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

[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]

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.

[arusinov.livejournal.com]

Если 4-крылость поддерживается отбором (в данном случае - искусственным) - она закрепляется в генах.
Те 4-крылые, которые "просто калеки" - не закрепляются.


Опыт Уоддингтона был немного о другом...
Он отбирал тех мух, которые в условиях жары вырастали четырёхкрылыми. В обычных условиях четырёхкрылых мух не получалось...Но через 20 поколений такого отбора стали появляться мухи, которые и в обычных условиях вырастали четырёхкрылыми. Вот это и есть "ассимиляция", обнаруженная Уоддингтоном.

Это, разумеется, без проблем объясняется с позиций классической СТЭ: четырёхкрылые-в-жаре мухи имеют мутацию, которая проявляется только в этих условиях. 20 поколений отбора тех, кто обладает этой мутацией просто увеличивает вероятность выведения четырёхкрылых-вобще мух - например, происходит какая-то дополнительная мутация, которая даёт искомый эффект.

Hепонятно только почему ЭТЭ видит в этом что-то противоречащее стандартнейшей СТЭ

[zlata-gl.livejournal.com]

Он отбирал тех мух, которые в условиях жары вырастали четырёхкрылыми. В обычных условиях четырёхкрылых мух не получалось...Но через 20 поколений такого отбора стали появляться мухи, которые и в обычных условиях вырастали четырёхкрылыми. Вот это и есть "ассимиляция", обнаруженная Уоддингтоном.

Ну я так и поняла. И объясняла именно эту ситуацию.

Hепонятно только почему ЭТЭ видит в этом что-то противоречащее стандартнейшей СТЭ
Вот и я не вижу.

[yurvor.livejournal.com]

И да, Шабанов Вам уже ответил - Вы предполагаете предварительное наличие спящей мутации к четырехкрылости. ЭТЭ этого не предполагает. В этом и различие со СТЭ.

[zlata-gl.livejournal.com]

Вы предполагаете предварительное наличие спящей мутации к четырехкрылости
Не предполагаю. Предполагаю, что при плохой погоде резко растет общее число мутаций, может появиться и такая.
Надо бы сравнить геном наследственной 4-крылой мухи с нормальной.
Тогда увидим - там "заметилировалась спящая мутация" - или новая произошла.

[yurvor.livejournal.com]

На чем основано Ваше предположение об увеличении общего числа мутаций при плохой погоде? Если бы Ваше предположение было бы верно, то "молекулярные часы" в принципе бы не работали.

[arusinov.livejournal.com]

Кстати, даже если предположить, что тут именно, что изменилась эпигенетика (метиллирование гена) и спящая мутация "проснулась" , то само то, что она там изначально была в значительном проценте особей, означает, что всё началось с мутации, которая потом была "заблокирована" эпигенетически.
Верно, что если дело обстоит так, то мы действительно имеем ситуацию, когда разблокирование уже существующей мутации в онтогенезе может "закрепиться"
Но я не думаю, что такой механизм, если он и существует, может быть, основной парадигной эволюции - это скорее похоже на ключ-переключатель между несколькими ранее известными положениями.

[yurvor.livejournal.com]

Проблема в том, что эта дополнительная мутация почему-то происходит только при такой организации селекции, а сама по себе не происходит.

И суть тут не в "противоречии" со СТЭ, а в другой концепции объяснений. _Сначала_ появляется изменение в фенотипе, _потом_ оно закрепляется генетической ассимиляцией. Т.е. та самая "дополнительная мутация" появляется _после_ изменения фенотипа, а не наоборот.

Другими словами, вопрос не качественый (появляется или нет), а количественный (почему появляется так быстро).

[zlata-gl.livejournal.com]

эта дополнительная мутация почему-то происходит только при такой организации селекции, а сама по себе не происходит.
Как это может быть физически ?
Откуда конкретная мутация может знать про селекцию ?
Мутации могут ускориться от тяжелых условий жизни.

[yurvor.livejournal.com]

Вы задаете вопрос "как это может быть физически?" исходя из СТЭ, которая этого не предполагает. Ситуация же такова, что вот они опыты. А на Ваш вопрос требуется ответить, да.

Т.е. молекулярные механизмы ЭТЭ пока неизвестны. Как были неизвестны молекулярные механизмы СТЭ сто лет назад.

[Дмитрий Шабанов (from livejournal.com)]

Ваши вопросы подтверждают, что модель СТЭ неадекватна для описания этих феноменов. Чтобы ответить на Ваши вопросы, надо перестать мыслить на языке "мутаций" и начать - на языке онтогенезов

[Дмитрий Шабанов (from livejournal.com)]

Ваши рассуждения предполагают, что глядя на итог развития, мы можем сказать: этот признак развился из-за действия генов, а этот - из-за внешнего воздействия, и разделить все эти признаки на две отчетливые группы.
На самом деле, сравнивая друг с другом, к примеру, клоны, мы увидим признаки, которые развиваются устойчиво (СТЭ говорит, что они "вызваны мутациями") и неустойчиво (из принято объяснять средой и называть "модификациями"). На самом деле на каждый онтогенез влияет генотип, среда и случайность, и разделить их эффекты невозможно.
Когда Вы говорите о "мутантах" и "калеках", Вы предполагаете тем самым, что это - разные группы. На самом деле, все они, раз развились так, а не иначе, имели эпигенотип, допускающий такой вариант развития с той или иной вероятностью

[zlata-gl.livejournal.com]

Вы предполагаете тем самым, что это - разные группы.

Разные.
Мутанты - это с другим генотипом. Калеки - с тем же самым.
Например - Вася схватил горячий утюг и обжегся. У него осталось пятно на коже. Но на его детей это никак не повлияет. Пятна у них не будет.

