Шабанов об "эпигенетической теории эволюции"

[macroevolution]

Дмитрий Шабанов написал статью про ЭТЭ с наглядными схемами и объяснениями. Там много ссылок, позволяющих ознакомиться с предметом. Добавлю к ним еще вот эту, пожалуй.
Я ему написал ответ, он собрался его выложить на своем сайте, ну и я решил тоже у себя выложить, пусть будет.

Дмитрий, спасибо за ссылку. Прочел. Очень интересно и полезно.

Мне кажется, вы все-таки слишком примитивизируете "противника", т.е. современные б-м общепринятые взгляды на эволюцию, которые вы называете "СТЭ".

Рассмотрим ваши прогнозы:
Сформулирую прогнозы.
СТЭ и Evo-Devo. Если гены являются причиной признаков, одновременно (в эволюционных масштабах) с появлением соответствующих генов должны проявляться и их эффекты.
ЭТЭ. Если гены лишь перестраиваются, чтобы быть переключателями изменений онтогенеза, происходящих в ответ на изменения среды, важные эволюционные нововведения сплошь и рядом должны опираться на давно существовавшие гены.

Мне кажется, неправильно говорить, что из СТЭ следует такой прогноз. Так многим раньше казалось, это правда, но сейчас установлено, что многие гены - ключевые регуляторы развития животных крайне консервативны (по своим кодирующим последовательностям) и удивительно легко приобретают новые функции в онтогенезе (путем изменения системы межгенных взаимодействий). Вопрос - почему это так? Потому что верна ЭТЭ и все новшества в эволюции возникают "по Шишкину"? Или есть другое объяснение? Конечно, есть. И оно вполне в духе общепринятых взглядов.

Новые функции у этих генов появляются очень легко, потому что они - "профессиональные переключатели", и им все равно, что переключать. Чтобы какой-то дополнительный ген попал под их управление, достаточно, чтобы у этого гена появился новый сайт связывания ТФ, а это высоковероятная вещь. Часто новые энхансеры возникают из-за вставок МГЭ. Прекрасный недавний пример: http://elementy.ru/news?newsid=432135
Ген sox2 никогда раньше не занимался регуляцией экспрессии пролин-дегидрогеназы в мозге. Но встроился вирус перед геном PRODH - и появилась такая связь. Теперь у гена sox2, вовсе не страдавшего от недостатка важных функций, появилась еще одна, новая: он теперь отвечает за повышенную продукцию пролин-дегидрогеназы в мозге человека, что с большой вероятностью как-то влияет на работу мозга и было полезно нашим предкам.

Отсюда - многофункциональность генов - регуляторов развития, а из многофункциональности следует консерватизм белок-кодирующей части: если такой белок изменить, слишком много разных последствий одновременно будет, поэтому такая мутация практически наверняка окажется вредной.

Предполагать "шишкинский" механизм в развитии этого новшества не вижу оснований. Разумеется, возможно, что итоговое полезное свойство - допустим, чисто для примера, что это была улучшенная эпизодическая память - имело до этого события какую-то изменчивость в популяции гоминид. Особи с новой мутацией (под мутацией в данном случае понимается встроенный вирус) с большей вероятностью оказывались обладателями хорошей памяти (хотя и до мутации у некоторых особей была хорошая память). Может быть даже, что мутация поначалу имела невысокую пенетрантность - не у всех людей с этой мутацией память оказывалась лучше, чем была бы без мутации. А потом шел отбор на "стабилизацию" данного фенотипического проявления этой мутации, т.е. хорошей памяти - подбирались гены-модификаторы, которые усиливали изначально неустойчивый фенотипический эффект встройки вируса. Но все это - нормальные процессы, описываемые в рамках общепринятых представлений, без необходимости "выкидывать СТЭ на помойку" и водружать на опустевший пъедестал ЭТЭ. ЭТЭ - не альтернатива, а занятное дополнительное соображение, "а вот еще и так бывает, вот еще и это надо учитывать".

