Дайте, что ли, карты в руки погадать на короля

[egovoru]

Сила естествознания – в его предсказательной способности. Уважаемый evgeniirudnyi интересуется, может ли теория Дарвина, в ее современном варианте, предсказывать результаты биологической эволюции? Что ж, давайте посмотрим. Поместим популяцию организмов в некие новые условия. Для простоты предположим, что эти условия не будут меняться за время наших наблюдений – хотя такого, конечно, не бывает, если период наблюдения сколько-нибудь длительный. Что нужно знать, чтобы предсказать, во что наша популяция превратится через такое-то число поколений?

Во-первых, нужно отсеквенировать исходные геномы всех организмов в популяции. В природе нет никакого «дикого типа» – все популяции состоят из разнообразных мутантов. Секвенирование ДНК – относительно несложная техническая задача (см. видео), так что, если наши организмы многоклеточные, мы можем оторвать от них по кусочку и пустить на это дело. А вот если они одноклеточные, придется их клонировать, поскольку нельзя извлечь ДНК из клетки, не убив ее.

Определив таким образом исходный генофонд (с поправкой на возможные мутации, в случае многоклеточных соматические, отличающие то, что мы истратили на секвенирование, от того, что мы пустили на эксперимент), мы должны будем составить список всех возможных мутаций, которые могут произойти за интересующее нас время. Геном, скажем, кишечной палочки состоит примерно из 5 миллионов пар нуклеотидов. Значит, только замена единичного нуклеотида дает нам четыре в степени 5 миллионов вариантов (для человеческого генома это четыре в степени 6 миллиардов). Но мутации ведь не исчерпываются такими заменами: бывают и делеции, и дупликации, и транслокации целых участков ДНК. Наконец, чужеродная ДНК может приобретаться путем горизонтального переноса от – теоретически – любого другого организма, находящегося поблизости. А раз так, то даже простой подсчет числа возможных генетических вариантов, поставляющих материал для отбора, превращается в нелегкую задачу.

Но это еще полбеды. Разные изменения ДНК происходят, разумеется, с разной вероятностью. Как оценить эту вероятность? Даже для простейших однонуклеотидных замен ее невозможно рассчитать, просто исходя из законов физики – система, включающая ДНК и фермент-полимеразу, слишком сложна для таких расчетов. А значит, нам придется определять вероятность эмпирически: то есть, ждать, пока спонтанно произойдут мутации каждого типа и делить число таких случаев на число репликаций.

Наконец, нужно будет определить выживаемость (и интенсивность размножения) всех полученных вариантов в наших условиях – ясно, что и это можно сделать только эмпирически. Учитывая, что фенотипический эффект каждой конкретной мутации может меняться в зависимости от ее сочетания с другими, нам придется проверять их не только индивидуально, но и во всех возможных комбинациях.

Понятно, проделать все это в какое-то обозримое время совершенно невозможно, поэтому такими предсказаниями никто и не занимается. А что же предсказывают? Например, скорость распространения какой-то конкретной мутации в популяции в зависимости от размера последней или еще от каких-то заданных параметров. Уважаемый uri_ben_cephas подсказал ссылку на отличную главу из книжки, где подробно разбираются принципы подобных расчетов.

Наглядное объяснение принципа секвенирования ДНК

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

[skogar.livejournal.com]

-- Уважаемый evgeniirudnyi интересуется, может ли теория Дарвина, в ее современном варианте, предсказывать результаты биологической эволюции?

Т.е. не может, но вместо этого может объяснить, почему не может?

[torquelimach.livejournal.com]

Физика не предскажет вам положения каждой молекулы, но крыло самолета обсчитать может. Предсказания на уровне "крыла самолета" возможны и в биологии, пусть, может быть, с меньшей степенью уверенности.

[skogar.livejournal.com]

Из приведённого текста этого не видно.

[const0000.livejournal.com]

Уважаемый evgeniirudnyi интересуется, может ли теория Дарвина топор, в его современном варианте, предсказывать результаты биологической эволюции — создание Кижей, или гибель старухи-процентщицы.

да! — создание абстрактных "Кижей" (как строения из дерева),
точно так же, как и гибель абстрактной старушенции —
вполне возможна посредством топора.

«теория Дарвина, в ее современном варианте» — это инструмент естествознания, созданный (Дарвином) для познания мира.
и только.

Я бы задал другой вопрос.

[verum-corpus.livejournal.com]

Допустим, все ведущие биологи согласятся, что теория Дарвина - несусветная чушь.
Что изменится в мире от этого?

[vadperez.livejournal.com]

Самое сложное в направленной эволюции даже простейшей системы —одного белка— это создание условий отбора.
Собственно, в биотехе сейчас идет отбраковка самих факторов отбора — то что нельзя получить наложением искусственных факторов отбора требует огромных усилий даже для небольшого улучшения.

Re: Я бы задал другой вопрос.

[vadperez.livejournal.com]

биология закончится

Вы серьёзно или шутите? :))

[verum-corpus.livejournal.com]

Ведь это же (теория эволюции) - пустейшая, не стОящая выеденного яйца болтовня, никак с реальностью не связанная.

да я пошутил :))

[vadperez.livejournal.com]

на самом деле я привык верить на слово каждому первому встречному в жж

[uri-ben-cephas.livejournal.com]

Проблематично предсказать время фиксации (и её вероятность), не зная селективного преимущества :)

P.S.
Эх. Помню, на экзамене, будучи спрошен о том, почему существуют рибозимы, я ответил уклончиво-криптокреационистски "потому что у РНК есть подходящая для этих фокусов гидроксогруппа". А надо было про свидетельства в пользу РНК-мира, вроде бы. Но прокатило. Хотелось что-то вставить в тему, но пусть будет это ностальгическое воспоминание не по теме.

