О холиварах, универсальных геномах и смене функций генов

[macroevolution]

В связи с увлекательным холиваром, развернувшимся во многих жэжэшечках вокруг истории с asena , pinchas и статьей Михаила Шермана
(ссылки на холивар не буду давать, всё легко ищется),
будет полезно дать ссылки на ряд недавних исследований, имеющих отношение к теме (конкретно - к гипотезе Шермана об "универсальном геноме"). Суть в том, что гены, в т.ч. регуляторы морфогенеза, довольно легко меняют свои функции в ходе эволюции - несколько лет назад это еще казалось очень удивительным и порождало экстравагантные интерпретации вроде шермановской, но сейчас уже как-то все привыкли и поняли, что это нормально и ожидаемо. Сам М. Шерман отметил это в письме (оно цитируется где-то в бесконечных тредах, составляющих упомянутый холивар) и заметил также, что, если бы он писал свою статью сегодня, то не стал бы настаивать на такой аргументации.
Эволюция создает новшества из подручного материала, поэтому вполне ожидаемо, что гены, гомологичные тем, что регулируют развитие сложных органов у сложных животных, обнаруживаются в геномах простых животных, даже не имеющих этих органов. У них эти гены, конечно, выполняют какие-то другие функции.
Ну и вот, собственно, ссылки.
1. У губок обнаружена генная сеть, которая могла бы управлять развитием глаз
2. У одноклеточных организмов есть ген, способный управлять развитием хорды
3. Hox-гены оказались более эволюционно изменчивы, чем предполагалось раньше
И, что особенно интересно, сходные признаки (даже такие сложные, как эхолокация), оказывается, вполне могут независимо формироваться у далеких родственников за счет сходных мутаций в гомологичных генах
4. Конвергентная морфология как следствие конвергенции генов  (это к вопросу о возможности параллельного формирования, например, сложных глаз у далеких друг от друга групп животных на сходной генетической основе).

И последнее: любители научных блогов, читайте журнал caenogenesis (автора трех из четырех процитированных выше заметок).

Comments

[bag-o-thoughts.livejournal.com]

Я честно признаюсь что недостаточно подкован в эволюции. Но стало мне любопытно. А есть какой-то механизм который стимулирует подобную изменчивость генов, или изменения решительно случайныю. В теории, можно ли внешним воздействием направленно подстегнуть изменение функции гена в необходимую сторону? Простите, если вопрос глупый.

[macroevolution.livejournal.com]

Случайны. Нельзя внешним воздействием подстегнуть изменение гена в необходимую сторону.
За редкими специфическими исключениями, не имеющими отношения к теме.

[bag-o-thoughts.livejournal.com]

Большое спасибо за ответ.

[shvarz.livejournal.com]

А какие исключения? И почему они не имеют отношения к теме?

[macroevolution.livejournal.com]

Я имел в виду CRISPR: заражение вирусом может привести к вполне определенным, направленным и адаптивным изменениям генома хозяйской бактерии.
Или, пусть менее прямолинейно: адаптивный иммунитет у позвоночных. Попадание в организм определенного антигена приводит (через ряд промежуточных этапов) к адаптивному изменению геномов некоторых лимофцитов.

[shvarz.livejournal.com]

Ага, я так примерно и думал. Есть еще вот такая штука: http://elementy.ru/news/430246

Мне кажется они вполне даже относятся к теме.

[macroevolution.livejournal.com]

Вы думаете, что-то подобное могло происходить в ходе ранней дивергенции Metazoa?

[shvarz.livejournal.com]

А, я пропустил, что вопрос был про "подобную изменчивость генов". Тогда да, к теме не относятся.

[meshulash.livejournal.com]

Если ли какие-то сведения о распределении вероятностей этих случайных событий?

[macroevolution.livejournal.com]

Да, конечно. Куча биоинформатиков и молекулярных генетиков так или иначе работают с этими вероятностями.

[meshulash.livejournal.com]

Спасибо.

[bbzhukov.livejournal.com]

можно ли внешним воздействием направленно подстегнуть изменение функции гена в необходимую сторону?
Ага, можно. Это внешнее воздействие называется "естественный отбор".

Ну или искусственный, им можно быстрее.

[bag-o-thoughts.livejournal.com]

Ну он отбирает не то чтобы в нужную сторону, а просто наиболее эффективные изенения.

