Это тайна мутации, шутка природы, ошибка

[egovoru]

Наследственная изменчивость – необходимое условие биологической эволюции. В середине 20-го века ее по умолчанию считали константой, а роль переменных отводили направлению и степени давления отбора. Однако быстро выяснилось, что интенсивность мутагенеза зависит от условий среды (и сегодня, когда мы лучше знаем матчасть, это совсем не кажется неожиданностью). Причем задействован тут не единый регуляторный механизм, а множество их – даже у одной и той же кишечной палочки, на которой их в основном и изучают. Ни в коей мере не будучи специалистом в этой области, я обещала уважаемому ablertus'у хотя бы вчерне разобраться по литературе, что же известно на сегодняшний день?

Любимый объект молекулярно-генетических исследований на бактериях – ген β-галактозидазы, фермента, расщепляющего лактозу. Существуют мутации, начисто вырубающие функцию этого белка. В размножающейся популяции мутантных бактерий время от времени появляются ревертанты, несущие возвратные мутации к дикому типу, причем частота этих реверсий низка, если выращивать бактерии в среде без лактозы, но повышается, если дать им только лактозу как единственный источник пищи. Более того, молекулярные механизмы, ответственные за появление ревертантов в этих двух случаях, совершенно различны. Казалось бы, налицо направленное адаптивное влияние среды на гены, не так ли?

Так, да не так. Когда проводились первые эксперименты такого рода, еще не было технических возможностей отслеживать, а что же происходит в других участках генома? Когда же такие возможности появились, выяснилось, что частота мутаций повышается вовсе не только у гена β-галактозидазы, но и у многих других генов, не имеющих никакого отношения к метаболизму лактозы.

Текущая модель стресс-индуцированного мутагенеза предполагает, что его адаптивность заключается просто в том, что общее увеличение числа мутаций повышает и вероятность появления полезных мутаций, помогаюших справляться со стрессом. Оказалось, однако, что далеко не все виды стресса приводят к увеличению числа мутаций: в некоторых случаях число мутаций не меняется, но происходят качественные изменения в самом характере мутаций – скажем, увеличивается число однонуклеотидных замен, но снижается число делеций (потерь участков ДНК). Пока непонятно, есть ли в этом какой-то эволюционный смысл – исследования продолжаются.

Автор последнего упомянутого обзора предлагает заменить понятие «стресс-индуцированного мутагенеза» понятием «стресс-индуцированной генетической вариабельности», чтобы подчеркнуть изменение не только числа, но и характера мутаций при стрессе

Comments

[egovoru.livejournal.com]

"Современные прокариоты живут во всевозможных условиях; чтобы от них в целом избавиться, нужно травить их очень целенаправленно"

A зачем же от них избавляться? Эволюция вовсе не означает обязательное изночтожение прежде живущих форм. Новые обычно просто добавляются к прежним, и все - они ведь занимают новые экологические ниши и не конкурируют со старыми. Грубо говоря, существование человека отнюдь не отрицает существование бактерий.

"получается, что остались от козлика одни рожки (два), и больше практически ничего"

Эволюционные отношения между выделяемыми сегодня тремя доменами жизни далеко не ясны: чуть ли не у каждого исследователя, работающего в этой области, есть своя любимая гипотеза. Вот, в качестве иллюстрации (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1450140/):

"In the classical tree of life, two lineages diverged from LUCA, one leading to Bacteria and the other, to a common ancestor of Archaea and Eukarya (2). Alternatively, one of the two primordial lineages could have produced Eukarya, whereas the other led to a common ancestor of Archaea and Bacteria (6). In these scenarios, LUCA can be a progenote (7), a community of primitive organisms freely exchanging their genes (8), or a more sophisticated type of organism, already harboring some eukaryotic traits (6, 9). In all these cases, LUCA was a very different entity than its descendants. In contrast, Gupta and Cavalier-Smith (10, 11) have suggested that LUCA was a bacterium, and that Archaea originated from within Bacteria. Finally, several authors have proposed that Eukarya originated from the merging of an archaeal and a bacterial lineage (for review, see ref. 12)."

Утверждать, что никаких других принципиальных доменов, ныне вымерших, не было, мы не можем - как не можем и утверждать, что они были. Это нельзя установить чисто логическим путем.

[serge no (from livejournal.com)]

A зачем же от них избавляться?

Для получения стерильной среды (необходимой для производства, исключения возможности панспермии или в медицинских целях, например).

Утверждать, что никаких других принципиальных доменов, ныне вымерших, не было, мы не можем - как не можем и утверждать, что они были.

