Вместе нам веселей, вместе мы вдвое сильней

[egovoru]

Недоумеваю, почему даже некоторым биологам, не говоря уже о широкой публике, кажется, что эндосимбиотическое происхождение эукариот каким-то образом противоречит дарвинизму и/или синтетической теории эволюции (и я имею в виду не представления Чарлза Дарвина образца 1859 года или Джулиана Хаксли образца 1942, а современный уровень понимания)?

Ведь в чем тут существо дела? В том, что приспособленность организма к среде – результат отбора генетических вариантов, обеспечивающих преимущественное выживание и размножение в данных условиях. Какой части этой модели противоречит эндосимбиоз?

Привлекательный пример эндосимбиоза между эукариотами: инфузория парамеция бурсария (сумчатая), нашпигованная водорослями-зooхлореллами

А вот она же в поляризованном свете: ведь правда, красавица?
В этом плейлисте есть превосходные видеозаписи еще многих микроорганизмов – очень стоит посмотреть

Чем такие зоохлореллы-симбионты отличаются от настоящих хлоропластов? А тем, что они еще сохраняют все свои гены, в то время как большинство генов фотосинтезирующих бактерий – предшественников хлоропластов – были утрачены за ненадобностью или мигрировали в ядро. То есть, произошел горизонтальный перенос генов между организмами-симбионтами. Такой перенос как способ повышения генетического разнообразия практикуется и между свободноживущими микроорганизмами, особенно теми, у кого нет полового процесса.

Все эти явления прекрасно вписываются в текущую модель эволюции, потому что она никоим образом не оговаривает, как именно должно формироваться генетическое разнообразие – для сути дела это совершенно не важно.

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]

Хорошо

[maiorova.livejournal.com]

Захотелось кулон или брошь-парамеция. Ну до чего же милашки.

[egovoru.livejournal.com]

Да, они определенно напоминают какие-то ювелирные изделия. За два видео до второго там есть еще обычная парамеция из школьного учебника, туфелька, в поляризованном свете - так та вообще горит разноцветными огнями, а какая-то безымянная маленькая на предыдущем от поляризованной бурсарии видео - искрится, как снег :) На другие видео в листе можно перескакивать, нажимая стрелочки перемотки.

[jenya444.livejournal.com]

Я слышал, что в целом ряде случаев мутации случаются "слишком быстро" для эволюции, Вы не могли бы объяснить общую картину?

[egovoru.livejournal.com]

Что значит "слишком быстро"? Мутации случаются постоянно, в результате чего в популяции в любой момент времени присутствует значительное генетическое разнообразие, т.е., мы все - мутанты, никакого "дикого типа" в природе не существует :) Те мутации, которые оказываются вредными в текущих условиях, постепенно отсеиваются - то есть, с меньшей вероятностью переходят в следующие поколения. (Этот процесс называют "сталибизирующим отбором"). Когда условия меняются, то некоторые мутации, которые в прежних условиях были нейтральными (т.е., не влияли на выживаемость), могут оказаться полезными и начнут отбираться, в результате чего их доля в популяции возрастет.

Частота появления мутаций (скорость мутагенеза) разная у разных организмов и может меняться в зависимости от условий, но на скорость эволюции влияет не только она, но и степень давления отбора. Когда последняя очень велика (как, например, при селекции человеком сельскохозяйственных животных и растений), эволюция идет быстрее при той же частоте мутагенеза (конечно, последнюю тоже могут искусственно повышать в целях селекции, например, облучая УФ светом, повреждающим ДНК - но это лучше работает для микроорганизмов: коровы от такого просто дохнут).