[bbzhukov.livejournal.com]

В нужную, в нужную. Только естественный - в сторону, нужную самому репликатору, а искусственный - в сторону, нужную тому, кто этот отбор ведет.

Выбирайте, какой хотите, и ни в чем себе не отказывайте.

[bag-o-thoughts.livejournal.com]

Я имел в виду другое, в вашем примере мы имеем изменений функции гена и последующий отбор по эффективности в свете этого изменения, мой вопрос был о возможности толчка для того чтобы собственно произошло изменений в функции гена, в направлении заданном отбрщиком. Что-то вроде ГМО, только с изменением родных генов организма.

[bbzhukov.livejournal.com]

Дык понимаете, какое дело: а КТО, собственно, будет определять, какое направление нужное?

То есть, если есть некий "отборщик", то понятно, кто: он и будет. И тут аналогия даже не с ГМО (там ничего не изменяют в самом гене, а просто берут ген с нужной функцией у того, у кого он есть, и встраивают его в геном тому, у кого его нет), а то, что делают ребятки Крейга Вентера: сочиняют всяко-разные белки, смотрят на компьютерных моделях, что бы такой белок мог делать, и если оказывается, что что-то интересное - переводят его аминокислотную последовательность в нуклеотидную, синтезируют ее в реале и всобачивают в живую клетку. Хотя, заметьте, и тут ключевая операция - "наделаем много разных и посмотрим, не найдется ли среди них чего-то осмысленного" - пусть и на виртуальных моделях. Но теоретически можно помыслить, что когда-нибудь мы настолько хорошо будем представлять себе связь между генетическим текстом и конечным результатом, что когда нам захочется вывести, например, летающего розового слонопотама, мы просто прикинем, какие гены будут ему нужны для обеспечения соответствующего онтогенеза и функций, введем текст этих генов прямо с клавиатуры в синтезатор - и получим на выходе нужный блок генов. Или даже целостный геном, упакованный в красивые стандартные хромосомки.

А вот в природе такого не бывает. Эволюция принципиально бессубъектна, и розовые слонопотамы в ней появляются не потому, что их кто-то придумал (и не потому, что какому-то древнему зверю, совсем непохожему на слонопотама, захотелось стать слонопотамом), а в силу слепого, безличного, равнодушного к результату статистического процесса, вроде какой-нибудь фильтрации или выщелачивания. Гены никто не меняет в нужную сторону, потому что некому решить, какая сторона нужная.

И даже тогда, когда гены нужно срочно менять в определенном направлении - чтобы считываемый с них белок был точным стереохимическим слепком с некоторой чужой макромолекулы - эволюция не нашла другого решения, как только ускоренный случайный перебор вариантов с отбором наилучших на каждом этапе. Минимум два раза независимо решала эту задачу, на основе совершенно разных белков - и ничего другого не придумала. Что как бы наводит на мысль, что другого решения просто нет.

[bag-o-thoughts.livejournal.com]

В силу фрагментарности знаний, корявенько формулирую вопросы, я понимаю что есть ГМО, просто не очень удачно сравнение привел, про естественную эволюцию тоже более менее понятно. Но через дебри моего словоблудия вы продрались и таки ответили. Пойду интересоваться работами Вентера, собственно я и спрашивал о существовании и возможностях развития этого метода. Большое спасибо.

[bbzhukov.livejournal.com]

На здоровье. Надо же - оказывается, я ухитрился дать полезный ответ, совершенно не поняв вопроса! :-)

[alisarin.livejournal.com]

== Эволюция принципиально бессубъектна

Эта точка зрения, на мой взгляд, заблуждение биологии, хотя никакие основы эволюционизма ее опровержение никак не подрывает. Просто биологам следует составить себе пусть не строго научное, но в некотором отношении ориентировочное понимание, что крылатый конь Пегас невозможен, а саранча практически с тем же функционалом - сколько угодно.

Вообще спасибо Вам за публикацию в вашем журнале - я понял, о чем речь!

[bbzhukov.livejournal.com]

Я, честно говоря, не очень понял, какое отношение имеет возможность/невозможность Пегаса к субъектности/бессубъектности эволюции. "Ориентировочное представление" в биологии есть, но чтобы говорить о нем, нужно уточнить: а какие именно характеристики Пегаса невозможны? Летающее существо размером с лошадь? Летающее позвоночное, у которого помимо крыльев есть еще две пары ног? Или что?

