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

[skogar.livejournal.com]

Я считаю, что ноль не больше ноля :)

[yoginka.livejournal.com]

Почему же ноль? Чужой ген реально кодирует настоящий полезный для чего-то белок. Нужен ли он на новом месте - не факт. Но он не просто мусор.
И еще раз напоминаю то, что написала чуть выше:
https://egovoru.livejournal.com/157127.html?thread=11744967#t11744967
Не утверждаю достаточности.

[skogar.livejournal.com]

Тогда предлагаете (допускаете) сравнение бесконечно малых величин?
Для меня всё это несомненные нули, и Ваши сомнения как будто о том же.

[yoginka.livejournal.com]

Да, о том же. Я не принимаю чистые случайности, как и Вы. Горизонтальный перенос немного лучше. А еще мы в той старой мартовской нити, на которую я дала ссылку раньше, обсуждали и другие неслучайные механизмы: симбиоз (на примере митохондрий) и кое-какие другие неслучайности. Но даже если все эти неслучайные механизмы смогут объяснить усложнение, главный мой аргумент там был такой: не вижу, почему усложнение дает преимущества при отборе на выживание. Бактерии более живучи в разнообразных условиях, чем львы:
https://egovoru.livejournal.com/151900.html?thread=10748508#t10748508
И мы там много и об этом написали.

[egovoru.livejournal.com]

"Я не принимаю чистые случайности, как и Вы. Горизонтальный перенос немного лучше"

Но ведь горизонтальный перенос - это тоже случайный процесс? :) Эндосимбиоз - это отобранный отбором результат случайных процессов.

"Бактерии более живучи в разнообразных условиях, чем львы"

Я уже пыталась объяснить раньше, что сравнение столь различных форм организации жизни некорректно.

[yoginka.livejournal.com]

//Но ведь горизонтальный перенос - это тоже случайный процесс?//
- Можно слуцайно найти копейку, а можно целый клад :)
Случайный перенос работающего гена приносит МНОГО НОВОЙ информации. А случайная мутация собственного гена в общем случае гораздо меньше. (И то, и другое может остаться неиспользованным, разумеется.)

[egovoru.livejournal.com]

"Случайный перенос работающего гена приносит МНОГО НОВОЙ информации. А случайная мутация собственного гена в общем случае гораздо меньше"

Это, конечно, так. Перенос нового гена (а ведь бывает, что и не одного) - это, так сказать, очень большая мутация. Но, как я уже заметила выше, новый ген не обязательно будет полезен: все живые организмы похожи, но все же не до такой степени, чтобы все их "запчасти" были взаимно переставляемы. Особенно среди бактерий - у них такое разнообразие метаболических путей, что ферменты, полезные для одной бактерии, могут оказаться абсолютно вредными для другой.

Но главное даже не это. Уповать исключительно на горизонтальный перенос генов для объяснения сложности - это все равно как объяснять происхождение земной жизни попаданием ее "спор" из космоса. Это просто задвигает проблему под ковер - ведь теперь придется объяснять, а как она возникла в космосе? Так же и тут: ну хорошо, рассматриваемый организм получил данный ген от другого, но откуда этот ген взялся в другом организме?

[yoginka.livejournal.com]

Я там выше по нити все эти оговорки уже сделала. И то, что может убить или не использоваться, и то, что горизонтальный перенос лишь НЕМНОГО лучше случайной мутации.

[egovoru.livejournal.com]

В каком смысле "лучше"? Перенос целого чужого гена - это просто более радикальное изменение генома, чем, например, удвоение собственного гена. Но именно потому, что оно более радикальное, оно и с большей вероятностью окажется вредным.

Кроме того, как я уже замечала выше, явления горизонтального переноса более характерны для прокариот и одноклекточных эукариот; а между тем, многоклеточные организмы в большинстве эволюционных линий тоже явно эволюционируют в сторону повышения сложности: членистоногие устроены явно сложнее червей, и обе эти группы - явно сложнее губок (последних, врочем, кажется теперь вроде считают результатом вторичного упрощения, так что пусть будет - гребневиков и медуз). Я хочу сказать, вряд ли удастся объяснить все это только горизонтальным переносом генов.