Еще один пример - появление узора на крыльях D. guttifera в результате появления у гена yellow энхансера, активирующего ген в ответ на присутствие морфогена wingless: http://elementy.ru/news/431299 Не было у wingless такой функции раньше. Но появился новый (или изменился старый) энхансер - и yellow стал экспрессироваться там, где экспрессируется wingless. В результате - автоматически появились пятна на жилках. Опять-таки, можно предположить, что поначалу признак был неустойчив - у одних особей пятнышки были яркие, у других слабые или вовсе незаметные. Но пятнышки понравились самкам (или помогали лучше отличать родню), и отбор затем закреплял мутации генов-модификаторов, усиливавших пенетрантность мутации (которая состояла в изменении энхансера).

А по ЭТЭ как появился этот узор? Произошел катаклизм, развитие дестабилизировалось, и у некоторых мух с дестабилизированным развитием вдруг обнаружились пятнышки на жилках крыльев, а затем отбор стал эти пятнышки постепенно стабилизировать? Мне такой сценарий представляется менее вероятным.

Сколько вы ни мучайте дрозофилу без пятнышек, каким стрессам ни подвергайте, не станут у нее крылья от этого пятнистыми. А вставьте ей энхансер vs перед геном yellow - и вуаля, вот вам муха с пятнистыми крыльями.

Comments

[petrkiskin.livejournal.com]

В иммунной системе ничего похожего на ЭТЭ нет. И - это не герминативные клетки.

[petrkiskin.livejournal.com]

Это извините как ? Есть изменение фенотипа, которое надо перевести в изменение генотипа - для закрепления новой нормы. Так вот как (по шагам) это будет делаться ? Как будет редактироваться геном ? Учтите - направленно редактироваться.

[petrkiskin.livejournal.com]

Да, но тогда ЭТЭ места нет. Отбор предсуществующих вариантов генома - но не направленное редактирование с заданной целью.

[bbzhukov.livejournal.com]

Так Дарвин и не испытал на себе никакого влияния СТЭ, поскольку она приобрела хоть сколько-то оформленный вид лет через 60 после его смерти :-). И проблемой соотношения гена и признака он не заморачивался, поскольку ничего не знал о генах.

А вообще у старика Чарльза можно найти много интересного. Вплоть до идеи экосистемного контроля эволюции.

[progenes.livejournal.com]

В том-то и дело, что я пытаюсь переключить мышление. Я привожу примеры и прошу мне объяснить на этих примерах, где тут нюансы ЭТЭ. Пока ничего вразумительного не получила.

" дестабилизация развития", которая давно известна эмбриологам в чем она заключается?

"Они давно показали экспериментально, что все 'генетические' отклонения могут быть достигнуты путем 'негенетического' воздействия на развивающийся организм."

В таком случае еще один пример: негенетическое воздействие алкоголя на онтогенез плода в утробе вполне себе приводит к негенетическому фетальному алкогольному синдрому. Сейчас вроде показали, что чистая эпигенетика. Но если экспозицию алкоголем на поколения продолжать, то в конце концов в каком-то поколении это все зафиксируется в виде комплексного признака синдрома Дауна. Так говорит ЭТЭ.

СТЭ постулирует, что синдром Дауна может случиться уже в следующем поколении алкоголиков. Я немного утрирую, но надеюсь, что уловила суть.


"ЭТЭ предлагает, по сути, совсем иную систему взглядов на роль генов в онтогенезе."

Допустим. Какую?

[den tulinov (from livejournal.com)]

А я в самом первом комменте вам ответил, как.

[den tulinov (from livejournal.com)]

На Ленски тут не стоит ориентироваться. Лабораторные опыты в пробирке полезны, но нацелены на другое. В природных условиях гены распространяются преимущественно горизонтально и нейтрально, об этом лучше разговаривать с Куниным. Дарвиновскому отбору в эволюции прокариот от отводит более чем скромную роль.

