Что заставило жизнь выбрать это непостижимо маленькое подмножество всех возможных белков?

Ответ — случайность или, еще лучше, случайность .

Что касается ваших вычислений, это правда, что теоретические последовательности почти не ограничены, но базовые леса - нет. Очень разные последовательности могут складываться в один и тот же базовый каркас и иметь одинаковую реактивность/функцию. Таким образом, даже если не все последовательности были исследованы на этой планете, большинство каркасов и функциональных возможностей были исследованы. Это правда, что основанная на белке жизнь могла возникнуть где-то еще, и правда, что общее пространство последовательности, эволюционировавшее где-то еще, будет отличаться от того, что возникло на этой планете. Однако я ожидаю обнаружить почти ту же палитру биохимических реакций, которую мы обнаружили в наших белках.

Я бы предложил прочитать работу PL Luisi здесь . Он делает действительно хорошие выводы по этому вопросу.

Только что вышла новая статья , я думаю, что это хорошее дополнение к этому ответу.

Я не уверен, что понимаю вопрос. Вы элегантно продемонстрировали, что может существовать только крошечная часть всех белковых последовательностей, но затем спросили, почему существует только крошечная часть всех белковых последовательностей. Ваши выводы о независимом происхождении жизни без общих белков верны, но также учтите, что у вас, как у человека, нет ни одного общего белка с бактериями в вашем йогурте (я имею в виду, что у вас есть, но у них немного разные последовательности ).

Что касается того, какие подмножества белков создают жизнь, очевидно, существуют тысячи наборов белков, поддерживающих жизнь. Каждый генетически отличный человек имеет немного отличающийся набор белков, большинство из которых поддерживает жизнь.

Насколько много таких подмножеств существует, неизвестно. Возможно, инопланетяне используют только рибозимы на основе молекул РНК. Может быть, у них другой набор аминокислот, или кремниевый остов их белков, или что у вас есть. Пока мы не найдем инопланетную жизнь (или совершенный абиогенез в лаборатории), полное разнообразие живых существ непостижимо.

Вы спрашиваете, почему живые существа используют белки, которые они используют, а не что-то другое.

Это главным образом потому, что они должны сделать что-то, что работает, и они нашли то, что работает нормально.

Каждый белок выполняет одну или несколько функций для своей клетки. Если он изменится случайным образом, возможно, он превратится во что-то, что хуже выполняет эти функции. Потому что его выбирали тысячи поколений, чтобы получить что-то, что хорошо работает, и поэтому большинство альтернатив хуже.

Многие мутации не имеют никакого эффекта. Но если у вас есть 300 белков и у вас есть изменения в каждом из них, скорее всего, вы не будете жить так хорошо. И если у вашего сына есть еще одно изменение в каждом белке, он, вероятно, будет хуже, чем вы. Не пройдет много поколений, прежде чем ваши потомки перестанут конкурировать и вымрут.

Так что каждое изменение — это азартная игра. Если вы не вносите никаких изменений, то в конечном итоге то, что действительно меняется, будет работать лучше и приведет к вашему исчезновению. Но если вы сделаете слишком много изменений, ваши потомки будут хуже из-за них. В идеале вы должны сделать правильное число, чтобы сбалансировать взвешенные шансы на ущерб от плохих изменений и выгоду от хороших изменений.

Для многих организмов скорость изменений снижается где-то на 1% — 99% времени, когда они не изменяются при размножении.

Поскольку наше умопомрачительно маленькое подмножество возможных белков поддерживает жизнь, не должны ли мы ожидать, что многие другие (например, 10^300) другие потенциальные подмножества различных белков тоже будут поддерживать жизнь?

Конечно. И мы, как правило, находили некоторые из них, к которым мы могли бы добраться из того места, где мы были раньше. Точечные мутации, как правило, происходят небольшими шагами. Вы меняете аминокислоту на аналогичную. Генетический код представляет собой код Грея, часто мутации не действуют, или гидрофобные аминокислоты заменяются другими гидрофобными, аминокислоты заменяются другими, схожего размера и т. д.

Некоторые из лучших ферментов могут быть вещами, у которых нет ничего подобного, поэтому их очень трудно эволюционировать.

Писатели-фантасты иногда писали о жизни, которая развивалась в разное время, и они обычно предполагают, что более развитая просто и легко превзойдет тех, которым не хватило так долго времени, чтобы открыть лучшие пути. Это не обязательно так. Люди, перенесенные обратно в силурийский период, могли хорошо питаться (как только они выяснили, какие морепродукты ядовиты) и могли не быть съеденными ничем (но на них могли нападать многоножки, если они спали, и они не могли делать гамаки из куксонии, и у них нет деревьев, чтобы повесить гамаки). Они еще могут не прорасти. В конце концов , полмиллиарда лет эволюции, чтобы вписаться в другую экосистему, могут оказаться не такими уж полезными.