[yoginka.livejournal.com]

//В каком смысле "лучше"? //
- Исключительно в том, о котором здесь пишу - в смысле увеличения сложности. Но еще раз напомню, что я тоже считаю, что горизонтального переноса все равно мало. Все, что Вы писали здесь и раньше, меня не убеждает в том, что увеличение сложности происходит по известным причинам. Я по-прежнжму считаю, что чем сложнее, тем легче ломается, поэтому отбор на выживание не может способствовать увеличению сложности. Долны быть другие причины.

[egovoru.livejournal.com]

"отбор на выживание не может способствовать увеличению сложности. Долны быть другие причины"

Так ведь автор рассматриваемой гипотезы как раз и предлагает механизм увеличения сложности, не зависимый от отбора?

[yoginka.livejournal.com]

Отвечу цитатой из Вашего поста:
"Строго говоря, он имеет в виду не сложность организмов"

[egovoru.livejournal.com]

Действительно, в некоторых случаях величина генома вроде бы не пропорциональна сложности организма, но, как я уже заметила выше, в той шкале, на которой оперирует автор, с этим все в порядке: геномы простых бактерий таки много меньше, чем геномы сложных многоклеточных эукариот. Так что я не вижу тут особой опасности в подмене сложности организма сложностью генома. А Вы видите? Если да, то в чем именно, по-Вашему, эта опасность может заключаться?

[yoginka.livejournal.com]

А это уже моя профессиональная область :) Увеличение длины кода совершенно не гарантирует усложнение выполняемой функции. Длину можно беспредельно увеличивать, никак не изменяя выполняемые функции. (Уменьшать тоже можно, но лишь до определенного предела).

[egovoru.livejournal.com]

Линч пишет, что после первоначального "увеличения длины кода" за счет накопления повторов в периоде малой численности жизнь разделилась на две линии: в одной пошла "очистка от мусора" и компактизация генома, в другой - накопившийся мусор стал задействоваться дла новых функций, что и привело к увеличению структурной сложности. Похоже на то, что, если мусор не выбрасывать достаточно долго, то рано или поздно он оказывается для чего-то полезным :)

Вообще говоря, Линч в 2007 году написал целую книжку, развивая эти свои идеи. Я, правда, не уверена, что мой интерес к этой теме настолько велик, чтобы углубляться в этот опус :)

[yoginka.livejournal.com]

//жизнь разделилась на две линии: в одной пошла "очистка от мусора" и компактизация генома, в другой - накопившийся мусор стал задействоваться дла новых функций,//
- И это разделение на две линии, и процессы в каждой из них - результат чистой случайности? Очень большая натяжка. Почему в линиях пошли процессы в разные стороны, а не колебания туда-сюда, сводящие первоначальные различия между линиями на нет?

[egovoru.livejournal.com]

"Очень большая натяжка"

Почему "натяжка"? Дивергенция линий - самая обычная вещь в ходе эволюции. Раньше вообще считалось, что это ее единственный механизм - я помню такое даже в школьном учебнике. Теперь, правда, гибридизации тоже придают некоторую роль.

[egovoru.livejournal.com]

Кстати, мне показалось, что Ваша оценка преимуществ бактериального образа жизни несколько завышена :) Подчеркну только один важный момент: ни одна бактерия не способна к фагоцитозу, то есть, к захватыванию больших кусков пищи (например, других бактерий). Для этого нужны особые свойства мембран, которые появились только у эукариот, научившихся синтезировать определенные липиды, придающие мембране нужную для фагоцитоза гибкость. Способность же к фагоцитозу можно считать ключевой для всего того эволюционного направления, которое в конце концов привело к появлению многоклеточных животных, в том числе и нас с Вами.

[yoginka.livejournal.com]

//Кстати, мне показалось, что Ваша оценка преимуществ бактериального образа жизни несколько завышена :)//
- Я писала о преимуществах по сравнению со львами. А по сравнению с фотонами ни у кого не может быть преимуществ :)
Да, и бактерии исключительно сложны. Но Вы еше в предыдущих дискуссиях вроде отказались рассматривать проблему появления жизни.

