Жизнь – без начала и конца

[egovoru]

Дарвин предложил механизм приспособительной эволюции, но генетики быстро обнаружили, что не всякая эволюция непременно повышает приспособленность: генофонд популяции может изменяться и ненаправленно. Одна из причин такого «дрейфа генов» – случайные колебания численности организмов, «волны жизни». До разгрома генетики в Советском Союзе их изучал Сергей Четвериков. Современный генетик Майкл Линч полагает, что «дрейф генов» может объяснить постепенное усложнение живых организмов в ходе эволюции.

Строго говоря, он имеет в виду не сложность организмов, универсальной количественной оценки которой еще никто не придумал, а сложность генома и даже просто его размер. В самом деле, размеры геномов прокариот – примерно 1-10 млн пар нуклеотидов, а геномов многоклеточных эукариот вроде нас с вами – порядка 3000 млн. Линч объясняет это тем, что где-то на пути от бактерий к человеку жизнь прошла через «бутылочное горлышко» малочисленных популяций.

Скорость утраты случайной мутации (например, дупликации какого-то гена) в череде поколений пропорциональна размеру популяции. То есть, в больших популяциях дупликации будут исчезать, а в малых – сохраняться и накапливаться. Каждый ген из пары будет мутировать независимо, а один из них может даже рекрутироваться для новой функции. В конце концов из одного гена получатся два разных, увеличив тем самым сложность генома.

Для проверки своей гипотезы Линч попробовал оценить «эффективный размер популяции» организмов с геномами разной величины по уровню «бесшумных» полиморфизмов (нуклеотидных замен, не влияющих на последовательность кодируемого белка из-за вырожденности генетического кода и потому не подверженных отбору). У него действительно получилась обратная зависимость от размера генома (график внизу справа). Правда, ему тут же указали, что распространенность полиморфизмов определяется не только величиной полуляции, но и вероятностью мутагенеза, а она может быть разной у разных видов. Критики высказали и другие сомнения, но мне кажется, рациональное зерно в гипотезе Линча все же может быть.

Диаграмма из упомянутой в тексте статьи Линча, показывающая его оценки произведения эффективного размера популяции и скорости мутагенеза (N_eu) для разных видов, и график зависимости
этого параметра и числа генов от размера генома

Comments

[lj-frank-bot.livejournal.com]

Hello!
LiveJournal categorization system detected that your entry belongs to the category: Наука (https://www.livejournal.com/category/nauka?utm_source=frank_comment).
If you think that this choice was wrong please reply this comment. Your feedback will help us improve system.
Frank,
LJ Team

[egovoru.livejournal.com]

Правильно, Фрэнк!

[lj-frank-bot.livejournal.com]

ОК

[serge no (from livejournal.com)]

А что такое "размеры популяции" - это по всей планете, что ли?

[egovoru.livejournal.com]

Вот, это то, что и меня смущает. Как я помню из университетского курса, само понятие "популяции" определено только для организмов с половым процессом, поскольку обозначает совокупность организмов, способных к свободному скрещиванию (панмиксии). При этом понятно, что полная панмиксия возможна только в теории - на практике вероятность скрещивания никогда не одинакова для особей, живущих, например, на разном расстоянии от данной.

Тем не менее, у популяционных генетиков понятие "эффективного размера популяции" - вполне нормативное (https://en.wikipedia.org/wiki/Effective_population_size). Ввел его в употребление, насколько я понимаю, Сьюэлл Райт, и Вики, надо полагать, цитирует именно его (хотя и не дает ссылки, как должна): The effective population size (Ne) is defined as "the number of breeding individuals in an idealized population that would show the same amount of dispersion of allele frequencies under random genetic drift or the same amount of inbreeding as the population under consideration."