Ну и, конечно, прежде, чем обсуждать, какие последствия повлечет отказ от идеи бессубъектности эволюции, я хотел бы сначала знать: а каковы основания для такого отказа? Воля Ваша - я не вижу ровно никаких. Зато регулярно вижу, сколько путаницы и ерунды возникает всякий раз, когда эволюцию - хотя бы даже условно и метафорически - начинают мыслить как субъектный процесс.

Вообще спасибо Вам за публикацию в вашем журнале
Вы имеете в виду статью Вики Скобеевой? На здоровье, но прежде всего благодарить надо ее.

[alisarin.livejournal.com]

В моем понимании "субъектный процесс" - это тенденция, реализующая определенный потенциал возможностей, вытекающих из некоторых оснований. Наподобие - "введение дробей обеспечивает для натуральных чисел возможность неограниченной делимости". В подобном же смысле существование вещественной природы и химических соединений и предопределяет возможность существования живых организмов.

И в развитие этой мысли следует сказать, что любые виды природы подчиняются универсальным законам сопромата, термодинамики, аэродинамики и химической кинетики. И именно в подобном отношении Пегас и будет невозможен как недопустимое состояние для совместного действия законов сопромата и аэродинамики - для подъема в воздух такой массы нужны соответствующего размера крылья, а они невозможны без легких и прочных балок - костей, - и потому подобная структура просто не реализуема. Такие кости не построить ни из одного известного наиболее прочного материала, даже графена. То есть живой природе доступен некий выбор вариантов, но он явно ограничен теми пределами, что и следуют из основных физических законов. То есть на первый взгляд видовое разнообразие хотя и выглядит обширным, но если провести типологические параллели - не такое уж оно и большое. И, поэтому, выбор невелик - либо летучая мышь / птица, либо - индюк / страус / лошадь.

И точно так же с гомологичными генами - вся эта молекулярная биология "завязана" на катализ, а там, скорее всего, тоже возможны свои объективные ограничения.

Такие мысли относительно существующих в биологии теорий :)

[bbzhukov.livejournal.com]

Ну я-то под "субъектностью" имел в виду совсем иное. Субъектный процесс - это процесс, которым управляет (или, по крайней мере, на который может влиять) некое целеполагающее начало. Именно в этом смысле эволюция принципиально бессубъектна.

Применение этого термина к проблеме ограниченности эвлюционных возможностей мне кажется странным и... гм... не содействующим удобству понимания (при чем тут понятие "субъект"?). Но это - терминологическая претензия. Важнее то, что никакого заблуждения биологии тут точно нет, поскольку в теоретической биологии эта проблема обсуждается со времен если не Дарвина, то уж как минимум Долло, т. е. лет 120. И в теории эту ограниченность (и не только объективными параметрами мироздания и физико-химическими свойствами используемого субстрата, но и наличной организацией данного существа, т. е. его предшествующей эволюцией) признают практически все, включая самых крайних редукционистов вроде Докинза.

Но одно дело - признавать, другое - уметь с этим работать, добывать из этого какие-то содержательные и нетривиальные утверждения. Да, с размерами мы можем опираться аж на построения товарища Галилея - и поэтому из размеров удалось выжать довольно много: тут и предельный размер летающего существа (как в целом, так и для каждого типа летательного аппарата отдельно), и внешний/внутренний скелет, и легкие/трахеи, и всякие игры с теплообменом... А вот к примеру: светочувствительные органы в эволюции возникали независимо десятки (если не сотни) раз, но принципиальных конструкций настоящего глаза, способного давать четкое изображение, известно всего две. Больше никакие невозможны? Или в принципе возможны, но к ним нет эволюционно приемлемых путей? И как это проверить?
Или еще: в разных линиях позвоночных зрение и обоняние почему-то меняются в противофазе: развитие зрения означает редукцию обоняния и наоборот. Почему? Из каких законов это следует?

Ну вот, примерно так.

[bbzhukov.livejournal.com]

Пардон, не Вентера, а другого кудесника - Майкла Хечта. Хотел поправить, но доступ к редактированию собственных комментов оказался запрещен.

[bag-o-thoughts.livejournal.com]

Спасибо, хотя Вентер тоже любопытной личностью оказался.

[bbzhukov.livejournal.com]

Да, потому-то он мне первым делом на язык и пришел. Будем считать, что все к лучшему.

А работа Хетча - вот: http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0015364.