[Дмитрий Шабанов (from livejournal.com)]

Ой, сколько, оказывается, уже написано про меня и от моего имени...
Александр тут же выбил почву у меня из под ног, написав, что сторонники ЭТЭ начинают с того, что их неправильно поняли. Что мне теперь делать? Не использовать этот аргумент, соглашаясь со всем, что приписали ЭТЭ и мне? Нет, придется соответствовать...
На критику Александра отвечу позже (и основательнее). Пока - по мелочам.

progenes: Что такое "дестабилизация развития?
Зигота с определенным генотипом характеризуется определенным распределением вероятностей возможным итогов развития. Если условия развития отвечают тем, в которых эволюционировала популяция, а генотип не относится к числу редкостно аномальных, самый вероятный итог развития соответствует популяционной норме, дикому типу. Если условия меняются, возрастает вероятность иных исходов развития. Если на протяжении ряда поколений отбирать не популяционную норму, а иные фенотипы, вероятность развития, которое закончится прежней нормой, снизится.

progenes: То есть ЭТЭ постулирует, что при изменении условий окружающей среды количество мутантов должно всегда возрастать?
Конечно, нет. Если я правильно понимаю слово "мутанты", это те особи, которые несут результат спонтанного изменения генотипа. Не вижу никакой связи. Вырастет фенотипическое разнообразие. Связано ли это будет с каким-то возрастанием генотипической изменчивости - спорный вопрос.

progenes: "Генотип, который в нормальных условиях дал бы только один - нормальный - фенотип, в ненормальных условиях может случайным образом дать любой из нескольких возможных ненормальных фенотипов." А чем это отличается от нормы реакции?
macroevolution: Наверное, выходом за пределы нормальной нормы реакции... Лучше пусть на это ответит кто-то из сторонников ЭТЭ!
Отвечаю. Тут многое зависит от того, как определяется понятие "нормы реакции". Вот, приводили пример с талидомидом, который приводит к фокомелии. Входит ли фокомелия в "норму реакции" типичной зиготы человека? "мутанта", с дефектом гена, влияющего на рост конечностей? типичной зиготы, мать которой принимала талидомид?
Во всех этих случаях есть некая вероятность развития морфоза (измененного фенотипа), но она разная. Меняется не набор доступных состояний, а вероятность их достижения.

Онтогенез - это самоорганизация, сопряженная с возникновением новой информации. На нее влияют наследственные задатки (гены, их эпигенетическая разметка, свойства цитоплазмы и, возможно, кое-что еще), средовые воздействия и случайность, а также чрезвычайно сложное взаимодействие факторов из этих всех групп. Результатом онтогенеза является фенотип, который оценивается отбором, как целое. Вера, что отбор как-то по особому выделяет вклад в фенотип генотипа, ничем не подтверждается...

[Дмитрий Шабанов (from livejournal.com)]

arusinov: я мягко говоря, удивился: это выглядит так, что ЭГЭ "отменяет" барьер Вейсмана, и не в каких-то редких исключениях (например, предполагаемое наследование иммунных белков)
abs8192: Как-то от этой ЭТЭ опять запахло Ламаркизмом и наследованием приобретённых признаков. Теперь в формулировке "изменение фенотипа влечёт изменение генотипа".

Уважаемые коллеги, вы вполне можете спорить с той химерой, которую придумали себе сами. Кстати, вполне дарвиновская идея наследования приобретенных признаков не вызывает у меня суеверного ужаса. Но ЭТЭ не постуирует наследования приобретенных признаков.

Почитайте, пожалуйста, о том, что Уоддингтон называл "генетической ассимиляцией". Новые признаки создает отбор.
Пояснить?

Вейсман режет мышам хвосты. От получившихся короткохвостых мышей получает потомство. Режет хвосты. Получает потомство. Ничего не меняется.
Уоддингтон воздействует на мух температурой. У части это приводит к четырехкрылости. Он берет четырехкрылых (а нормальных - выбрасывает), получает потомство. Воздействует температурой. Отбирает четерехкрылых. Размножает... Через определенное время в потомстве четырехкрылые начинаю появляться и без особых воздействий.