Тем не менее, зависимость интенсивности дрейфа генов от численности организмов - явление, насколько я понимаю, твердо установленное. Проверить гипотезу Линча на ископаемом материале будет, наверное, трудновато - ведь речь идет об одноклеточных организмах, но сравнительная геномика должна дать информацию к размышлению. Статья Линча 2003 года, и с тех пор наверняка уже накоплено гораздо больше геномной информации, чем было в его распоряжении тогда. Сам Линч в 2007 издал целую книжку, развивая свои идеи, но я не берусь судить, насколько он преуспел в убеждении своих критиков. Сейчас он вроде пишет новую книжку, где пытается приложить свою модель к объяснению происхождения эукариотической клетки.

[yoginka.livejournal.com]

Все это не убеждает в естественном усложнении строения тела и его функций.
//Строго говоря, он имеет в виду не сложность организмов, универсальной количественной оценки которой еще никто не придумал, а сложность генома и даже просто его размер. //
- А это не намного более удивляет, чем обычная полимеризация.

[egovoru.livejournal.com]

"Все это не убеждает в естественном усложнении строения тела и его функций"

А что именно кажется Вам здесь неубедительным? В истории каждой эволюционной группы наверняка встречаются периоды малой численности (особо суровые зимы, наводнения и т.п.), в течение которых они накапливают нейтральные мутации. Потом, в изменившихся условиях эти мутации оказываются полезными и начинают отбираться.

"А это не намного более удивляет, чем обычная полимеризация"

Согласна, что подмена организма его геномом - вещь довольно опасная, в том смысле что в некоторых отношениях она может не быть эквивалентной. Но в такой глобальной шкале, на которой оперирует Линч, соответствие явно прослеживается: бактерия со своим маленьким геномом в любом раскладе устроена проще, чем человек с его большим.

[yoginka.livejournal.com]

Я не понимаю, чем это принципиально лучше полиплоидии. Иными словами, чем последовательное расположение новых генов так уж принципиально лучше для усложнения организма. Клубника имеет аж 8-кратный набор хромосом, читала, что уже миллион лет назад такая была. Но ни во что другое не превратилась.

[egovoru.livejournal.com]

"Но ни во что другое не превратилась"

Чтобы превратиться во что-то другое, нужно, чтобы отбор пошел в другом направлении, полиплоид ты или нет. Про конкретно клубнику я не знаю, но вообще-то полиплоидия считается важным фактором в эволюции растений. Вот в этом обзоре (http://image.sciencenet.cn/olddata/kexue.com.cn/upload/blog/file/2008/8/200882817352725790.pdf) на Рис. 1 приведено эволюционное дерево покрытосеменных, кде кружочками показаны предполагаемые моменты масштабных генетических дупликаций.

Но, насколько я понимаю, все же удвоение целого генома - скорее исключение, чем правило: ведь, чем больше хромосом, тем труднее их аккуратно сегрегировать в процессе клеточного деления. Что же касается "последовательного расположения новых генов", так оно ведь не навечно последовательное: гены могут перемещаться в пределах генома.

Насколько я понимаю, именно дупликация генов и считается основным источником сложности генома. У высших организмов не так уж много белков, которых совсем нет у низших, и очень часто ситуация такая: у бактерий есть только один вариант какого-нибудь, например, ионного канала, а у млекопитающих - целое семейство их, из 5-10 вариантов, каждый из которых работает только в каком-нибудь одном типе тканей.

Если задуматься, то не очень понятно, а откуда еще могут взяться новые гены? Конечно, их могут притащить вирусы из другого организма (горизонтальный перенос генов), но у эукариот, особенно многоклеточных, этот механизм все же не очень распространен. А сам собой новый ген ведь не может зародиться?

[yoginka.livejournal.com]

//Конечно, их могут притащить вирусы из другого организма (горизонтальный перенос генов)//
- Я уже раньше в другой дискуссии писала, что больше верю в перенос как механизм увеличения сложности. То, что это бывает редко, компенсируется тем, что это проверенный, работающий где-то ген, а не случайный мусор. Лучше меньше, да лучше :)
-

[skogar.livejournal.com]

Очень много проверенных, работавших генов - в трупах животных.

[yoginka.livejournal.com]

Это Вы к чему?