[egovoru.livejournal.com]

А причем тут фотоны?

"Вы еше в предыдущих дискуссиях вроде отказались рассматривать проблему появления жизни"

Да, потому что тут я просто не могу сказать ничего путного. Проблема это очень сложная, и биологическое образование тут не слишком полезно: это задача скорее для химиков.

[yoginka.livejournal.com]

//Да, потому что тут я просто не могу сказать ничего путного. //
- И никто пока не может. Поэтому я и сравниваю все с бактериями.
А фотоны тут при том, что они самые простые и вечные. Могли бы так и "жить" сами по себе наряду с остальными вечными элементарными частицами. Но физики напридумали/наоткрывали законов, по которым материя должна усложняться. Поэтому и фотоны, и другие элементарные частицы ОБЯЗАНЫ при известных условиях образовывать более сложные структуры. Но физики дошли лишь до определенного уровня сложности. Химики продолжили дело с усложнением молекул. (Где-то в мартовских дискуссиях я все это уже писала). Случайность во всех этих процессах играет лишь вспомогательную роль - чтобы они встретились в пространстве при определенных нужных условиях. Вот и с усложнением организмов хотелось бы такого же. Пока же объясняется лишь вариативность, причем в обе стороны. Но почему-то есть вера в то, что сложность имеет преимущества для выживания, поэтому отбор ей способствует. Вот с этим-то я и не могу согласиться.

[egovoru.livejournal.com]

"физики напридумали/наоткрывали законов, по которым материя должна усложняться"

А что же это за законы? Насколько я понимаю, второй закон термодинамики, наоборот, утверждает, что всякая сложность должна диссипировать в равномерный шум?

"есть вера в то, что сложность имеет преимущества для выживания, поэтому отбор ей способствует"

Нету такой веры :) Напротив, хорошо известно, что существуют условия, в которых выживанию способствует, наоборот, упрощение - а именно, сидячий образ жизни и паразитизм. Взрослые асцидии - не многим больше, чем тканевой мешок, подобный гидре. А какой-нибудь бычий цепень утратил даже кишечник :)

[yoginka.livejournal.com]

//А что же это за законы? Насколько я понимаю, второй закон термодинамики, наоборот....//
- В первую очередь, четыре фундаментальных взаимодействия и связанные с ними законы. (О гравитации я там не упомянула, потому что она работает на других масштабах, на уровне молекул ею можно пренебречь). Они отвечают за образование структур. А также законы сохранения, принцип наименьшего действия и кое-что еще, что нужно для предсказания поведения систем.
//Нету такой веры :) //
- Тогда почему же отбор не уничтожает случайно возникшее более сложное? Это мой главный вопрос, не устаю его задавать :)

[egovoru.livejournal.com]

"почему же отбор не уничтожает случайно возникшее более сложное?"

Потому что есть условия, в которых сложность дает преимущество. Почему Вам кажется, что такого не может быть? В конце концов, и более сложная компьютерная программа может делать много того, чего более простая делать не может. Кстати, а что происходит с компьютерными алгоритмами, когда им дают самопроизвольно изменяться? Несамопроизвольно-то они определенно усложняются с течением времени - что не всегда благо для пользователя :)

К тому же, как мы уже обсудили, дело не обязательно именно в отбор, или, во всяком случае, отбор - может быть, и не единственный фактор, повышающий сложность. И гипотеза, обсуждаемая в этом посте, и более ранняя гипотеза Гулда (помните, про случайный путь пьяницы, выходящего из бара?) как раз пытаются объяснить усложнение без всякого отбора.

"Они отвечают за образование структур"

Правильно ли я понимаю, что, если поместить в пространство некий набор элементарных частиц, соответствующий тому, который предположительно получился после Большого взрыва, то известные нам ныне законы полностью предскажут последующую эволюцию Вселенной? Мне-то казалось, там многое еще неясно: та же темная материя и т.д.?

[skogar.livejournal.com]

-- Тогда почему же отбор не уничтожает случайно возникшее более сложное? Это мой главный вопрос, не устаю его задавать :)

Уничтожает, само собой. Отбор ничего нового не создал.