В первом случае отбора не было. Во втором - был. Отбирались особи, у которых в силу невычленяемых причин вероятность развития четырехкрылости была повышена. Отбор привел к снижению онтогенетических барьеров, препятствовавших такому развитию. Они снизились настолько, что с достаточной вероятностью стали появляться и без воздействий. Дальнейших отбор может сделать их нормой.

[zlata-gl.livejournal.com]

Потому и не люблю слово "дарвинизм".
Особенно - в применении к конкретному этапу развития теории эволюции.
Кстати, по-моему Докинз употребляет это слово в применении к более современному этапу.

[bbzhukov.livejournal.com]

А что Вас, собственно, тут смущает? Это же даже не ЭТЭ, это чистая классика: "генетическая ассимиляция", эффект Болдуина и прочий Шмальгаузен. Собственно, а как еще было с дарвинистских позиций объяснять все эти любимые неоламаркистами параллелизмы между адаптивными изменениями онтогенеза и последующим генетическим сдвигом в ту же сторону? Только так: сначала (у первых после изменения среды поколений) организм выжимает все, что может, из наличного генотипа, пытаясь максимально приспособиться в рамках его нормы реакции, а затем естественный отбор (других редакторов у генома нет) меняет уже и сам генотип в сторону большего соответствия изменившимся условиям. И в пределе - делает новую норму более жесткой, менее зависящей от условий развития. Со стороны, естественно, это выглядит как плавный переход обратимых морфо-физиологических сдвигов в наследуемые, за что и получило от Уоддингтона столь опрометчивое название.

(Это как раз, на мой взгляд, ситуация тривиальная. Вот когда изменившаяся среда допускает две разнонаправленные стратегии адаптации, и "быстрая" фенотипическая адаптация идет по одному пути, а отбор поддерживает другой - тогда все гораздо интереснее. Тогда видно, что это никакая не "ассимиляция", а два совершенно разных механизма с совершенно разным временем срабатывания.)

А ЭТЭ начинается дальше. С предположения, что вообще изменившиеся и ставшие неадекватными (для прежней организации) условия дестабилизируют онтогенез, не затрагивая при этом генотипа. И на базе прежнего генотипа расцветают разного рода морфозы - вовсе не обязательно адаптивные, но какие-то из них могут оказаться и адаптивными. Дальше все понятно: если исходный генотип допускает в принципе (пусть при каких-то экстремальных условиях, с какими-то высокими издержками для организма и т. д.) развитие по такому пути, то дальше уже отбор давит на этот генотип так, чтобы сделать именно этот путь основным, включаемым "по умолчанию". Вот тут уже идут в ход мутантные версии факторов транскрипции и прочих генетических регуляторов.

Я опять же никоим образом не утверждаю, что это святая истина или хотя бы действительно серьезная альтернатива СТЭ - это мы еще посмотрим. Но ни к какому ламаркизму это уж во всяком случае отношения не имеет.

[combinator30.livejournal.com]

Дык, я и не спорю, просто говорю, что направленное редактирование собственного генома организмом в принципе теоретически возможно. А уж как это связано (и связано ли вообще) с ЭТЭ - отдельный вопрос.

[den tulinov (from livejournal.com)]

Тут Дмитрий Шабанов сам начал отвечать, и мне, видимо, нет смысла писать развернуто. Если кратко, гены не информационная основа, а система переключателей. Грубо, отногенез - это, допустим, поток. Тогда гены - шлюзы. Ген встраивается в регулирование нового варианта развития много после того, как он стал нормой. Мы смотрим на ген, и говорим - это ген признака. Без него признак не возникает. А для ЭТЭ это лишь переключатель, возникший позже признака, и на месте этого гена мог бы оказаться другой с той же функцией.

