового состава в гидротермальном флюиде. 3) Образование протоклеток: переход микросистем в промежуточное состояние между не-жизнью и жизнью посредством активного реагирования на колебания физико-химических параметров в среде (т.е. на периодический стресс - [2]), включая появление в них слабого энергодающего процесса дыхания за счет окислительно-восстановительных реакций и локальное обводнение мембраны. 4) Образование живых субклеток в процессе формирования неферментативной антиоксидантной системы и зарождения белок синтезирующего аппарата. 5) Образование живых клеток (коррелируются с прогенотами по C. Woese [3]) с возникновением ростового цикла клеток и формированием генетического аппарата. В рамках данной реконструкции последовательность формирования метаболизма в этапах 3-5 коррелируется с последовательностью восстановления метаболизма при выходе бактериальной клетки из анабиоза [4].



Литература.

[1]. Kompanichenko V.N. Thermodynamic Inversion: Origin of Living Systems. Springer International Publishing, Cham (Switzerland), 2017, 275p

[2]. Kompanichenko V., Kotsyurbenko O. Role of Stress in the Origin of Life. Life, 12(11): #1930

[3]. Woese CR. (1987) Microbial evolution. Microbiol. Rev 51:221-270

[4]. Kompanichenko V., El-Registan G. Advancement of the TI concept: defining the origin-of-life stages based on the succession of a bacterial cell exit from anabiosis. AIMS Geosciences, 2022, 8(3): 398–437

Благодарность. Автор выражает глубокую благодарность своим соавторам в недавних публикациях Г.И. Эль-Регистан и О.Р. Коцюрбенко.

According to the inversion concept of the origin of life (TI concept), the intermediate position of the prebiotic system between the inanimate and living states maintains in an oscillatory mode [1]. Thermodynamically, this situation corresponds to the approximate equality of the contributions of entropy and free energy in the system. Within the framework of the theory of anabiosis in microbiology, a resting (sleeping) bacterial cell occupies a similar intermediate position between non-living and living: on the one hand, it is no longer able to counteract the growth of entropy, and on the other hand, it retains the structural memory of the previous living state. The sequence of metabolism formation in primary living cells has not yet been reliably established by researchers, while the sequence of changes in metabolic processes in the simplest bacterial cell entering and exiting the state of anabiosis has been well studied both experimentally and theoretically. This presentation substantiates the general sequence of the formation of metabolism in the process of the emergence of life, based on the correlation of these two intermediate states between non-life and life (prebiotic and bacterial). According to the inversion concept, life originated in a pulsating updraft of hydrothermal fluid. In general, this process included the following steps. 1) Accumulation of dispersed organic matter in the geospheres through its synthesis and inflow from space at the pre-biological stage of the Earth's evolution. 2) Self-assembly of three-dimensional prebiotic microsystems of predominantly lipid-protein composition in hydrothermal fluid. 3) Formation of protocells: the transition of microsystems to an intermediate state between non-life and life by actively responding to fluctuations in physical and chemical parameters in the environment (i.e. to periodic stress - [2]), including the appearance in them of a weak energy-giving process of respiration for due to redox reactions and local watering of the membrane. 4) The formation of living subcells in the process of formation of a non-enzymatic antioxidant system and the emergence of a protein-synthesizing apparatus. 5) The formation of living cells (correlates with progenotes according to C. Woese [3]) with arising of the growth cell cycle and the formation of a genetic apparatus. Within the framework of this reconstruction, the sequence of metabolism formation in stages 3–5 correlates with the sequence of metabolism recovery when a bacterial cell exits from anabiosis [4].



References.

[1]. Kompanichenko V.N. (2017) Thermodynamic Inversion: Origin of Living Systems. Springer International Publishing, Cham (Switzerland), 2017, 275p

[2]. Kompanichenko V., Kotsyurbenko O. (2022) Role of Stress in the Origin of Life. Life, 12(11): #1930

[3]. Woese C.R. (1987) Microbial evolution. Microbiol. Rev 51:221-270

[4]. Kompanichenko V., El-Registan G. (2022) Advancement of the TI concept: defining the origin-of-life stages based on the succession of a bacterial cell exit from anabiosis. AIMS Geosciences, 8(3):398–437

Acknowledgements. The author expresses his deep gratitude to the co-authors in recent publications G.I. El Registan and O.R. Kotsyurbenko.