Есть много количественных моделей эволюционных процессов, но сложность в том, что, если вероятность точечных мутаций (т.е., замены одного основания ДНК на другое, приводящей к замене одной аминокислоты на другую в первичной поспедовательности белка) оценить достаточно легко, то оценить вероятность таких событий, как обмен ДНК между неродственными организмами (его называют горизонтальным переносом генов, в противоположность вертикальному - т.е., передаче генов от предков к потомкам) оценить очень трудно. А между тем, для микроорганизмов, у которых нет полового процесса, этот горизонтальный перенос - важный фактор генетического разнообразия. Разумеется, оценить вероятность таких событий как эндосимбиоз тоже едва ли представляется возможным. В силу всего сказанного выше, попытки предсказать скорость эволюции исходя из частоты мутагенеза очень ненадежны, особенно для длинных периодов времени.

[jenya444.livejournal.com]

Под "слишком быстро" я имел в виду времена нескольких поколений. Видимо, в этой ситуации "вертикальный" перенос не может объяснить скорость подстройки популяции. А что такое "горизонтальный" перенос, как он может действовать?

[egovoru.livejournal.com]

Как я уже объяснила, скорость эволюции - это комбинация скорости мутагенеза и интенсивности давления отбора. Но, какой бы низкой скорость мутагенеза ни была, в полуляции в любой момент времени уже присутствует много мутаций, так что не надо ждать, пока они появятся. Если мы устроим этой (т.е., любой) популяции очень жесткий отбор (скажем, убъем все организмы, не несущие интересующий нас вариант гена), то уже в следующем поколении мы получим 100%-е наличие только этого варианта - и такое случается и в природных условиях. Конечно, полная замена только одного гена - это еще не создание нового вида, но в условиях жесткого отбора и виды (т.е., совокупности организмов, потерявшие способность скрещиваться друг с другом) образуются довольно быстро.

"А что такое "горизонтальный" перенос, как он может действовать?"

Горизонтальным переносом называют передачу ДНК между не родственными, а, например, просто рядом живущими организмами. Насколько мы можем судить, этот фактор был очень важным механизмом повышения генетического разнообразия для организмов, у которых еще не было полового процесса (и остается таким для них сегодня). Очевидно, однако, что захват случайных кусков чужеродной ДНК (а именно это и осуществляется при горизонтальном переносе) - дело довольно рискованное, поскольку чужеродные гены могут оказаться очень вредными в контексте захватившей их клетки.

Соответственно, на каком-то этапе возник половой процесс, т.е., обмен генами только с организмами того же самого вида, что резко снизило опасность получения чего-то уж совсем неподходящего. Соответственно, у организмов с половым процессом, а особенно у многоклеточных организмов, горизонтальный перенос генов уже не приветствуется - у них есть защитные механизмы, разрушающие всякую чужеродную ДНК, случайно попадающую в их клетки.

Это не значит, однако, что горизонтального переноса у многоклеточных совсем уж никогда не бывает: есть некоторое число хорошо аргументированных примеров. А то, что механизмы защиты у многоклеточных не на 100% надежны, лучше всего иллюстрируется тем, что мы болеем вирусными болезнями, ведь вирусы - это ведь и есть чужеродная ДНК (или РНК), незаконно проникающая в наши клетки. Кстати, вирусы, особенно те, что временно встраиваются к клеточный геном в ходе своего жизненного цикла - важный агент горизонтального переноса генов, поскольку, переходя от клетки к клетке, они захватывают и куски ее собственной ДНК и могут оствлять их в геноме своего следующего хозяина.

[jenya444.livejournal.com]

Вы очень хорошо объясняете, спасибо. Но можно я уточню? Хотя бы в рамках философии "слышал звон". В том виде, в котором Вы изложили теорию, к ней сложно придраться. То есть, как бы быстро не произошли бы изменения, Вы скажете, что
(1) все мутации существуют на каждом этапе и
(2) это мы организовали такое давление окружающей среды, что большая часть остальных мутаций не выжила.
Мне кажется, что существуют эксперименты с бактериями, которые делятся довольно быстро (скажем, раз в час), где можно как-то контролировать элементы (1) и (2). Нет ли в такого рода экспериментах каких-нибудь свидетельств направленных (а не случайных) мутаций? Что-нибудь Ламарковское?