Однако, утверждение, что были вымершие развесистые домены, требует дополнительного объяснения того, куда и каким образом они делись. При всех перипетиях и вымирании отдельных видов ни один из имеющихся доменов даже близко не собирается вымирать целиком.

[egovoru.livejournal.com]

"Для получения стерильной среды (необходимой для производства, исключения возможности панспермии или в медицинских целях, например)"

А зачем же нам стерильная среда? Ведь без прокариот, живущих у нас в кишечнике, нам будет очень плохо? Это не говоря уже о каких-нибудь коровах или термитах - те от своей кишечной флоры еще сильнее зависят. Еще глобальнее необходимость прокариот для азотфиксации: именно они переводят "неудобоваримый" атмосферный азот в аммоний, который могут усваивать грибы. Растениям же нужен нитрат, который тоже производит из аммония отдельная группа прокариот. Ну, и в углеродном цикле прокариоты активно участвуют.

"утверждение, что были вымершие развесистые домены, требует дополнительного объяснения того, куда и каким образом они делись"

Так мы ведь говорим о ранней истории планеты, когда условия были совсем другими, чем сейчас - а когда условия изменились, многие вымерли. А прокариоты - не динозавры: если от них что и остается, так по этим останкам невозможно распознать, какие у них там были ДНК-полимеразы и проч.

Возможность существования других доменов следует просто из того, что эволюция обычно дает целый веер форм, так что трудно объяснить как раз то, почему вдруг тут появились только две эти ветви. Впрочем, не исключено, что когда-нибудь обнаружат и еще что-то: среди прокариот все еще продолжают находить очень необычные формы, и никак нельзя сказать, что мы уже открыли все, что есть.

[serge no (from livejournal.com)]

А зачем же нам стерильная среда?

Это примерно такой же вопрос, как "зачем же нам асфальт"? Ведь с асфальтом в кишечнике нам будет очень плохо. Но как дорожное покрытие он вполне годится. Поэтому нужен. Насколько я знаю, например, отправляемые на Марс аппараты стараются стерилизовать. По мере сил, по крайней мере.

трудно объяснить как раз то, почему вдруг тут появились только две эти ветви.

Появление ветвей от общего предка объяснения вроде не требует. То, что жизнеспособны совсем не любые возникающие организмы, тоже хорошо известно. Остаётся только чисто практический вопрос о том, какие из имеюшихся в ранней истории наборов свойств были критическими для прохождения через прокол в эволюционном барьере. А вот вы объясните, как гипотетические другие домены, расплодившись по всей планете, могли вымереть, не оставив не только ископаемых останков, но и потомства? Какая-то мина замедленного действия у них в геноме сработала или что?

[egovoru.livejournal.com]

"Насколько я знаю, например, отправляемые на Марс аппараты стараются стерилизовать"

Ну так и хирургические инструменты стараются стерилизовать, но разве из этого следует, что всех прокариот надо вообще извести под корень?

"А вот вы объясните, как гипотетические другие домены, расплодившись по всей планете, могли вымереть, не оставив не только ископаемых останков, но и потомства?"

Почему же обязательно "расплодившись по всей планете"? Как я уже упоминала в предыдущем комментарии, планета в те времена была совсем другая, и те протоорганизмы могли концентрироваться в каких-то ее специфических экологических нишах. А потом эти ниши исчезли, а с ними исчезли и протоорганизмы. (По нишами я имею в виду совокупность условий, не обязательно именно дырки в скале).

Среди более высокоорганизованных существ полно групп, не оставивших никаких потомков к настоящему времени - взять, например, вендскую фауну (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%B4%D0%B8%D0%B0%D0%BA%D0%B0%D1%80%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%B1%D0%B8%D0%BE%D1%82%D0%B0). Считается, что все эти существа вымерли, не оставив потомков. А мы ведь говорим о гораздо более ранних временах, о которых еще труднее судить. Отсутствие же ископаемых ни о чем не говорит - от прокариот вообще мало что остается, а по тому, что остается, невозможно судить о деталях их молекулярно-биологических процессов (чем и отличаются бактерии от архей).

[serge no (from livejournal.com)]

Почему же обязательно "расплодившись по всей планете"?

Потому что это и отличает тех, кто способен эволюционировать в домены, от тех, кто упирается в локальный тупик эволюции. Специализируются раньше, чем порождают неуязвимое для любых изменений среды разнообразие потомков.

[egovoru.livejournal.com]

Как я уже написала выше, ранги таксонам, в том числе высшим, присваиваются не на основании того, сколько видов они включают, а исключительно того, насколько их представители отличаются от других организмов. Проще говоря, "локальный тупик" - это тоже домен :)