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

[z-kir.livejournal.com]

Спасибо вам за ваши ответы)

по П.2 и П.3 ваше мнение понятно.
онтогенетические траектории обладают собственным механизмом воспроизведения, несводимым к генетическому аппарату
Мне кажется, Шишкин говорит, что описывать наследование "онтогенетической траектории" в терминах генотип-фенотип вообще неправильно, поэтому и вопрос о барьере между ними снимается.

по П.1. Как отбор может создать что-то новое? Отбор только отбирает из того что уже есть, причем общее разнообразие при этом снижается. Например, у меня в библиотеке было 100 книжек по эволюции. Из них я отобрал 10, которые мне больше всего нравятся, а остальные 90 - выкинул. После этого общее число томов я опять довел до ста, размножив (прокатав на ксероксе) оставшиеся десять.

[yurvor.livejournal.com]

Совершенно верно - отбор всегда происходит по фенотипу. Фактору отбора - да, не важно. Нам, как сельхозпроизводителям - не важно. Вы абсолютно правы.

Но нам, как исследователям, важно, каким именно способом происходят изменения и каким именно способом они закрепляются (в генах). Именно здесь и кроется различие между СТЭ и ЭТЭ. Я Вам в соседнем комменте написал подробней.

[kelavrik-0.livejournal.com]

Нет, не понимаю разницу.

Сначала есть вероятность развиться в правильном направлении. Отбираются те, кто развился. Потом мутация и закрепление признака. Кто развивается в правильном направлении, тот выживает (преимущественно).

Так и так отбираются мутации. Тот же самый ЕО и дрейф.

[kelavrik-0.livejournal.com]

Проблема в том, что разницы нет. Все уравнения с коэффициентом отбора остаются теми же самыми. СТЭ вообще не объясняет каким образом та или иная мутация приводит к новому фенотипу. Это просто берётся как данность. Я подробнее расписал в корневом комментарии.

Что до механизма, то его можно обсуждать. Но мне лично предложенный механизм не кажется убедительным. Примеров не хватает.

[yurvor.livejournal.com]

Попробуйте всё же понять на более детальном уровне - что сначала, что потом. Сначала мутации, потом развитие признаков (не вероятности, а непосредственное развитие), либо сначала развитие признаков, потом мутации.

Т.е. каким _именно_ способом происходит "развитие в правильном направлении". Различие в способах и есть различие между СТЭ и ЭТЭ.

[progenes.livejournal.com]

> гены в этой модели не наделены той ролью, которая нам привычна

Я конкретизую привычную роль генов. Гены наследуются, гены мутируют, продукты генов выполняют какую-то функцию (одну или несколько). Это то, что мы можем проверить. Какая из этих ролей не важна в ЭТЭ и какую другую роль они еще могут играть?

[yurvor.livejournal.com]

Причем тут уравнения? Неясно, какие именно вы имеете в виду, но вполне может быть, что они просто не ловят эту качественную разницу.

СТЭ полагает, что именно мутация является причиной изменения фенотипа, и происходит _до_ такого изменения. ЭТЭ полагает, что мутация лишь закрепляет изменения фенотипа, и происходит _после_ такого изменения.

[den tulinov (from livejournal.com)]

Мутациями это происходит, сколько же можно лениться и до сих пор не выяснить, как работает эффект Болдуина. Нет тут ничего принципиально проблематичного, вы не туда смотрите. Проблемы ЭТЭ в другом месте.

[kelavrik-0.livejournal.com]

Давайте для простоты возьмём чистую линию. Развитие признака Х различается в силу развития или тренировки, но не генетически. В этом случае у потомков, даже при наличии отбора, признак будет развит так же как у предков. И только мутация смещающая равновесие даст эволюционное развитие.

То есть у вас сначала мутация, потом развитие.

[kelavrik-0.livejournal.com]

Уравнения такого типа:
http://phys.protres.ru/~mlobanov/grant/g10.html#r2

У вас так же мутация это причина изменения фенотипа. Только вы вводите изменение не напрямую, а через определённый путь. У вас признак Х проявляется и сам по себе случайным образом, а мутации увеличивают вероятность формирования Х.

