Соберутся пусть авторитеты, чтобы вирус раскороновать

[egovoru]

У человека, давно забывшего школьную программу, бактерии и вирусы идут через запятую в списке инфекционных агентов. На самом же деле между ними – дистанция такого огромного размера, что многие (в том числе и я) даже не склонны считать вирусы самостоятельными живыми организмами. Они ведь слишком просто устроены и потому способны размножаться, только задействуя более сложные клеточные структуры.

Когда я поступила на биофак, принципиальные открытия в молекулярной генетике были уже сделаны, так что то, что нам тогда рассказывали преподаватели, в основном соответствует и нынешним взглядам. Однако, читая книжку Евгения Кунина, я обнаружила, что вот представления об эволюционном происхождении вирусов с тех пор, похоже, изменились.

Нас учили, что утром деньги – вечером стулья сначала возникли клетки, а уже потом – вирусы. Некоторые клеточные гены – их называют «мобильными генетическими элементами» – таки заслуживают прозвища «эгоистичных»: они размножаются независимо от остальных и даже переходят от одной клетки к другой. Так вот, вирусы считались потомками таких элементов, одетыми белковой оболочкой, обеспечивающей им кратковременное существование во внешней среде и облегчающей проникновение в другую клетку.

На мои студенческие годы приходится изобретение полимеразной цепной реакции, позволяющей размножать ДНК в пробирке. Сокурсники, специализировавшиеся в этой области, любят вспоминать о том, как они, бывало, проводили эту реакцию вручную, перекладывая образец из одной водяной бани в другую сорок раз подряд :) Сегодня в каждой лаборатории стоят программируемые машинки, проделывающие это автоматически. Усовершенствование технологии привело к резкому упрощению процедуры секвенирования геномов, в том числе и вирусных.

И тут оказалось, что некоторые важные вирусные гены, кодирующие белки, занятые репликацией нуклеиновых кислот, в клетках практически не встречаются. Отсюда возникла идея, что генетический паразитизм возник еще на доклеточной стадии, а потом одни доклеточные репликаторы превратились в клетки, а другие – в вирусы. А если так, то вирусы оказываются реликтами тех ветхозаветных времен и, значит, могут нам кое-что о них рассказать, подобно тому, как ископаемые кости и раковины рассказывают нам о давних этапах морфологической эволюции!

В статье прошлого года Кунин несколько модифицировал этот сценарий, уточнив, что так возникла только часть вирусного генома, ответственная за собственно репликацию, а гены белков оболочки вируса все же были позаимствованы у клеток. Не знаю, правда, что думают об этом другие вирусологи – может, таковые найдутся среди читателей?

Схема из статьи Кунина, иллюстрирующая три обсуждаемые пути эволюционного происхождения вирусов. Вариант (а) – параллельное происхождение вирусов и клеток. Вариант (b) – упрощение некоторых клеток до вирусов. Вариант (c) – вирусы как продвинутые «эгоистичные гены».

Comments

[skogar.livejournal.com]

-- Глобальная задача - понять, как они работают

Вы ведь по сути как раз и говорите о задаче понимания физики, хотя и других процессов. Про эволюцию естественно ставить некие вопросы, не в точности такие же, но как бы "параллельные" вашим.

[egovoru.livejournal.com]

"Физическое описание" предполагает, что в нем будут фигурировать некоторые физические величины, так? Говоря о физическом описании работы молекулы белка, понятно, о чем речь: нас интересует, какие ее атомы куда перемещаются во времени.

Но какие физические величины Вы предлагаете задействовать для описания процесса эволюции? Допустим, мы возьмемся отслеживать во времени координаты и импульсы всех организмов некоей популяции, подверженной эволюции. Разве эта информация как-то поможет нам понять процесс эволюции? Вряд ли. Мы можем, например, отслеживать температуру этих организмов - опять не поможет.

Полезное же описание будет состоять в отслеживании изменений генофонда этой популяции в череде поколений - это и будет осмысленным физическим описанием процесса эволюции.

[skogar.livejournal.com]

Я Вам уже несколько раз сказал - описание процесса должно идти по уровням, всё ниже и ниже, чтобы где-то обнаружился сам физический механизм. Каким образом движение каких-нибудь белков или что-нибудь другое - то, что якобы ответственно за этот процесс - приводит к появлению у рыбы чего-то похожего на ноги, и т.п.

