Наш нескончаемый прогресс, и потому недостижимый

[egovoru]

Даже школьный учебник – по крайней мере тот, по которому я училась – различает прогресс биологический и морфо-физиологический, как это предложил А.Н. Северцов. А вот Майкл Рьюз в своей книжке этим различием пренебрегает, но из контекста ясно, что в основном он имеет в виду последний вид прогресса. Напомню, биологический прогресс – это увеличение числа особей данного вида от поколения к поколению, то есть, легко поддающийся измерению процесс. Морфо-физиологический же прогресс – понятие куда более расплывчатое. Очевидно, что живые организмы сильно различаются по своему строению и функциональным проявлениям, но единой шкалы для сравнения всех их друг с другом по этому параметру пока никто не придумал.

Понятно, что в такой мутной воде ловить рыбу трудно. Рьюз подчеркивает, что почти столетие после Дарвина эволюционная биология оставалась, как он это называет, «популярной наукой». Удивляться не приходится: невозможно исследовать эволюцию, не зная механизма наследственности, а его выяснили только к середине 20-го века. (Кстати, автор почему-то приписывает заслугу превращения эволюционной биологии в «профессиональную науку» математикам – популяционным генетикам. Но прежде, чем что-то считать, надо ведь было найти то, что нужно считать?).

Теория Дарвина сама по себе предсказывает вовсе не морфо-физиологический прогресс, а увеличение приспособленности организмов к данной среде обитания. Хорошо известно, что тот же самый механизм отбора наследственных вариантов может приводить и к морфо-физиологическому регрессу – упрощению структуры и функции, как это наблюдается при переходе к паразитизму или сидячему образу жизни. И уж совсем никакого отношения к прогрессу не имеет дрейф генов – безотборный механизм изменения частот аллелей (вариантов одного и того же гена) от поколения к поколению, действующий в маленьких популяциях.

Описывая представления выдающихся эволюционистов прошлого, Рьюз раз за разом приходит к выводу, что они подспудно руководствовались идеей морфо-физиологического прогресса, не имея для этого никаких эмпирических оснований. Более того, все свое повествование он ведет так, как будто никакого морфо-физиологического прогресса на самом деле нет – что это просто фантом, порожденный социальными убеждениями эволюционных биологов. Но ведь в истории земной биосферы можно выделить по крайней мере три принципиальных этапа такого прогресса: появление прокариотической (безъядерной) клетки, что можно считать возникновением собственно жизни; появление эукариотической (обладающей ядром) клетки; и появление настоящей многоклеточности. Ни один биолог не станет спорить с таким выделением.

Соответственно, возникает вопрос, почему механизмы эволюции, вовсе не предопределяющие какой-то морфо-физиологический прогресс, тем не менее, к нему приводят? Рьюз эту проблему затрагивает только мельком, но кого она интересует, милости прошу к нашему шалашу :)

Ископаемые остатки, интерпретируемые как первые эукариотические клетки, фото из статьи Philip C.J. Donoghue (2020).
На мой взгляд, три последние картинки (панели G-I) сильно смахивают на цианобактерий, а не на эукариот, но мне неохота разбираться, почему их сочли эукариотами – в принципе, диатомеи тоже такими бывают,
и размеры говорят в их пользу

Comments

[egovoru.livejournal.com]

Так ведь все ныне живущие организмы - в том числе и мы с Вами - и есть такие промежуточные комбинации мутаций! Что же тут еще доказывать?

[serge no (from livejournal.com)]

Нет, мы не такие. У нас вообще никаких сложных свойств в процессе развития не наблюдается. Интересно бы было, например, посмотреть на появление органов для радиосвязи. Как в результате мутаций появляются гены, ответственные за развитие антенны, колебательного контура, как они оказываются адаптивными на долгом пути, ведущему в итоге к очень полезным навыкам в среде, насыщенной радиоволновым излучением.

[egovoru.livejournal.com]

Погодите, я, похоже, запуталась. Мы говорим об индивидуальном развитии организма или об эволюции, то есть, об изменении организмов от поколения к поколению? Что же касается радиосвязи, то нам ведь нет никакого смысла развивать соответствующие органы, когда у нас уже есть для этого машины? А если мы вдруг решим, что нам такие органы все же нужны, мы наверняка пойдем генно-инженерным путем. Правда, я не уверена, что биоматерия вообще годится для уловления радиоволн - все же они очень слабенькие.