[yurvor.livejournal.com]

Стоп. Видите, вы употребляете термин "эволюционное развитие". Что он значит?

"В этом случае у потомков, даже при наличии отбора, признак будет развит так же как у предков."

Нет - в этом случае у потомков признак будет развит настолько, насколько они натренируются. Если потомки и предки по-разному тренировались, признак будет развит по-разному. Помните, что для отбора важен только фенотип? Не "способность натренироваться", а конкретная натренированность конкретного индивида.

В популяции всегда есть разброс по конкретной натренированности, верно? И отбору всё равно, от чего он произошел, от разброса в генах, или от разброса в тренировках. Так ведь?

Если очень грубо, то СТЭ вообще не рассматривает разброс в тренировках, считая его несущественным. А ЭТЭ считает его наиболее важным, первым по значимости.

[den tulinov (from livejournal.com)]

Наследование и мутации это не роли, это наблюдаемые факты, они не подвергаются сомнению. Что же касается функций, разницу я попытался обозначить выше: в рамках ЭТЭ гены рассматриваются как переключатели внутри онтогенетической системы. Признак появляется раньше гена, который потом его стабилизирует.

[yurvor.livejournal.com]

Нет, у меня причина изменения фенотипа не только мутация, а скорее данные условия. Более того, вначале при изменении фенотипа мутаций вообще нет. Да, изменение происходит через определённый путь - и это принципиальное отличие. Этот самый "определенный путь" очень важен для ЭТЭ. Мутации увеличивают не вероятность формирования X в данных условиях - мутации увеличивают вероятность формирования X безотносительно условий. А в данных определенных условиях признак X формируется и безо всяких мутаций - в этом-то и фишка.

[yurvor.livejournal.com]

Что же до уравнений, то они описывают исключительно динамику генов и не приспособлены для описания динамики pathways. Там просто таких параметров нет :)

[kelavrik-0.livejournal.com]

Потомки не будут отличаться от предков по способности тренироваться. Уберите фактор отбора и всё тут же вернётся к предковому состоянию. Просто потому, что геном не изменился.

А вот если будет мутация и она распространится отбором, то сразу возникнет разница между предками и потомками. В том числе по частоте мутации.

Да, разброс в тренировках несущественен с эволюционной точки зрения. Он работает только на отдельных особях и не сохраняется.

[kelavrik-0.livejournal.com]

Нет, ровно потому, что несущественны. Детальнее выше.
Давайте там и сосредоточимся.

[petrkiskin.livejournal.com]

По-моему, ленитесь как раз вы. Я с тем же успехом могу заявить, что в "Происхождении видов" все написано - и не надо больше ничего объяснять, там все сказано.
Объясните мне, как ТРИВИАЛЬНО происходит изменение генома, которая канализирует онтогенез в определенном направлении. Объяснение "мутациями" не проходит - как раз потому, что ЭТЭ предполагает строго направленное изменение генома уже после отбора по фенотипу на идеальный в новых условиях вариант онтогенеза. А "мутации" вообще - это к СТЭ.

[yurvor.livejournal.com]

"Потомки не будут отличаться от предков по способности тренироваться. "

Да, но это не имеет значения. Давайте повторим ещё раз - _способность_тренироваться_ не имеет значения. Имеет значение только натренированность. Ещё раз - _способность_тренироваться_ не имеет значения, имеет значение только натренированность. Ещё раз? :)

Извините за формулировку, но по-видимому, Вы полагаете, что способность тренироваться и натренированность это почти что одно и то же. Что способность тренироваться как бы предопределяет натренированность. Так вот, важно то, что фактическую натренированность она не предопределяет.

"А вот если будет мутация и она распространится отбором, то сразу возникнет разница между предками и потомками. "

Разница между предками и потомками возникнет в _способности_тренироваться_. Которая - см.выше. - не имеет значения. Значение имеет только натренированность, которая не будет отличаться между предками и потомками. Ибо возникает хотя и за счет разных факторов (у предков за счет тренировок, у потомков за счет мутаций), но важно лишь то, что она возникает.