[egovoru.livejournal.com]

"образом движение каких-нибудь белков или что-нибудь другое - то, что якобы ответственно за этот процесс - приводит к появлению у рыбы чего-то похожего на ноги"

Кажется, я начинаю понимать, чего Вы добиваетесь :) Только это вовсе не "физический механизм эволюции", а так называемая "проблема морфогенеза". Решение этой проблемы состоит в выяснении того, каким образом последовательность нуклеотидов ДНК определяет не просто последовательность аминокислот в белке, но и макроскопическое строение органов и организмов. Вас это интересует, да?

Общий принцип состоит в том, что некоторые гены кодируют белки, управляющие другими белками, то есть регулирующие их синтез и деградацию (в первую очередь это факторы транскрипции, но есть многие другие). Кроме того, есть много генов, вообще никаких белков не кодирующих, но соответствующие им РНК тоже играют регуляторную роль. Мутации в таких регуляторных генах меняют целые программы развития, что и приводит к большим морфологическим изменениям.

Для того, чтобы в этом разобраться, никакие "физические модели" не помогут: тут нужно последовательно выяснять роль каждого такого регуляторного гена (а их многие сотни в каждом геноме, если не тысячи), что постепенно и делается. Опять же, я вовсе не специалист в этой области, но знаю, что, например, одно из самых важных для морфогенеза семейств генов - это так называемые hox гены (https://en.wikipedia.org/wiki/Hox_gene). Именно с ними связано, в частности, изчезновение ног у змей в ходе эволюции (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/10365960/). Известны и многие другие подобные гены и механизмы того, как они определяют строние органов и организмов - это целая гигантская область исследований.

[skogar.livejournal.com]

Я ведь сказал, что проблем две, и физика более низкого уровня - одна из них. Насколько я понял, правильно сказать было бы как-то так: то, что известно в связи с морфогенезом, не даёт описания процесса вырастания ног у рыб. Подчеркиваю: не исчезновения, а наоборот.

Физика - это несколько другое. Если система допускает самоусложнение, то в ней должен где-то быть зарыт потенциал для этого. Иначе - рыба без воды вымрет, и никакой отбор не приведёт к вырастанию ног. У простых организмов этот потенциал едва ли имеется, но если эволюция была, то откуда-то он должен был взяться. Есть мнение, что этот процесс и абиогенез - в каком-то смысле родственные. Это - то, что я имел в виду в первую очередь, и это скорее физика, чем биология.

[egovoru.livejournal.com]

"морфогенез не даёт описания процесса вырастания ног у рыб"

Именно что дает (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5697439/) :)

"Если система допускает самоусложнение, то в ней должен где-то быть зарыт потенциал для этого"

Потенциал для усложнения заключается в первую очередь в возможности случайной дупликации генов, которая происходит даже у самых простых организмов. Две копии гена затем начинают мутировать независимо, так что кодируемые ими белки все далее расходятся так, что один или оба из них могут начать выполнять совершенно новые функции.

Кроме того, бывают и более глобальные события, приводящие к усложнению системы. Один из таких примеров - уже упоминавшиеся мной ранее митохондрии: они произошли не за счет накопления мутаций в одном геноме, а за счет объединения двух геномов с последующим перемещением многих генов симбионта в геном хозяина.

"Есть мнение, что этот процесс и абиогенез - в каком-то смысле родственные"

Что значит "есть мнение"? Чье это мнение? Как я Вам уже пыталась объяснить много раз, сегодня мы гораздо лучше понимаем, как эволюционируют живые системы, чем то, как они произошли от неживых (и тому есть причины). Существенно, что для того, чтобы разобраться с первым, вовсе не надо знать второе - как Вам, по-видимому, кажется. Это независимые вопросы и независимые области исследований.

[skogar.livejournal.com]

Хорошо, про ноги у рыб почитаю.

Самоусложнение - вещь слишком тонкая, и практически весь опыт говорит о том, что саморазрушение на порядки могущественнее в плане последствий. Поэтому обосновать самоусложнение довольно трудно, хотя принципиально оно возможно - но мало самого принципа, нужны конкретные его раскрытия в обсуждаемых ситуациях.

Про связь физики эволюции и абиогенеза как раз читал пару недель назад, но не помню где. Непонимание абиогенеза подвешивает эволюцию. Ладно, это отдельная тема, раз она Вам не нравится, а я не готов ответить предметно.

[egovoru.livejournal.com]

"Самоусложнение - вещь слишком тонкая, и практически весь опыт говорит о том, что саморазрушение на порядки могущественнее в плане последствий"

Вы забываете о том, что всякое "саморазрушение" немедленно отсеивается отбором и больше не участвует в эволюции. Это принципиальный момент, который начисто ускользает от тех, кто пытается опровергнуть биологическую эволюцию, подсчитывая вероятность того, что обезьяна за пишущей машинкой напишет "Гамлет".