[serge no (from livejournal.com)]

"Мы говорим об индивидуальном развитии организма или об эволюции"

Об эволюции, конечно. Контекст же был: "что такого страшного в нашем происхождении за счет ненаправленных мутаций".

"Что же касается радиосвязи, то нам ведь нет никакого смысла развивать соответствующие органы, когда у нас уже есть для этого машины?"

Да мутации-то не спрашивают, есть смысл или нет, и каким путём мы собираемся идти. Они без спроса происходят. А наличие собственных органов чувств имеет преимущество перед их отсутствием, даже если есть машины, так что естественный отбор должен их приветствовать.

"Правда, я не уверена, что биоматерия вообще годится для уловления радиоволн - все же они очень слабенькие."

На то есть усилители, почему бы им не возникнуть в числе прочего? Видимый свет вон тоже бывает слабенький, так биоматерия улавливает его не хуже машин, а то и лучше.

[egovoru.livejournal.com]

"На то есть усилители, почему бы им не возникнуть в числе прочего?"

Да, но, прежде чем делать усилитель, надо ведь, чтобы было что усиливать? Как в случае света, в основе восприятия которого лежат изменения, произведенные поглощенным фотоном в молекуле определенного белка. А радиоволны ведь не взаимодействуют ни с белками, ни с какими другими биомолекулами?

[serge no (from livejournal.com)]

Почему заранее должны быть, почему непременно белки, и почему отдельные молекулы? Хлорофилла, например, а также всяких прочих веществ, которые через него работают, наверное, тоже до поры до времени не было.

[egovoru.livejournal.com]

Так ведь хлорофилл работает в растениях не сам по себе, а только в комплексе с белком! (Причем, там несколько разных х. встроены в несколько разных белков, но мы не будем вдаваться в детали). Вот как это выглядит в случае реакционного центра фотосистемы 2 у цианобактерий (картинка из Вики). Все цветные цилиндры - это альфа-спирали хлорофилл-связывающих белков.

Изменения, которые производит свет в низкомолекулярных хромофорах вроде хлорофилла, слишком малы, чтобы исполнять какую-либо биологическую функцию. Поэтому они всегда связаны с белком, который именно и выступает усилителем сигнала, преобразуя малые изменения в хромофоре в более крупномасштабные изменения в конформации белка. Последние, в свою очередь, воспринимаются другими белками, и так далее.

Но для изготовления биорадиоприемника нам в любом случае нужна какая-нибудь молекула, способная поглощать радиоволны. А есть ли в природе такие? Вот здесь (https://physics.stackexchange.com/questions/614934/can-molecules-absorb-radio-waves-efficiently-through-quantum-state-transitions) обсуждают подобный вопрос - наверное, Вы разберетесь в этом лучше, чем я.

[serge no (from livejournal.com)]

"Так ведь хлорофилл работает в растениях не сам по себе, а только в комплексе с белком!"

Восклицательный знак, видимо, должен означать что-то существенное, а я как-то не чувствую что. Присутствие белка (белков) накладывает какие-то ограничения на то, что ещё может быть в различных комплексах?

[egovoru.livejournal.com]

Восклицательный знак относится к Вашему вопросу, почему именно белки - потому что любая биологическая функция в конечном счете выполняется белками. В случае фотосинтеза существенно еще и то, что эти хлорофилл-связывающие белки еще и сидят в мембране и вместе с другими, хлорофилла уже не содержащими, переводят энергию фотона в протонный градиент на этой мембране, который потом используется еще одним белком для синтеза АТФ. Иными словами, фотосинтез - это далеко не только хлорофилл.