[petrkiskin.livejournal.com]

The Baldwin effect accelerates the evolution of adaptive traits in species capable of learning, increasing the chances of survival of individuals that are able to use a new source or are able to avoid a harmful factor using a learned behavioral pattern, thus creating scope for an evolutionary response to the particular factor by producing a number of various (genetically fixed) adaptations.

Ткните пальцем, где здесь молекулярный механизм ? Я спрашиваю о том, как будет направленно редактироваться геном. Об этом же мог бы спросить Болдуина - если бы имел машинку времени.

[zlata-gl.livejournal.com]

В первом случае отбора не было. Во втором - был. Отбирались особи, у которых в силу невычленяемых причин вероятность развития четырехкрылости была повышена.
Ну и при чем здесь НЕНАСЛЕДУЕМАЯ четырехкрылость ?

Отбор привел к снижению онтогенетических барьеров, препятствовавших такому развитию.

При отборе - делали расшифровку генома каждого 4-крылого индивида ?
Если нет, то все очень просто.
Выбирая 4-крылых, Вы выбираете КАК генетических мутантов (которые будут давать 4-крылое потомство уже без повышенной температуры), так и "просто калек".
Высокая температура вызывает как "просто 4-крылость", так и РАЗНЫЕ мутации, в том числе - в сторону 4-крылости.
Если 4-крылость поддерживается отбором (в данном случае - искусственным) - она закрепляется в генах.
Те 4-крылые, которые "просто калеки" - не закрепляются.

Не понимаю, где здесь противоречие СТЭ ?
Вот если БЫ Вы на этапе отбора каждый раз делили 4-крылых на "генетических мутантов" и "всех остальных" и потом искали и нашли повышение вероятности генетической мутации у остальных - тогда это влияние среды.
И то не обязательно. Может быть - смещение "нормы реакции".

Для этого надо знать, от каких генов зависит наследственная 4-крылость. Или "норма реакции", когда 4-крылость возникает при некоторых условиях.

Например, кошки в холодном климате более пушисты, чем в жарком.
Не знаю точно - это результат отбора - или реакции на температуру.
На жаре все уличные кошки - гладкошерстные, а пушистые - только вышедшие из дома погулять.

[petrkiskin.livejournal.com]

Не из наличного генотипа - а из наличного генофонда вида\популяции. И отбор меняет не генотип - а генофонд. Это к первой части.

[yurvor.livejournal.com]

С одной стороны, когда Дарвин предложил свою теорию, он тоже имел весьма смутное представление о конкретных механизмах наследственности.

С другой стороны, мне непонятно, что Вам непонятно. Если не рассматривать обратную транскрипцию, то изменение генотипа происходит случайным образом, но отбирается не сам признак, а метод воспроизводства признака. В этой фразе все слова понятны? :))

[Дмитрий Шабанов (from livejournal.com)]

Это он. Хотя эти 4 статьи характеризуют не основное направление, а то, что попало в базы. Увы, мало печатаюсь на английском.

Мой сайт http://batrachos.com

Считаю себя популяционным экологом. Последние 10 лет основная проблема, которая меня занимает - гемиклональная гибридизация зеленых лягушек, устойчивость и трансформации их популяционных систем. Введение в проблему - тут: http://batrachos.com/Лягушки

Думаю, что понимание комплекса проблем, связанных с гемиклональностью, завязывает его в один узел с проблемами эволюции полового размножения (в которой, как я понимаю, Вы всерьез отметились). Один пример.
Вот этот http://macroevolution.livejournal.com/139238.html пост хозяина этого журнала является изложением вот этой идеи, в которой я сомневался, и потому опубликовал ее в непроходном месте:
http://batrachos.com/Гермафродиты_и_Нэш

[petrkiskin.livejournal.com]

Но оно не совсем направленное. Направленное в плане того, что редактирование затрагивает строго определенные сегменты генома. И не направленное - так как продукты редактирования отбираются и варианты с не правильным редактированием вымирают. Проводя V(D)J рекомбинацию организм не выбирает, какой из сегментов с каким соединить для получения варианта для определенного антигена - он просто формирует очень большой репертуар возможностей для отбора.