[zlata-gl.livejournal.com]

некоторым биологам, не говоря уже о широкой публике, кажется, что эндосимбиотическое происхождение эукариот каким-то образом противоречит дарвинизму и/или синтетической теории эволюции
Узко трактовали "изменчивость" и "приклеили" это узкое толкование — к "дарвинизму".
Между тем сам Дарвин писал, что механизмы изменчивости ему неизвестны.
Единственная гипотеза, которая является базовой частью "дарвинизма", — это нецеленаправленность изменений. Никто не занимается специально "усовершенствованием", но ИНОГДА изменения случайно оказываются полезны для выживания и размножения.
Именно это — причина нелюбви религиозных ь- к теории Дарвина.

О генах и хромосомах — вообще не было понятия.
Потом потихоньку стало проясняться "генетическое кодирование".
Самым простым механизмом изменчивости оказалась случайная замена одной нуклеиновой кислоты в хромосоме.
Это и взяли в начальную версию СТЭ.
Открытые позже дупликация генов, ГПГ, симбиоз — УЛУЧШАЮТ правдоподобие теории, основанной на "случайных изменениях".
Уж точно, что не "льют воду на мельницу" сторонников "интеллигентного дизайна".

Дупликация генов — особенно хороша.
Когда один ген занят полезным делом — мутация скорее всего сломает его, и организм погибнет.
Но если есть 2 одинаковых (в одной хромосоме), то мутация в одной копии — не погубит организм. А значит — может создать что-то новое, интересное.

[egovoru.livejournal.com]

"Единственная гипотеза, которая является базовой частью "дарвинизма", — это нецеленаправленность изменений"

Да, именно так, и именно это утверждение и остается основой эволюционной теории и сегодня. В этом смысле со времен Дарвина ничего не изменилось, хотя, конечно, с тех пор мы наполнили его модель весьма конкретным содержанием, выяснив физический механизм наследственности и изменчивости. Вполне вероятно, что и сегодня нам известны еще не все пути возникновения последней, но нет причин думать, что какие-то будущие открытия опрокинут сам принцип.

Тем не менее, я не перестаю удивляться, как много людей - и даже некоторые биологи - цепляются к каким-то совершенно незначительным деталям взглядов прошлых эволюционистов, вытекающих из тогдашнего недостатка фактических сведений, вместо того, чтобы сконцентрироваться на том принципиально важном, что эти гиганты, на плечах которых мы стоим, угадали верно даже в отсутствие современных данных.

[zlata-gl.livejournal.com]

Кстати о дупликации генов.
Как это устроено ?
Вот клетка решила размножаться.
В ней есть машинка, которая умеет расплести двойную спираль и присоединить к каждой нитке — вторую, комплементарную. Очень простая машинка. Она (наверно) даже не знает, где гены, где — некодирующие участки. У нее внутре нет думателя и решателя.
Вполне резонно, что она иногда ошибается, и присоединяет неправильный нуклеотид.
А потом — эта хромосома так и живет с неправильной парой ? Потом эта клетка делится, у одной дочки получается старая версия хромосомы, у 2-й — новая.

Но как при таком механизме может задублироваться ген ?
В какой момент жизни клетки ?
Он может встроиться уже целиком, в виде куска двойной спирали ?
Откуда он может взяться ?

И вопрос про "метилирование".
Если ген метилирован и не работает, то в случае поломки очищающий отбор не действует.
А это значит, что у этого гена есть шанс просто вымереть.
Когда настанет пора "разметилироваться", вдруг окажется, что он не может работать.
Что тогда ?

[egovoru.livejournal.com]

"В ней есть машинка, которая умеет расплести двойную спираль и присоединить к каждой нитке — вторую, комплементарную"

В этом процессе участвует целый комплекс белков, выполняющих разные функции - один расплетает, другой полимеризует, третий сшивает готовые участки на второй цепи и т.д. - но всю их совокупность можно назвать "машинкой", да.

