Кратко — что требует каждая гипотеза:
- «РНК‑мир»: первичную роль играет информационно‑каталитическая полимера РНК — должны быть возможны спонтанный синтез предшественников нуклеотидов, ненуклеазная (неферментативная) сборка/репликация РНК и эволюция рибозимов, обеспечивающая наследственность и каталитическую комплексность.
- «Метаболизм‑сначала»: первичны самоподдерживающиеся автокаталитические сети и энергетические потоки (редокс‑градиенты, тиостер‑/сульфидная химия), из которых затем могли возникнуть информационные полимеры; ключ — устойчивые автокатализы, их рост, способность концентрироваться и связываться с протокамерой.
Лабораторные эволюционные эксперименты, подтверждающие или опровергающие
1) Для «РНК‑мира»:
- Эволюция рибозимов in vitro (SELEX/эволюция полимеризаз‑подобных рибозимов), демонстрирующая автономную репликацию цепей — подтверждение: устойчивый автокопирующийся рибозим, работающий в правдоподобных (предбиотических) условиях. Опровержение: целенаправленные эволюционные протоколы не дают функциональной репликации при реалистичных наборах мономеров/солей/температур после исчерпывающего поиска.
- Ненуклеазная (химическая) шаблонная полимеризация и лигирование активированных нуклеотидов в геохимически правдоподобных средах (включая циклы влажно‑сухо, минералы как каталитические поверхности) — подтверждение: высокая скорость/достоверность копирования без белков; опровержение: невозможность получить достаточную длину/точность в реалистичных условиях.
- Синтез и накопление предшественников нуклеотидов из простых прекурсоров (HCN, формальдегид и т.п.) под правдоподобными условиями — подтверждение: устойчивые пути к активированным нуклеотидам; опровержение: отсутствие устойчивых маршрутов или требование нерелевантных химикатов.
- Демонстрация эволюции генетической информации: вариабельность + наследственность рибозимов в системе с репликацией и отбором.
2) Для «метаболизм‑сначала»:
- Создание и устойчивое развитие автокаталитических сетей в лаборатории (RAF‑сети, GARD, химические автокатализы), которые растут, конкурируют и усложняются — подтверждение: сети самоподдерживаются, экспоненциально растут и передают «фенотипические» свойства; опровержение: сети распадаются, стагнируют или требуют невозможных условий.
- Ненаправленная синтез‑серия метаболитов (например, восстановление CO2 до ацетата/уксусных соединений на FeS/NiS, неэнзиматический фрагмент цикла Кребса/гликолиза) при условиях, имитирующих гидротермальные источники — подтверждение: получение ключевых метаболитов и энергетической связи (тиостер/фосфат‑аналог); опровержение: невозможность получить ключевые промежуточные соединения без белков/нуклеиновых кислот.
- Демонстрация энергетического связывания (создание и использование протонных/редокс‑градиентов для синтеза высокоэнергетических связей) в абиотической системе — подтверждение: перманентное превращение энергии в «биологически значимые» связи; опровержение: нечувствительность систем к градиентам или отсутствие преобразования энергии в химический «капитал».
- Инкапсуляция автокаталитических сетей в протокамеры (везикулы, минеральные порах) с передачей «функции» при делении — подтверждение: автокатализ и ресурсы наследуются; опровержение: автокатализы не кооперативны с протокамерой или теряют активность при инкапсуляции.
Геохимические реконструкции/лабораторная геохимия, подтверждающие или опровергающие
1) Для «РНК‑мира»:
- Поиск в докембрийских отложениях или моделирование ранней Земли условий, где доступны прекурсоры нуклеотидов (источники фосфора вроде шрайберсита, повышенная концентрация HCN/цианидов) и мягкие циклы влажно‑сухо/замерзания‑оттаивания — подтверждение: наличие и устойчивость источников и сред; опровержение: ранняя Земля систематически лишена доступного фосфора/цианидов/условий концентрации.
- Минералогические свидетельства доступных каталитических поверхностей (клей, фосфаты, гидроксиды железа) в нужных архейских отложениях.
- Изотопные/молекулярные следы, прямо указывающие на молекулярную активность нуклеиновых предшественников — подтверждение: специфические остатки/изотопные паттерны; опровержение: длительное отсутствие таких знаков при высоком качестве данных.
2) Для «метаболизм‑сначала»:
- Реконструкция ранних гидротермальных систем (чёрные курильщики, алкалиные бассейны) с доказанным наличием FeS/NiS минералов, H2/CO2 потоков и устойчивых редокс‑градиентов — подтверждение: геохимия обеспечивала постоянный приток энергии и каталитические поверхности; опровержение: ранняя Земля не имела масштабных редокс‑градиентов или каталитических минеральных зон.
- Изотопные маркеры раннего автокаталитического метаболизма (аномалии δ13C, Δ33S и т.п.), указывающие на абиотическое или раннее хемоавтотрофное происхождение метаболитов — подтверждение: консистентные древние сигнатуры автокаталитических редукций/окислений; опровержение: изотопные сигнатуры указывают исключительно на поздние биотические процессы.
- Геологические следы микросред (поры породы, минералы, сохраняющие химические градиенты) где автокатализ мог концентрироваться и поддерживаться длительно.
Критерии опровержения (чёткие тесты)
- «РНК‑мир» практически опровергнут, если после исчерпывающего поиска в рамках правдоподобных предпосылок: (i) нет адекватных путей синтеза и накопления активированных нуклеотидов; (ii) невозможно получить ненуклеазную репликацию/самокопирование РНК в реалистичных условиях; (iii) геохимия ранней Земли систематически не обеспечивает необходимых химикатов/условий.
- «Метаболизм‑сначала» серьёзно подорван, если: (i) не удаётся воспроизвести устойчивые автокаталитические сети, способные к росту/конкуренции/наследованию в правдоподобных условиях; (ii) геохимические реконструкции показывают отсутствие постоянных энергетических потоков или каталитических минеральных ниш на ранней Земле.
Замечание о гибридных вариантах
- Многие эксперименты поддерживают промежуточные или гибридные сценарии (метаболические циклы, создающие предшественники нуклеотидов; простые олигомеры РНК, усиливающие автокатализ). По сути, подтверждение элементов обеих гипотез возможно и укажет на последовательность «метаболизм → генетика» или смешанный путь.
Короткая сводка (что наблюдать, чтобы поддержать каждую гипотезу)
- «РНК‑мир»: автономная ненуклеазная репликация РНК + реалистичные пути к активированным нуклеотидам.
- «Метаболизм‑сначала»: воспроизводимые автокаталитические сети, устойчиво эксплуатирующие геохимические градиенты и способные к росту/наследованию в протокамерах.
(Если нужно, могу перечислить конкретные эксперименты/работы и прогнозируемые изотопные/минералогические сигнатуры.)