[uri-ben-cephas.livejournal.com]

Возможно, Вам будет интересно: https://www.researchgate.net/publication/354052360_Dynamical_Systems_and_Fitness_Maximization_in_Evolutionary_Biology

[livelight]

Дарвин говорил про наследуемые свойства организмов, а не про нуклеотиды в ДНК. Именно про это его теория, и она даёт вполне разумные предсказания, какие из доступных в популяции свойств организмов будут встречаться всё чаще, а какие — всё реже. А вот появление новых мутаций имеющихся свойств организмов она внятно предсказать не может, может только примерно предсказать, что с ними будет дальше, когда они таки появятся.

[evgeniirudnyi.livejournal.com]

В данном случае можно вспомнить про пари о геноме (the genome wager), которое заключили в 2009 году Руперт Шелдрейк (Rupert Sheldrake) и Льюис Уолперт (Вольперт, Lewis Wolpert). Уолперт утверждал, что

'к 1 мая 2029 года, имея геном оплодотворенного яйца животного или растения, мы будем в состоянии предсказать, по меньшей мере в одном случае все детали организма, который разовьется из этого яйца, включая дефекты'

Шелдрейк же говорил, что ничего не получится. Пока букмейкеры ставят на Шелдрейка.

[vadperez.livejournal.com]

разве что имея геном сферического коня в вакууме.

[ald1976.livejournal.com]

Всех "математически возможных" мутаций неприличное число, перед которым спасует даже мифический квантовый компьютер.

Из них "биологически возможных" намного меньше.

Из них тех, которые передадутся в следующее поколение - еще меньше.

Чем лучше будет понимание структуры генома - тем больше заведомо бредовых вариантов можно будет обрезать, примерно как шахматист перебирает далеко не все ходы, а только разумные.


И кто знает, может окажется, что того, что осталось, не так уж и много. И это вполне можно "перебрать" или смоделировать методом Монте-Карло. После чего делать вполне содержательные предсказания.

Или может оказаться, что дальше вообще никакой эволюции не станет, геном поймут настолько хорошо, что наклепают кадавров, которые вытеснят все естественное "за явным преимуществом".


А пока сидят дети ясельного возраста в песочнице и обсуждают строительство 10.000-этажного дома. Гордо называя себя генетиками, эволюционистами и пр. взрослыми словами.

[egovoru.livejournal.com]

Правильно, Фрэнк!

[lj-frank-bot.livejournal.com]

ОК

[egovoru.livejournal.com]

Не может практически потому, что для этого нам нужно знать очень много эмпирических параметров, как я описала в этом посте (то есть, на нужно знать вероятность и влияние на выживаемость всех возможных мутаций).

В гипотетической ситуации, когда мы все это знаем, предсказания возможны - во всяком случае, мы не знаем ничего, что указывало бы на их невозможность. Но, разумеется, даже в этом гипотртическом случае наши предсказания будут иметь вероятностный характер - как, например, предсказания радиоактивного распада, потому что в нашем случае тоже в конечном счете все сводится к квантовой неопределенности.

[egovoru.livejournal.com]

Разумеется, исходя из уже имеющихся у нас данных мы можем делать кое-какие качественные предсказания. Например, если настанет очередной ледниковый период, то мы можем предсказать, что млекопитающие разовьют какие-то свойства, помогающие переносить холод. Из прошлого опыта мы уже знаем кое-какие такие свойства: например, толстый слой подкожного жира или густой мех, и мы вполне можем ожидать, что нечто подобное появится и в нашем случае. Но гарантировать, что произойдет именно это, а не что, например, все наши млекопитающие просто вымрут, мы не можем. Для реальных количественных предсказаний, подобных, например, расчетам движения снаряда, нам нужно все то, что я перечислила в посте.

Увы, у нас нет никаких "более грубых" количественных теорий, как в физике. В нашем случае "оргубление" можно произвести, напимер, проигнорировав какие-то заведомо маловероятные изменения генома, но это путь опасный, потому что тут-то как раз и появится пресловутый "черный лебедь" :) Вообще же геном - классическая хаотическая система, то есть, такая система, для которой малая ошибка в исходных параметрах чревата очень большой ошибкой в предсказании поведения.

[egovoru.livejournal.com]

Потому что в биологии нет "более грубых" теорий, как в физике. Как все-таки можно произвести огрубление, я подробнее объяснила в ответе нашему собеседнику.

[egovoru.livejournal.com]

А в чем, по-Вашему, заключается познание мира? То есть, как мы определяем, уже познали мы мир или еще нет?

Re: Я бы задал другой вопрос.

[egovoru.livejournal.com]

Мир не зависит от наших теорий - если только мы не начинаем его переделывать, опираясь на них. В конкретном случае эволюционной теории эта переделка заключается в выведении новых пород сельскохозяйственных животных и сортов растений. Можно ли это делать без теории? Можно, конечно, но времени уйдет гораздо больше.

[egovoru.livejournal.com]

Боюсь, я не совсем поняла Вашу мысль. Хотите ли Вы сказать, что мы не всегда знаем, какие именно факторы отбора привели к появлению имеющихся ныне форм?

[egovoru.livejournal.com]

"Проблематично предсказать время фиксации (и её вероятность), не зная селективного преимущества"

Да, но это для конкретной мутации. Для предсказания же эволюции всего организма нужно знать еще и вероятность появления каждой конкретой мутации каждого его гена и некодирующих участков.

"будучи спрошен о том, почему существуют рибозимы"

Ох, мне-то все вопросы, содержащие слово "почему", кажутся уже философскими, а не естественно-научными. Естественно-научные вопросы - это "что" и "как" :)