"конкретные его раскрытия в обсуждаемых ситуациях"

Верно, и именно этим и занимается область, называемая "эволюционной биологией развития".

"Про связь физики эволюции и абиогенеза как раз читал пару недель назад, но не помню где"

Мало ли что где пишут - на случайно найденный в интернете текст никак нельзя полагаться, особенно не будучи специалистом. Когда я пытаюсь разобраться в современной физике, я стараюсь обращаться к известным физикам, а не читать кого попало в интернете.

Кстати сказать, как раз сейчас я взялась читать одну из последних книг Шона Кэролла (https://www.amazon.com/dp/B014EOUMZA/ref=dp-kindle-redirect?_encoding=UTF8&btkr=1), в которой он, вероятно, коснется и проблемы происхождения жизни - во всяком случае, заглавие обещает именно этo :) Специально для Вас обещаю сделать отдельный пост на эту тему, когда дойду до соответствующей главы. Пока что я в самом начале, но пишет он интересно, так что я надеюсь прочесть до конца :)

[skogar.livejournal.com]

-- Вы забываете о том, что всякое "саморазрушение" немедленно отсеивается отбором и больше не участвует в эволюции.

Ничего я не забываю. Саморазвитие на пустом месте невозможно, для него необходим некий запас того, что делает такое развитие возможным; либо какой-то особый закон, по которому это было бы возможно, но он не найден.

Про эволюцию и абиогенез я черпаю сведения только у их сторонников, чтобы знать всё от тех, кто не обманет.

Продолжу там, где про ноги у рыб.

[egovoru.livejournal.com]

"Саморазвитие на пустом месте невозможно, для него необходим некий запас того, что делает такое развитие возможным"

А причем тут какое-то "пустое место"? Мы же говорим о морфологческих преобразованиях организмов, а не о том, как материя возникает из вакуума, правда? За последним, действительно, надо обращаться к физикам :)

"Про эволюцию и абиогенез я черпаю сведения только у их сторонников, чтобы знать всё от тех, кто не обманет"

Приверженность к каким-то конкретным взглядам может проистекать просто из элементарной неграмотности - причем, как правило, степень убежденности прямо пропорциональна степени неграмотности :)

[skogar.livejournal.com]

-- Хорошо, про ноги у рыб почитаю.

Я прочитал, хотя и довольно бегло, но впечатление сложил. Конечно, это уже такая тема, где надо быть специалистом, чтобы обсуждать толково, но какие-то общие
У меня к Вам вопрос: у рыб, когда у них не было ног, уже было что-то, из чего потом образовались ноги? И если (мысленно) взять примерно (но не точно!) таких же рыб и создать им примерно такие же условия, то у них тоже вырастут примерно такие же ноги? Иначе говоря, в рыбах, когда у них нет ног, уже есть некая программа их будущего появления, если будут подходящие внешние условия?

[egovoru.livejournal.com]

"у рыб, когда у них не было ног, уже было что-то, из чего потом образовались ноги?"

Да, конечно: у рыб были плавники, которые и преобразовались постепенно в ноги, когда возникли соответствующие условия. Вы наверное слышали о рыбе латимерии, которую называют "живым ископаемым"? Так вот, плавники у этой рыбы - нечто промежуточное между нормальными плавниками и конечностями наземных животных, так что она представляет собой "недостающее звено" эволюции. Еще интереснее, может быть, другая эволюционная история - превращение костей челюсти наших рептильных предков в наши... слуховые кости! (https://science.sciencemag.org/content/sci/367/6475/305/F4.large.jpg). Там тоже отчетливо прослеживаются все промежуточные стадии, но на ископаемом материале (вот здесь можно найти подробности (https://science.sciencemag.org/content/367/6475/305.full?casa_token=RN3YTmHfIpYAAAAA:qAwxS1uIhBON-UcQyOkEmXa_FUxYBojaxvmlwvk6AXtxcD-7euptGcRtlNPJH1uQ2eBdegXUBN6fQQ)).

"если (мысленно) взять примерно (но не точно!) таких же рыб и создать им примерно такие же условия, то у них тоже вырастут примерно такие же ноги?"

Не обязательно такие же: поскольку эволюция начинается со случайных изменений (мутаций), проигрывание одного и того же сценария вовсе не обязательно приведет к одним и тем же морфологическим изменениям. Если поместить две группы организмов в одинаковые условия, но не давать организмам из одной группы скрещиваться с организмами из другой, то вполне вероятно, что две группы выработают совершенно разные приспособления к одним и тем же условиям. Повысить приспособленность можно очень разными способами, и по какому из них пойдет эволюция, зависит от случайных факторов.