"Но как при таком механизме может задублироваться ген ?
В какой момент жизни клетки ?"

Есть несколько механизмов дупликации генов. Короткие повторы могут образовываться в момент репликации. Полимераза ведь не все время сидит на цепи, а может периодически отваливаться, а потом возвращаться и начинать с того же места, "забыв", что она уже сделала этот кусок. А более длинные куски ДНК могут удваиваться в момент кроссинговера - обмена гомологичными участками хромосом во время мейоза (и митоза). В норме каждый участок одной хромосомы обменивается эквивалентным участком с другой, но может получиться и так, что одна хромосома отдала свой участок другой, а другая не отдала ей свой, и тогда первая не получит ни одной копии, а вторая - две.

"Когда настанет пора "разметилироваться", вдруг окажется, что он не может работать.
Что тогда ?"

Тогда носители этого испорченного гена отбракуются отбором. Но тут надо учесть, что эффекты метилирования, как и другие эпигенетические эффекты, держатся максимум 4 поколения (это после того, как вызвавшие их условия перестали действовать - если же условия продолжаются, эти эффекты могут воспроизводиться снова и снова). А за 4 поколения вряд ли успеет накопиться так уж много вредных мутаций.

[zlata-gl.livejournal.com]

Полимераза ведь не все время сидит на цепи, а может периодически отваливаться, а потом возвращаться и начинать с того же места, "забыв", что она уже сделала этот кусок.
Но ведь новая нитка спаривается с существующей.
Как же она спарится, имея лишний кусок ?
И тем более — как этот кусок будет целым геном ?

А более длинные куски ДНК могут удваиваться в момент кроссинговера -
Вот это — понятнее и правдоподобнее.
Кстати, при кроссинговере как-то соблюдаются границы генов ?
Или идет обмен любыми кусками ?

Тогда носители этого испорченного гена отбракуются отбором.
Или не отбракуются.

А за 4 поколения вряд ли успеет накопиться так уж много вредных мутаций.
"Условия" могут действовать долго. Достаточно долго, чтобы ген прокис.
А когда прокис — он уже не восстановится.

А как вообще условия метилируют ген ?
Кто научил ген — метилироваться при определенных условиях ?

[Алексей Орлов (from livejournal.com)]

Как существо без нервной системы так лихо маневрирует?

[egovoru.livejournal.com]

О, парамецию недаром называют "плавучим нейроном" (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8208649/)! У них ведь есть полный набор рецепторов и ионных каналов, позволяющий им адекватно реагировать на разного рода физические и химические стимулы. Они даже генерируют "нервные импульсы", только у инфузорий они основаны на массовом вхождении в клетку ионов кальция, а не натрия, как у нас. Инфузориям эти импульсы нужны, чтобы координировать работу всех ресничек, рассредоточенных по поверхнисти клетки. Похоже, у инфузорий даже можно вырабатывать условные рефлексы (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7781593/), как у павловских собак :)

[a-gorb.livejournal.com]

Насколько позволяют мои более чем скромные познания в этом вопросе, я с вами полностью согласен, что ”приспособленность организма к среде – результат отбора генетических вариантов, обеспечивающих преимущественное выживание и размножение в данных условиях”. Все остальное ¬– от лукавого.

”Какой части этой модели противоречит эндосимбиоз? ”
А вот тут я сделал стойку на слово «модель». На мой непросвещенный взгляд, биологии как раз не хватает компьютерных моделей, которые могли бы наглядно и за меньшее время (чем естественный ход) показать эту самую эволюцию. Такого рода модели оказались крайне плодотворны, например, для описания возникновения и эволюции Солнечной системы. (Например, самые распространенные во вселенной газы это водород и гелий. Почему же земная атмосфера не из них состоит?) Понятное дело, что эволюция живых существ немного намного сложнее эволюции планет. Но даже сильно упрощенные модели бываю порой очень полезны, в т.ч. для развития понимания происходящих процессов.

