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

[progenes.livejournal.com]

Я не поняла главного в этой истории. Что такое "дестабилизация развития"? Неплохо бы с примерами.

[macroevolution.livejournal.com]

Ну, скажем, наелись беременные женщины талидомида, и у них дети стали рождаться кто без рук, кто без ног (а кто нормальный). Притом что генотип у всех нормальный был. Или вот такая картиночка:


Или так: появилась новая мутация с неполной пенетрантностью. У носителей мутации развитие в некотором смысле "дестабилизировано": вместо одного возможного фенотипа (нормального) у них два: либо нормальный, либо мутантный.

[progenes.livejournal.com]

То есть ЭТЭ постулирует, что при изменении условий окружающей среды количество мутантов должно всегда возрастать. Я правильно понимаю?
Это я все силюсь понять, в чем идея ЭТЭ. Разумеется, условия окружающей среды влияют на проявления фенотипа родителя и даже могут приводить на изменение генотипа потомства. Но это постулирует и СТЭ.

[macroevolution.livejournal.com]

ЭТЭ исходит из того, что изменение условий среды может (не обязательно всегда, но может) приводить к увеличению фенотипической изменчивости без изменений генотипа. Генотип, который в нормальных условиях дал бы только один - нормальный - фенотип, в ненормальных условиях может случайным образом дать любой из нескольких возможных ненормальных фенотипов.
У Шабанова в статье вроде бы все довольно понятно объясняется.
Хотя я тоже, если честно, очень долго мучился, прежде чем уловил (кажется) идею ЭТЭ...
А еще характерно, что сторонники ЭТЭ, отвечая на любую критику, всегда, без исключений, подчеркивают, что их идеи опять неправильно поняты.

[progenes.livejournal.com]

"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.livejournal.com]

Наверное, выходом за пределы нормальной нормы реакции...
Лучше пусть на это ответит кто-то из сторонников ЭТЭ!

[progenes.livejournal.com]

Эй, знатоки ЭТЭ! Где пределы нормальной нормы реакции?!

[l-krolik.livejournal.com]

Норма реакции - это изменения фенотипа без изменения генотипа! Можно в "нормальных" условиях среды сформировать "нормальный" фенотип! А в "ненормальных" условиях - сформировать "нормальный" фенотип, отличный от первого, но в пределах нормы реакции.

"ненормальные" условия корректнее называть колеблющиеся условия! Хотя бы потому, что нормальными стоит рассматривать ВСЕ варианты условий, при которых данный генотип не только выжил, но и сумел оставить потомство.

[progenes.livejournal.com]

В общем мне так показалось, что СТЭ представлена как-то странно. Согласно схемы, 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.

[3seemingmonkeys.livejournal.com]

насколько я понял из википедии под эпигенетикой понимаются ситуации когда днк "специально" редактируется, включаются/выключаются гены и т.п. в отличие от нормы реакции... скажем такая аналогия - норма реакции это когда мы изменяем скорость машины с помощью педали газа а эпигенетика - когда ставим на нее другой двигатель или спиливаем крышу чтоб быстрее ехала. какието функциональные перестройки. хотя может норма реакции включает и последнее - в этом случае эпигенетика является более узким понятием.

[yurvor.livejournal.com]

Давайте, я попробую объяснить, как я понял. На основе последней фразы Маркова -

"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."

Здесь СТЭ устами Маркова постулирует, что муха с пятнистыми крыльями может получиться, только если отредактировать геном. Ну а потом отбор закрепляет это редактирование в геноме и через него изменение фенотипа.

ЭТЭ устами Шишкина говорит, что муха с пятнистыми крыльями может получиться по миллиону разных причин, не связанных с геномом - белковая эволюция, мутагены, всё такое, в общем, негенетические факторы. Ну а потом отбор закрепляет это изменение фенотипа (к примеру, мухи путем обучения приобретают привычку подвергаться действию мутагена), а лишь затем подтягивается и редактирование генома, которое подменяет собой мутаген, вследствие чего мухи получают возможность обойтись без действия мутагена и получить пятнистые крылья напрямую.

[silentpom.livejournal.com]

страшно подумать какие у них границы нормы
http://www.membrana.ru/particle/4555

[bbzhukov.livejournal.com]

А что, собственно, такого? "Температурное" определение пола у рептилий - обычное дело.

[bbzhukov.livejournal.com]

А чем это отличается от нормы реакции?
В основном дискретностью.

На самом деле понятие "нормы реакции" в ЭТЭ чуть ли не одно из фундаментьальных. Но обычно когда говорят о норме реакции, имеют в виду пределы количественных различий некоего генно-зависимого признака. Типа при любом генотипе фенотипы будут распределяться по гауссиане, но вот для такого генотипа этот колокольчик будет узким и высоким, а для сякого - широким и низким. Вот, значит, у них разная норма реакции - но в обоих случаях предполагается (если не оговорено иное), что распределение непрерывное.

А для ЭТЭ интересны именно дискретные "перескоки". Как у саранчи: при одном и том же генотипе, но разном окружении в онтогенезе - либо в одиночную кобылку либо в саранчу. С четкими морфологическими, физиологическими и поведенческими отличиями и без каких-либо промежуточных вариантов. Или вот тут добпый человек напомнил: как определение пола у рептилий. При одном и том же генотипе, но разной температуре развития - либо в самца, либо в самку. "Промежуточность", правда, есть в статистике (в некотором диапазоне температур доля самцов и самок плавно меняется), но у каждой конкретной особи никакого промежуточного варианта быть не может, как у брошенной монеты нет промежуточных положений между орлом и решкой.