Это означает, что результат эволюции невозможно предсказать с точностью - то есть, можно сказать, что под давлением отбора организмы заведомо выработают какие-то приспособления к новым условиям, но нельзя точно сказать, какие именно.

[egovoru.livejournal.com]

"в рыбах, когда у них нет ног, уже есть некая программа их будущего появления"

В геноме рыб никак не записано, какие именно изменения произойдут с ними в будущем - так что ответ на Ваш вопрос отрицательный: такой программы нет, эволюция - это история с открытым концом. Но геном, конечно, накладывает определенные органичения на то, какие изменения могут произойти с организмом, а какие нет (равно как органичения на это накладывают и законы физики: скажем, размер организма не может расти до бесконечности, потому что никаких мышц не хватит, чтобы преодолеть силу тяжести после достижения определенного размера и т.д.).

[skogar.livejournal.com]

Кстати, если Вы считаете, что физику появления ног у рыб надо отслеживать на очень высоком уровне типа репликации РНК, то тогда для этого процесса нужна модель именно на таком уровне. Но тогда вопрос о собственно физике перемещается ниже: каким образом функционируют такие штуки на более низких уровнях, что дают такие мощные эффекты на более высоком уровне. Строго говоря, это два разных вопроса, но для описания эволюции они оба абсолютно дохлые.

[egovoru.livejournal.com]

"физику появления ног у рыб надо отслеживать на очень высоком уровне типа репликации РНК"

РНК никогда не реплицируется, даже у вирусов :) Вы пытаетесь разобраться в сложных процессах биологической эволюции, совсем ничего не зная о механизмах наследственности. Это все равно, как если бы я пыталась разобраться в уравнении Шредингера, не зная таблицы умножения. Согласитесь, мой вывод, что уравнение Шредингера - вздор, не многого бы стоил :)

"каким образом функционируют такие штуки на более низких уровнях, что дают такие мощные эффекты на более высоком уровне"

Да, вот это уже разумная постановка вопроса. Я ответила на него, как смогла, по другой ветке.

[skogar.livejournal.com]

Я не биолог, и опечатки вполне возможны (получилось РНК вместо ДНК). Но суть дела не в тонкостях конкретных процессов, а в существовании/несуществовании описаний как таковых в самом грубом смысле.

[egovoru.livejournal.com]

Дело не в опечатках, а в том, что Вы пытаетесь разобраться в уравнении Шредингера, не зная таблицы умножения - и при этом еще беретесь утверждать, что уравнение Шредингера - вздор :(

[skogar.livejournal.com]

Неправда. Вы придрались к случайной ошибке, не несущей смысла. Проблемы с эволюцией гораздо понятнее физикам, чем биологам, но если биологи будут заслоняться от них придирками ко всему, где будет повод, то суть проблемы так и останется незатронутой. Вообще, у меня создаётся впечатление, что биологи часто бывали бы крайне удивлены, если бы вдруг начали изучать физику, и спасает их от этого только то, что они её предпочитают не знать и не трогать.

[egovoru.livejournal.com]

"Проблемы с эволюцией гораздо понятнее физикам, чем биологам"

Не знаю, кого именно из физиков Вы имеете в виду, но некоторые из них, например, известный физик Ли Смолин, не то что не видят "проблем с эволюцией", а даже задействуют механизм естественного отбора для своих физических гипотез. Смолин полагает, что среди вселенных тоже идет такой отбор и пытается объяснить им некоторые вопросы космогонии :) Вот популярная статья об этом (https://blogs.scientificamerican.com/guest-blog/the-logic-and-beauty-of-cosmological-natural-selection/) в Scientific American - правда, имя ее автора мне неизвестно, так что возможно, он не физик, а журналист.

[skogar.livejournal.com]

Физики тоже бывают разные.
И я вовсе не против отбора, а лишь против того, что он приводит к существенно новым качествам у живых существ, которых ранее не было.

[egovoru.livejournal.com]

К появлению существенно новых качеств приводит не отбор сам по себе, а случайные генетические изменения. Отбор только отбраковывает нежизнеспособные варианты. Сложность увеличивается за счет многократных повторений этого цикла, позволяющих аккумулировать мелкие изменения.