[egovoru.livejournal.com]

"больше верю в перенос как механизм увеличения сложности"

То есть, Вы полагаете, привнесение чужих генов быстрее увеличивает сложность, чем дупликация собственных? Вероятно, это так и есть, но только тут надо учесть, что чужие-то гены, скорее всего, окажутся вредными, а вот дупликация собственных, скорее всего, будет поначалу нейтральной, а значит, особи с такими дупликациями выживут и начнут накапливать в двух копиях этого гена независимые мутации. Что же касается мусора, то, насколько я понимаю, его много приходит и с горизонтальным переносом - он же идет ненаправленно.

[yoginka.livejournal.com]

Частично ответила в пердыдущем комментарии. Добавлю еще и здесь.
//а вот дупликация собственных, скорее всего, будет поначалу нейтральной//
- Зато она не несет новой информации. А как только произойдет в одной из копий случайная мутация, так сразу безвредность и потеряется. В смысле вредности потеряются преимущества по сравнению с чужим геном.
//Что же касается мусора, то, насколько я понимаю, его много приходит и с горизонтальным переносом - он же идет ненаправленно. //
- Это не мусор, а работающая штука. Она может и убить, и оказаться бесполезной, но она не сломанная, а полноценная. А собстветнный только что мутировавший ген никогда нигде не был протестирован на работоспособность. Он, скорее всего, мусор. И убить он тоже может.

James M Tour

[sergecpp.livejournal.com]

Any massive functional change of a body part would require multiple concerted lines of variations. Sure, one can suggest multiple small changes ad infinitum, but the concerted requirement of multiple changes all in the same place and at the same time, is impossible to chemically fathom. One day the requisite chemical basis might become apparent so that the questions can be answered. But present-day biology is far from providing even a chemical proposal for body plan changes, let alone a data-substantiated chemical mechanism.

James M Tour
https://www.jmtour.com/personal-topics/evolution-creation/

Re: James M Tour

[egovoru.livejournal.com]

Судя по описанию на его сайте, автор, которого Вы процитировали - по профессии не биолог:

"Tour’s scientific research areas include nanoelectronics, graphene electronics, silicon oxide electronics, carbon nanovectors for medical applications, green carbon research for enhanced oil recovery and environmentally friendly oil and gas extraction, graphene photovoltaics, carbon supercapacitors, lithium ion batteries, CO2 capture, water splitting to H2 and O2, water purification, carbon nanotube and graphene synthetic modifications, graphene oxide, carbon composites, hydrogen storage on nanoengineered carbon scaffolds, and synthesis of single-molecule nanomachines which includes molecular motors and nanocars."

Биологи же уже довольно хорошо понимают, как происходят "massive functional changes of a body part". Поскольку и другие читатели проявляли интерес к этой проблеме, я уже приготовила отдельный пост о ней, но размещу его после некоторого перерыва, чтобы не утомлять читателей однообразной тематикой :)

A этот пост посвящен другой проблеме - проблеме увеличения биологической сложности в ходе эволюции, которую мы уже начали обсуждать некоторое время назад (https://egovoru.livejournal.com/153333.html).

[steblya-kam.livejournal.com]

Про дрейф генов неточно. Результат генного дрейфа вполне МОЖЕТ повысить приспособленность и оказаться полезным. Просто биологи не рассматривают признаки, возникшие в результате генного дрейфа, как адаптивные, потому что они НЕ возникли под действием естественного отбора. Адаптацией считается не всё вообще полезное, а только то, что возникло под действием естественного отбора.

[egovoru.livejournal.com]

"Результат генного дрейфа вполне МОЖЕТ повысить приспособленность и оказаться полезным"

Точно так же, как случайная мутация может оказаться полезной - это все равно не делает мутагенез направленным.

А что Вы скажете о гипотезе Линча?

[steblya-kam.livejournal.com]

Точно так же, как случайная мутация может оказаться полезной - это все равно не делает мутагенез направленным. - Никто и не говорит о направленности мутагенеза. Говорят о направленности отбора.
А что Вы скажете о гипотезе Линча?
На мой взгляд, она ни о чём. Во-первых, бутылочных горлышек в истории одних только позвоночных было множество, и это известно без всяких объяснительных теорий. Во-вторых, сложность генома эукариот и его размер прекрасно объясняются и без этой теории: эукариотическая клетка в принципе устроена качественно сложнее. В-третьих, популяции одноклеточных настолько многочисленны, что на них можно смоделировать что угодно.