[Дмитрий Шабанов (from livejournal.com)]

Надеюсь, что ЭТЭ сможет предложить исследовательскую программу, и постараюсь принять в ее разработке участие

[den tulinov (from livejournal.com)]

Это поразительно, но вы задаете один и тот же вопрос, на который я вынужден давать один и тот же ответ. Не нужен тут механизм направленного редактирования. Просто изучите, как работает эффект Болдуина.

[bbzhukov.livejournal.com]

Дык и я, как и хозяин журнала, наверное, не лучший пропагандист ЭТЭ, да и излагать ее в формате коммента не слишком адекватно. Давайте, если правда желаете разобраться, я Вам кину ссылочку на статью Расницына, где он это более обстоятельно излагает.

А что до дестабилизации развития... Вроде я уже отвечал, что "дестабилизация развития" отличается от "нормы реакции" уже хотя бы тем, что любые, самые экзотические варианты развития (если они заканчиваются формированием жизнеспособного организма) лежат в пределах нормы реакции. Ну как в Чернобыле сильно загрязненные участки поросли карликовыми сосенками с укороченными побегами: думали - мутанты, оказалось - морфозы. И тоже ведь в пределах нормы реакции - хотя до того там таких сосен не видели.

[bbzhukov.livejournal.com]

Ну, Докинз-то за рамки СТЭ уж точно не выходит. А любить или не любить слово - дело вкуса. Не нравится "дарвинизм" - говорите "селекционизм" :-).

[Дмитрий Шабанов (from livejournal.com)]

progenes: будто бы СТЭ постулирует, что условия окружающей среды не влияют на генотип и фенотип потомства. Да шарахнуть из внешних условий мутагеном, получим огого какое разнообразие. Или, если не хотите генотип трогать, то взять клоны из теплицы и высеять их в природу. Тоже получим вполне себе огого разнообразие. Это все прекрасно вписывается в классическую норму реакции СТЭ. Где тут ноухау ЭТЭ - непонятно.
petrkiskin: Я уже ответил, что это тогда вообще смертный грех ЭТЭ - как тогда быть с организмами без онтогенеза ? Каков механизм предлагает ЭТЭ для бактерий ? Или вирусы с бактериями - по СТЭ, а потом переходим на ЭТЭ ? Почему ?

По этому вопросу мое мнение отличается от мнения Шишкина. Я исхожу из того, что если мы исследуем рост культуры бактерий, где один клон неустойчив к антибиотику, но на свободной от него среде растет быстрее, а другой - устойчив, но проигрывает в скорости роста, и динамику этих клонов исчерпывающе объясняет и прогнозирует СТЭ, то вполне можно обойтись этим аппаратом. Уравнение Харди-Вайнберга, экспоненциальная модель популяционного роста и коэффициент отбора, зависящий от содержания в среде антибиотика...
И когда Александр пишет об отсутствии "необходимости "выкидывать СТЭ на помойку" и водружать на опустевший пьедестал ЭТЭ", он излагает не мою точку зрения.

Но я знаю генетику достаточно, чтобы понимать, что чем сложнее организм, тем сложнее причинно-следственная цепочка, идущая от гена к признаку. А отбираются не признаки, а фенотипы целиком... Эффективность того отбора, который описывает СТЭ, у сложных и высокоинтегрированных организмов должна катастрофически снижаться. А мы видим обратный процесс (подробнее - тут: http://batrachos.com/Парадокс_ускорения_эволюции ). И поэтому ЭТЭ - не "занятное дополнительное соображение", а, насколько мне известно, единственная концепция, дающая надежду понять, как отбор изменяет сложные онтогенезы.

[petrkiskin.livejournal.com]

Ну тогда остаемся при своих. Вы считаете, что молекулярный механизм не нужен. Я считаю, что в любом случае под любым построением (Дарвин, Болдуин, Шмальгаузен, Уоддингтон) должен быть молекулярный механизм.