[skogar.livejournal.com]

Ключ именно здесь. Дело в том, что для того, чтобы сложность могла самопроизвольно неуклонно повышаться, нужны очень ограничительные начальные условия, в которых уже заложена способность к устойчивому усложнению. Само собой такое возникнуть не может, поэтому важно расшифровывать абиогенез (для тех, кто в него верит). Далее - если в простейших организмах уже есть такая способность, то её надо распознать; однако полагаю, что в неё мало кто верит. Если её нет, то эволюция невозможна, и во всяких аргументах и моделях в её поддержку надо искать подвох - он там точно есть, хотя в хитрых случаях найти её сможет только специалист.

[egovoru.livejournal.com]

"Дело в том, что для того, чтобы сложность могла самопроизвольно неуклонно повышаться, нужны очень ограничительные начальные условия, в которых уже заложена способность к устойчивому усложнению"

Как раз наоборот - сложность возикает сама собой, и вот почему. Понятно, что самовоспроизведение требует некоей минимальной сложности, что накладывает нижний предел. Верхний предел, наверное, тоже есть, потому что слишком сложная система после какого-то уровня начнет страдать от побочных эффектов (как это бывает с нашими человеческими администрациями). Но вероятность того, что новая мутация, которая передастся потомству, усложнит систему, выше вероятности того, что она систему упростит. Многие случайные упрощения окажутся летальными или просто снижающими жизнеспособность, но они будут сразу отбракованы отбором и не передадутся потомству, а вот случайные усложнения далеко не столь опасны и скорее всего сохранятся.

Проще всего, наверное, это понять на примере даже не мутаций, а изменения копийности генов. Любой ген в геноме можно удвоить без особого вреда для организма - и тем самым увеличить его сложность, а вот выкинуть из генома (то есть, упростить его) почти никакой ген нельзя без того, чтобы сделать организм нежизнеспособным. Именно поэтому биологическая система, подверженная случайным наследственным изменениям, со временем набирает сложность, а не теряет ее - причем для этого не надо никакой особой способности, она заложена уже в самом механизме наследственности. "Особые органичения" нужны, наоборот, для того, чтобы произошло упрощение - как это бывает в условиях паразитизма.

"поэтому важно расшифровывать абиогенез (для тех, кто в него верит)"

Я не знаю, какой, простите, идиот внушил Вам мысль, что не понимая, откуда жизнь взялась, мы не можем понять, как она эволюционирует - но эта мысль глубоко неправильная. Грубая аналогия может быть такой: чтобы водить автомобиль, вовсе не нужно самому собирать его из комплектующих.

[skogar.livejournal.com]

Да, минимальная сложность необходима, причём очень не слабая, чтобы запустить обсуждаемые процессы. Отсюда и интерес к абиогенезу - чтобы объяснять сложные процессы, надо объяснять и то, что им непосредственно предшествовало и привело к этой начальной сложности, иначе эта сложность как будто свалилась непонятно откуда. Я не буду никого называть идиотами, но эта мысль очень простая для тех, кто занимается не только биологией. Про сложность - Вы бы обратились к неравновесной термодинамике, чтобы понять физическую суть затруднения, которое биологи здесь в упор не видят (не все, так как мне всё же встречались такие, кто понимает).

P.S. Вы меня несколько озадачили со статьёй про ноги у рыб, и видимо в один шаг мне это не раскусить - там слишком умно написано. Хотя суть подвоха я примерно представляю себе, но локализовать его видимо будет непросто.

[egovoru.livejournal.com]

"чтобы объяснять сложные процессы, надо объяснять и то, что им непосредственно предшествовало и привело к этой начальной сложности, иначе эта сложность как будто свалилась непонятно откуда"

В том-то и дело, что нам вовсе не надо знать, откуда именно свалилась первоначальная сложность, чтобы понять, каким образом система будет меняться дальше. Заметьте, мы ведь точно так же не знаем, откуда взялась наша Вселенная - но это нисколько не помешало нам сформулировать физические законы и использовать их для своей пользы!

Если следовать Вашей логике, то мы должны были бы заключить, что квантовая механика, теория относительности и даже законы Ньютона - полный бред, потому что мы не знаем, откуда взялась наша Вселенная. (Впрочем, может, Вы именно так и считаете - а то я уже всякого насмотрелась тут в ЖЖ?). А если нет, то почему же Вы готовы пользоваться физическими законами, хотя мы не знаем, как произошла Вселенная - но не готовы признать, что мы понимаем, как происходит эволюция живых систем, хотя не знаем, как произошла жизнь?

"суть подвоха я примерно представляю себе"

А почему Вы вообще ожидаете здесь какого-то подвоха?