[egovoru.livejournal.com]

"эукариотическая клетка в принципе устроена качественно сложнее"

Это может объяснить большее число генов, но ведь основное приращение генома у эукариот достигается за счет повторов и других некодирующих участков. Конечно, может статься, что мы просто еще не до конца выяснили, зачем они нужны, но, может, прав и Линч: что эта избыточная ДНК - просто результат накопления нейтральных изменений за время малочисленных популяций.

[vsopvs.livejournal.com]

не совсем по теме, хотя к теории эволюции имеет непосредственное отношение, вернее - к эволюционной псиихологи:

Here's a recent paper where we argued that active 'Messaging to Extraterrestrial Intelligence' (METI) is the most dangerous virtue signaling ever done by humanity @primalpoly

там ссылка на статью сразу приводится.

из комментариев мне понравилось афористичное "If your in the jungle you listen, you don’t shout out."

[egovoru.livejournal.com]

Ну, для того, чтобы понять, что активно заявлять о своем присутствии в мире может оказаться опасным, даже никакой эволюционной психологии не надо :)

А пишут ли авторы этой статьи что-нибудь о том, как отличить сигнал потенциально разумных инопланетян от звуков неразумной природы? Это как раз вопрос, который мы обсуждали в предыдущем посте.

[vsopvs.livejournal.com]

> никакой эволюционной психологии не надо :)

похоже, не все так считают. там в комментариях видно, что не все.

> как отличить сигнал потенциально разумных
> инопланетян от звуков неразумной природы?

да, я видел это обсуждение. нет, они об этом не пишут. статья посвящена не сигналам как таковым, а попытке представить себе общие черты внеземного разума, сфомировавшиеся в процессе эволюции.

кстати, нет ли у вас страницы с индексом ваших постов?

[egovoru.livejournal.com]

"похоже, не все так считают"

И это тоже понятно: контакт, с одной стороны, несет в себе опасность, но, с другой, может открыть и новые возможности. Короче, тут ситуация, описанная в песне из культового фильма: "Если у вас нету тети..." :)

"общие черты внеземного разума, сфомировавшиеся в процессе эволюции"

То есть, авторы полагают, что общие черты земного разума мы уже выявили? Боюсь, мне это кажется самонадеянностью: насколько я могу судить, разные люди под разумом понимают довольно разные вещи, и даже не только читатели этого журнала :)

"нет ли у вас страницы с индексом ваших постов?"

А что это такое? Список всех постов со ссылками на них? Если да, то у меня такого нет, и я не вижу в нем особого смысла - едва ли по моим заглавиям можно легко догадаться, каково содержание поста :)

Но зато я серьезно отношусь к расставлению меток: то есть, если Вас интересует, например, что мы тут обсуждали в связи с сознанием, можно смело идти по метке "сознание" и т.д. Некоторые метки звучат довольно вычурно - особенно латинские (которые я и придумала исключительно для понта :) Но все равно легко догадаться, что бы это значило: ecce homo - это размышления о "человеческой природе", genius loci - впечатления от городов и стран, o mores - негодование по поводу чего-то вопиющего, quid est veritas - общефилософские рассуждения, не подходящие ни под какие другие категории, quo vadis - гадания о будущем. "Чему свидетели" - это репортажи о каких-то событиях в личной биографии и приметы времени, "персоналии" - посты, посвященные конкретным людям. Остальные метки, мне кажется, вполне прозрачны.

[vsopvs.livejournal.com]

> авторы полагают ... Боюсь, мне это кажется самонадеянностью

всякая новая научная статья, если она интересна, вероятно до некоторой степени самонадеянна :)

авторы там, мне кажется, не полагают, но предполагают

> серьезно отношусь к расставлению меток

да, я обратил внимание. спасибо.