[Дмитрий Шабанов (from livejournal.com)]

Есть такая мысль Шишкина, что понятия "мутации" и "модификации" несравнимы, т.к. описывают разные аспекты разнообразия результатов онтогенеза. Понятие "мутации" применимо к сравнению результатов развития разных зигот, а понятие "модификация" - одинаковых. Но обычно мы имеем дело и с различием генотипов, и с различием условий, и разделять их вклад - безнадежная задача.

[zlata-gl.livejournal.com]

Почему безнадежная ? Есть клоны хотя бы.

[zlata-gl.livejournal.com]

А вот если Вася - алкоголик, то вполне реально, что у него родятся умственно-отсталые дети. И это будет наследственным.

[yurvor.livejournal.com]

Что значит "вполне реально"? Это 100% или не 100%?

[zlata-gl.livejournal.com]

Не 100%. Но вероятность гораздо выше, чем у непьющего Феди.
Это доказывают статистические исследования по общей выборке детей алкоголиков. Нет ?
Все в нашем мире - вероятностно.

[arusinov.livejournal.com]

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


Давайте, я Вам расскажу, как я понимаю результаты опыта Уоддингтона, а Вы мне скажите, почему я не прав, и почему стандартнейшая СТЭ тут не подходит.

Уоддингтон отбирал тех мух, которые в условиях жары становились четырёхкрылыми. В обычных условиях четырёхкрылых мух не получалось...
Но через 20 поколений такого отбора стали появляться мухи, которые и в обычных условиях вырастали четырёхкрылыми.
Вот это и есть "ассимиляция", обнаруженная Уоддингтоном. Так?

ИМХО. Этот эффект без проблем объясняется с позиций классической СТЭ: четырёхкрылые-в-жаре мухи имеют мутацию, которая проявляется только в этих условиях. 20 поколений отбора тех, кто обладает этой мутацией просто увеличивает вероятность выведения четырёхкрылых-вобще мух - например, происходит какая-то дополнительная мутация, которая даёт искомый эффект. Если нет жары, то изначальная мутация просто не видна отбору.

[Дмитрий Шабанов (from livejournal.com)]

Ваша версия содержит проверяемое предположение: что некоторые из экспериментальных мух уже имели готовую "мутацию". Ссылок сейчас не дам, но помню, что это когда-то проверялось специально.
Это сработает даже на клоне. Клоны (например, шелкопрядов) характеризуются не конкретным фенотипом, а определенным распределением вероятностей разных исходов развития. И это та онтогенетическая изменчивость, с которой может работать отбор.

Да, и еще. Температурное воздействие - это не жара, а локальное то ли нагревание, то ли охлаждение (забыл).

[arusinov.livejournal.com]

А насчёт клонов - это проверяли, или просто предположение?

Давайте я Вам приведу ещё одно объяснение с точки зрения СТЭ, без двух мутаций. Сразу признаю, что я не профессионал, так что могу "слегка" ошибаться в терминах и пр.
Предположим, существуют модификации генотипа такие, что белок, который может включить создание дополнительной пары крыльев, попадает в "нужное" место при онтогенезе в количестве, что в среднем остаётся "всего ничего", чтобы образовалась дополнительная пара крыльев... Температурное воздействие меняет вероятности, и мухи с этими модификациями становятся четырёхкрылыми. Дальше мы начинаем отбирать только имеющих эти модификации, причём чем больше белка, нужного для второй пары крыльев - тем с большей вероятностью. В итоге мы получаем модификации, в которых передельное значение для обычных условий тоже перекрыто.
Более того, насколько я понимаю, сам Уоддингтон, говоря о "генетической канализации" имел в виду именно объяснение вроде этого.

[Дмитрий Шабанов (from livejournal.com)]

Тезис, что клон характеризуется не фенотипом, а распределением вероятностей исходов - экспериментальный результат. Проверялась ли генетическая ассимиляция на клонах - с уверенностью написать не могу.

СТЭ утверждает, что эволюция - это изменение частот аллелей под влиянием отбора фенотипов по зависимым от этих генов признакам.
ЭТЭ утверждает, что эволюция - это смена стабилизированных отбором онтогенетических траекторий.

Как Вы считаете, какой модели соответствуют Ваши объяснения?

[progenes.livejournal.com]

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

Неплохо бы еще почитать о том, что эксперименты о генетической ассимиляции Уоддингтона немного пересмотрели и получается все не так гладко, как вы описываете. Один из вопросов - насколько адаптивна наблюдаемая четырехкрылость в принципе в конкретных измененных условиях.

Более того, понятие генетической ассимиляции уже претерпело чуток изменения в процессе согласования с эмпирическими данными и по всему получается, что изменение среды вовсе не обязательное условие генетической ассимиляции - пластичные фенотипы проявляются в оригинальных условиях.

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1420-9101.2009.01754.x/full
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1469-8137.2005.01322.x/full

[Дмитрий Шабанов (from livejournal.com)]

Конечно, изменение среды - не обязательное условие! Важно только то, что какой-то вариант развития, не являющийся нормой, должен хотя бы иногда появляться (обычно для этого нужно изменить условия) и поддерживаться отбором.
Не понимаю, следующее: "Один из вопросов - насколько адаптивна наблюдаемая четырехкрылость в принципе в конкретных измененных условиях". В экспериментах Уоддингтона она адаптивна. Четырехкрылых размножали, всех прочих отправляли в морилку.
Или Вы об эволюционных перспективах? Так не на всякое изменение среды в эпигенотипе (совокупности возможных траекторий развития) найдется адаптивный ответ!