[egovoru.livejournal.com]

"биологии как раз не хватает компьютерных моделей, которые могли бы наглядно и за меньшее время (чем естественный ход) показать эту самую эволюцию"

О, компьютерных моделей в эволюционной биологии как раз хватает! Вот, MIT предлагает даже такой курс для студентов (https://ocw.mit.edu/courses/electrical-engineering-and-computer-science/6-877j-computational-evolutionary-biology-fall-2005/) :) Проблема, однако, в том, что для построения таких моделей для целого организма нам ведь нужны исчерпывающие знания не только обо всех его генах, но и обо всех фенотипических эффектах всех их возможных аллелей (мутантов), причем эти эффекты зависят ведь и от комбинации генов, не говоря уже об условиях среды. А у нас ведь пока нет таких сведений, особенно для сложных организмов вроде млекопитающих. Думаю, что эволюционирующий геном вполне можно назвать "хаотичной системой" в пригожинском смысле, хотя в литературе такая трактовка мне вроде не встречалась.

Кроме того, не нужно забывать, что мы же тут имеем дело с по сути квантовыми процессами (я имею в виду собственно мутации), а они непредсказуемы по своей природе. Но вот такие вещи как, например, скорость распространения уже случившейся мутации в популяции с такими-то параметрами при таких-то условиях эти модели отлично предсказывают. Правда, их обычно называют не эволюционными, а популяционно-генетическими моделями, но суть дела от этого не меняется.

Кстати, из разговора в другом журнале я, кажется, начинаю понимать, что имеют виду те, кто считает, что эндосимбиоз "опровергает дарвинизм". Во времена Дарвина было известно только линейное наследование, от одного предка к одному потомку (пусть родителей двое, но их генотипы близки, поскольку они принадлежат к одному виду). Естественно, что его гипотеза учитывала только такое наследование, и этим людям кажется, что обнаружение горизонтального переноса генов (в том числе при эндосимбиозе) ее подрывает.

На самом деле это конечно, не так, поскольку линейное наследование вовсе не является необходимой предпосылкой механизма эволюции, предложенного Д. То есть, люди не умеют отличить важное содержание от случайно сопутствующих деталей, как в том анекдоте про "вам шашечки или ехать?". Линейное наследование - это шашечки :)

[termometr.livejournal.com]

а как вы относитесь к книге Кунина "Логика случая"?

[egovoru.livejournal.com]

Я прочла ее только частично, потому что бóльшая ее часть - вещи, мне уже и так известные. Интересной мне показалась глава о происхождении вирусов - я потом даже прочла его более свежий обзор об этом (подробнее вот в этом моем посте (https://egovoru.livejournal.com/151900.html)).

Что же касается его попытки увязать биологическую эволюцию с многомировой версией вселенной, то это, мне кажется, уже лишнее - подобные спекуляции уводят нас слишком далеко в область фантастики :)

Ну и, конечно, он напрасно называет Криспр эволюцией по Ламарку (https://egovoru.livejournal.com/88666.html).

[a-gorb.livejournal.com]

”О, компьютерных моделей в эволюционной биологии как раз хватает! Вот, MIT предлагает даже такой курс для студентов :)”
Да? Это интересно. Но поскольку мое чтение по вопросам биологии в основном ограничено популярной литературой, то в ней такие модели почти не попадаются. Все равно мне кажется, что они используются недостаточно, к этому есть объективные причины – биологов не учат компьютерному моделированию, а математиков и физиков – биологии.

”Проблема, однако, в том, что для построения таких моделей для целого организма нам ведь нужны исчерпывающие знания …”
Это с одной стороны так, это весьма желательно. Но с другой стороны, ведь модели могут быть феноменологическими, в чем-то сильно упрощенными. Условный пример – движение воздуха сводится к движению молекул, но для моделирования обтекания крыла самолета совсем не обязательно моделировать движение каждой молекулы.