Возвращаясь к биорадиоприемнику, есть ли у Вас какая-нибудь идея, что именно в биоматерии могло бы поглощать радиоволны и преобразовывать их во что-то, способное исполнять биологические функции? Мне что-то ничего такого в голову не приходит. Но вот здесь (https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jp501562p) пишут, что излучение радио диапазона немного нагревает липидные бислои (основу биологических мембран), хотя это нагревание невелико. А вот обзор (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9409438/) литературы о том, как микроволны (а они ведь входят в радио диапазон, так?) влияют на мозг. В основном он посвящен их повреждающему действию, но, раз они повреждают, значит, воздействуют, и теоретически это воздействие можно использовать для конструкции приемника.

[serge no (from livejournal.com)]

Что значит "в конечном счёте", кто его подводит? Формально же всё вместе — это не белки, и если изъять небелковые компоненты, то вообще никаких функций выполняться не будет, по причине смерти пациента.

Чтобы использовать радиоволны для связи, наверное, всё-таки антенна нужна, в которой возбуждается ток, а не просто верчение дипольных молекул, как в микроволновке или мозге, подогреваемом телефоном с подрезанным производителем ограничением мощности передатчика. )) Существуют жидкие антенны на основе ионных жидкостей; почему бы в живых существах не быть чему-нибудь подобному. У птиц вроде и вовсе какие-то металлосодержащие органы бывают. А их ориентировка в магнитном поле, говорят, может сбиваться под действием радиоволн — стало быть, реагирует на них биоматерия.

[egovoru.livejournal.com]

"Формально же всё вместе — это не белки"

Пичему же нет? Если посмотреть, например, по молекулярной массе, то масса белковой части многократно превышает массу небелковой. Такие белки, способные поглощать видимый свет, так и называют "хромопротеины". Но Вы правы в том, что без связывания низкомолекулярного небелкового хромофора никакой функции не будет, потому что не будет поглощения света.

"У птиц вроде и вовсе какие-то металлосодержащие органы бывают"

Не слышала о таком. Вообще-то металлы - единичные их ионы - связываются многими белками и выполняют роль кофакторов. В тех же хлорофилл-содержащих белках это магний, в гемоглобине - железо, некоторые ферменты содержат медь, марганец, цинк и т.д.

"А их ориентировка в магнитном поле, говорят, может сбиваться под действием радиоволн"

С магнеторецепцией (или по-русски надо говорить "магнито-"?) вообще очень интересно. В качестве рецепторов там выступают те же самые белки, которые служат для рецепции света (а именно, одна из групп фоторецепторных белков - криптохромы, содержащие флавины). Так вот, насколько я понимаю, возбужденные состояния этих флавинов (получающиеся после поглощения фотона) и воспринимают магнитное поле. Подробности можно найти, например, в этом обзоре (https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0959438805000942).

[serge no (from livejournal.com)]

"Не слышала о таком."

В Википедии, например, в статье "Magnetoreception" можно посмотреть ссылки. Тоже в своём роде интересно, чего только не бывает: минеральные кристаллы прямо в нервных окончаниях.

[egovoru.livejournal.com]

Не похоже на то, чтобы это было чем-то бóльшим, чем просто ничем не подтвержденной гипотезой: "Both the exact location and ultrastructure of birds' iron-containing magnetoreceptors remain unknown; they are believed to be in the upper beak, and to be connected to the brain by the trigeminal nerve." Впрочем, я не берусь судить - надо лезть в литературу и внимательно разбираться, что там известно, а что нет. A где там написано про "кристаллы прямо в нервных окончаниях"? Кристаллы магнетита вроде находят в некоторых бактериях, но они просто пассивно ориентируют этих бактерий по полю, и все.

[serge no (from livejournal.com)]

Это уже не там прямо, а в журнальных статьях пишут, например: "...these compounds were identified using micro-synchrotron x-ray-absorption-near-edge-structure-spectroscopy as two ferrimagnetic materials: magnetite (Fe3O4) and maghemite (γ-Fe2O3). It was shown that magnetite forms micro clusters, attached to the cell membrane, while maghemite crystals have a plateletlike structure arranged in chains inside the dendrite."
Что они связаны с магниторецепцией — ничем не потверждённая гипотеза. Если не связаны, то это само по себе странно: на кой они там.

[egovoru.livejournal.com]

Вот и у меня сложилось впечатление, что это довольно малоисследованная область - правда, я никогда ею специально не интересовалась и не пыталась разобраться.