"Да, разброс в тренировках несущественен с эволюционной точки зрения. Он работает только на отдельных особях и не сохраняется."

Вот этот способ мысли следует подвергнуть анализу и поменять. Ибо не верно(!) то, что он не сохраняется. Верно то, что он не сохраняется _в_генах_. Понимаете, вы сами в своей голове цените лишь то, что сохраняется в генах! А отбору наплевать, что там в генах сохраняется, ему фенотип важен. Если какое-то свойство передается из поколения в поколения путем тренировок, то это тоже считается. На то она и "эпигенетическая", т.е. "не-генная" :)

[yurvor.livejournal.com]

"Нет, ровно потому, что несущественны." - это априорное предположение, которое ниоткуда не следует.

Собственно, вся ЭТЭ построена на том, что это существенно.

Да, давайте там сосредоточимся.

[petrkiskin.livejournal.com]

Откуда берется ген, стабилизирующий признак ? Это новый ген ? Это новый вариант известного гена ? Этого гена (или варианта гена) не было в популяции до смены фенотипа ?

[progenes.livejournal.com]

Нам надо быть осторожными, чтобы не запутаться. Термин "переключатели онтогенеза (развития, эмбриогенеза)" уже застолблен за генетическими и не генетическими факторами, которые переключают из одной программы в другую:
с эмбриональной на фетальную, с гаметофита на спорофит, и так далее.

Я так понимаю, что вы говорите о других переключателях.

>Признак появляется раньше гена
Чисто, чтобы уточнить. Я хочу понять. Это эквивалентно утверждению, что признак появляется вообще без гена, да? Например, семена гороха вдруг начинают синтезировать соланин. А гены ферментов мевалонатного пути и преобразования соладинина подтягиваются потом?
Если это так, то мне все-равно непонятно, как интезируется соланин, если нет ни одного гена, который мог бы это обеспечить.

[kelavrik-0.livejournal.com]

Натренированность есть только у конкретной особи. Если она не подкреплена генами, то у потомков натренированной особи Х будет такое же, как у потомков ненатренированной. Помните, мы взяли для простоты чистую линию. Нас же интересует вопрос в плане именно эволюции. Выделю мысль: Для эволюции натренированность конкретной особи значения не имеет. Для эволюции имеет значение как раз та самая потенциальная способность тренироваться.

Ибо не верно(!) то, что он не сохраняется.
А вот с этого момента поподробнее. До этого у нас сохранялась лишь среда. Вроде фермера, жаждущего молока и отбирающего самых удойных коров. Каким негенным способ сохранится удойность?

[yurvor.livejournal.com]

"Натренированность есть только у конкретной особи. Если она не подкреплена генами, то у потомков натренированной особи Х будет такое же, как у потомков ненатренированной. "

Да почему же? С чего Вы это опять и опять повторяете? У потомков натренированной особи X будет зависеть от их собственных тренировок!!!! Это ВАЖНО!

Что значит "для эволюции"? Что значит "в плане эволюции"? Я подозреваю, что под этими словами Вы имеете в виду закрепленность в генотипе. Так?

Так вот, для эволюции закрепленность признака в генах значения не имеет - мы же это с Вами тыщу раз проговаривали, и вот опять :)

"До этого у нас сохранялась лишь среда. Вроде фермера, жаждущего молока и отбирающего самых удойных коров. Каким негенным способ сохранится удойность?"

Именно посредством среды, т.е. фермера, тренирующего каждое следующее поколение коров. Первое натренировал, второе натренировал, третье натренировал - дойность коров _сохраняется_. Фенотипически в каждом поколении дойность коров будет большой. Значит - сохраняется, просто по определению слова "сохраняться", т.е. "повторяться из поколения в поколение".

Важный момент - если среда поменяется (наш фермер обленится), то это сохранение сломается, потеряется. Но пока он не обленился - дойность будет сохраняться.

[den tulinov (from livejournal.com)]

Покажите, где написано про строго направленное изменение генома, в каком источнике.

[misha-makferson.livejournal.com]

>Притом что генотип у всех нормальный был.
Не знал. Я думал повреждался геном.