” эволюционирующий геном вполне можно назвать "хаотичной системой" в пригожинском смысле”
Не думаю. Пригожинские диссипативные структуры – все-таки нечто другое. На геном есть внешнее направленно «давление» - отбор. Диссипативные структуры возникают сами по себе, им только извне энергию подавай. В этом смысле диссипативные структуры даже более необычное явление, чем эволюция путем изменчивости (хаос) и отбора. Т.е. понять, что некое внешнее влияние (отбор в самом широком смысле) способно из хаоса сформировать закономерность – не слишком сложно. В диссипативных системах структуры возникают внутри самой системы. И хаос в них возникает сам собой! А не привнесен извне в виде, например, квантовых флуктуаций. Наверное, жизнь в целом можно считать такой структурой.

” На самом деле это конечно, не так, поскольку линейное наследование вовсе не является необходимой предпосылкой механизма эволюции, предложенного Д. То есть, люди не умеют отличить важное содержание от случайно сопутствующих деталей, как в том анекдоте про "вам шашечки или ехать?". Линейное наследование - это шашечки :)”
Полностью согласен. Вот тут и было бы можно наглядно показать это моделями, пусть даже сильно упрощенными – вот линейное наследование, получаем то-то и то-то, а вот горизонтальный перенос – и опять получаем эволюцию.

[egovoru.livejournal.com]

"биологов не учат компьютерному моделированию, а математиков и физиков – биологии"

Так "нормальные" биологи такими вещами и не занимаются. Другое дело, что подавляющее большинство математиков моделирует эволюцию не организмов, а последовательностей нуклеотидов (т.е. геномов), и понятно, почему: их можно записать в виде последовательностей символов, для анализа которых у нас уже наработаны навыки. А для того, чтобы моделировать эволюцию организмов, нужно знать все то, о чем я написала в предыдущем комментарии: фенотипические эффекты все аллелей всех генов и их сочетаний. Вот этот обзор (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3915852/) вроде бы описывает текущую ситуацию с моделированием эволюции - возможно, Вам будет интересно взглянуть.

"ведь модели могут быть феноменологическими, в чем-то сильно упрощенными"

Упрощенные модели - это то, что строят на основании палеонтологических и прочих данных о самих организмах. Они, однако, по преимуществу качественные, так как тут сложно что-то формализировать.

"Наверное, жизнь в целом можно считать такой структурой"

Я имела в виду не спонтанное возникновение порядка, а то, что малая неточность в измерении начальных условий дает очень большую ошибку в предсказании поведения системы.

"вот линейное наследование, получаем то-то и то-то, а вот горизонтальный перенос – и опять получаем эволюцию"

Любое генетическое разнообразие неизбежно рано или поздно приводит к отбору: даже если сегодня все имеющиеся наследственные варианты дают совершенно одинаковую приспособленность к текущим условиям среды (что само по себе уже очень маловероятно), можно побиться об заклад, что при изменении условий среды какие-то варианты окажутся более выиигрышными, чем другие. А как именно создается генетическое разнообразие - за счет мутаций, полового процесса, горизонтального переноса, черта, дьявола - совершенно не важно. Не очень даже понятно, что тут, собственно, нужно моделировать? Моделируют же обычно скорость - например, скорость распространения нового аллеля в популяции.

Вгляните

[livejournal.livejournal.com]

User jenya444 referenced to your post from Вгляните (https://jenya444.livejournal.com/715243.html) saying: [...] безразличие к их фенотипическим эффектам. ... " https://egovoru.livejournal.com/172801.html [...]

красно-синий Петров-Водкин

[livejournal.livejournal.com]

User panoramov referenced to your post from красно-синий Петров-Водкин (https://panoramov.livejournal.com/541181.html) saying: [...] противоположность вертикальному - т.е., передаче генов от предков к потомкам) оценить очень трудно [...]