Ну вот, собственно, ЭТЭ (насколько опять же я мог понять) постулирует, что в основе эволюционных изменений обычно лежат такие вот перескоки с одного дискретного онтогенетического пути (креода) на другой. Поначалу они могут быть чисто фенотипическими. Но только в отличие от случаев "самец/самка" или "кобылка/саранча" такие дискретные жизненные формы могут оказаться устойчивыми и воспроизводиться в ряду поколений. То есть, допустим, в местах обитания данного вида есть какие-то участки (регионы или микростации - неважно), где более выгодна форма А, и другие, где выгоднее форма В. Соответственно, в первых будут концентрироваться те, кто более склонен развиваться по варианту А, а во вторых - кто по В (при том, что пока еще и тем, и другим их генотипы в принципе позволяют развиваться по любому пути - но с разной степенью "охотности"). И скрещиваться там будут в основном друг с другом - просто в силу статистики. Тогда отбор там пойдет на стабилизацию онтогенеза, т. е. на жесткое закрепление прежних переключателей в том или ином положении. Начнут подтягиваться и прочие признаки (ранее колебавшиеся вокруг некоторой точки, обеспечивавшие более-менее пригодное состояние признака при любом типе развития). Т. е. пойдет то самое "подтягивание" и "редактирование" генотипа (естественным отбором - а кем же еще?) под новый облик, который прежде был просто редким вариантом чисто фенотипической изменчивости. И как естественный финал - отбор на механизмы вторичной изоляции.

В эту схему неплохо ложатся и симпатрическое видообразование (так смущавшее всю жизнь Майра), и "прерывистое равновесие" Гулда и Элдриджа, и многое другое.

[progenes.livejournal.com]

>когда говорят о норме реакции, имеют в виду пределы количественных различий некоего генно-зависимого признака

Вы в этом абзаце вовсе не упомянули слово "окружающая среда". А это важно! Уточняю "когда говорят о норме реакции, имеют в виду пределы количественных различий некоего генного признака в зависимости от условий окружающей среды".

При этом модификации нормы реакции могут выражаться как количественно вроде гауссианы, так и качественно, вроде окраска горностаевого кролика в зависимости от температуры.

Допустим, ЭТЭ интересует этот качественный полиморфизм. Он может поражать воображение, но он может зависеть от одного генетического рецептора, воспринимающего сигнал окружающей среды или от одного фактора транскрипции, которые потом рулит всем оркестром.

Всего два гена и какой эффект (слева мутант по этим генам, справа - оверэкспрессия при коротком дне) , причем этот монстр еще и долгожитель - 8 месяцев выращивают. А если еще один ген мутировать, так этот арабидопсис вообще одеревенеет.


Для подтверждения ЭТЭ осталось только хорошенечко изменить условия, чтобы появилась такая чисто фенотипическая норма реакции, которая потом еще домутировалась в нужных генах и стабилизировала онтогенез. Без хороших доз радиации я плохо себе такое представляю.

[den tulinov (from livejournal.com)]

Некоторым образом напоминает канонический пример с растениями одного вида, росшими в разных природных условиях. На снимке гипертрофировано, но не необычно. То есть вполне такая разница может быть достигнута несколькими итерациями эволюции по ЭТЭ.

[bbzhukov.livejournal.com]

Да ну, помилуйте, Вы, кажется, видите ЭТЭ чем-то вроде старого доброго ламаркизма. Разумеется, самый причудливый фенотип, если он вообще возник, есть реализация имеющегося генотипа и находится в пределах его нормы реакции. Даже если до появления данного урода мы и не подозревали, что этот генотип может дать такое.

А что могут творить с организмом (особенно с растительным - у животных все-таки слишком сильно измененная морфология обычно оказывается несовместимой с жизнью или, по крайней мере, с дальнейшим размножением) мутации в генах, "рулящих всем оркестром", - это известно, и тут никакой ЭТЭ не надо, да она тут и ни при чем.

[Андрей Гаврилов (from livejournal.com)]

вот в таком изложении (продолжение в http://macroevolution.livejournal.com/147761.html?thread=9849137#t9849137 читал) это звучит уже вменяемо, только вот не вижу, почему это не является неким расширенным толкованием механизмов СТЭ? (UPD. По сути - это тот же «Эффект Болдуина» (aka «эволюция Болдуина») в чистом виде, если я правильно понимаю). Дело в том, какую оценку для "обычно" (взято из "в основе эволюционных изменений обычно лежат такие вот перескоки") дают сторонники ЭТЭ, и в их "признак появляется первым", в залоге "всегда" (если они именно это таки утверждают)?

>В эту схему неплохо ложатся и симпатрическое видообразование (так смущавшее всю жизнь Майра), и "прерывистое равновесие" Гулда и Элдриджа, и многое другое.

- беда в том, что очень простые выч. модели показывают прерывистое равновесие, и без всяких "внешних изменений". И кроме того - показывают увеличение скорости эволюционного процесса.

Пример такой простой, как мычание, модели:

(обратите внимание на список требований, явных и неявных).

Более того, очевидно, что введя в такую простую модель "многонишевость" мы получим симпатрическое видообразование ("так смущавшее всю жизнь Майра"). (И чем больше в модели (построенной на основе приведенной) будет возможностей для создания репродуктивной изоляции, тем быстрее будет происходить такое видообразование).
Другое дело, описанный вами механизм способен ускорить процесс.

[bbzhukov.livejournal.com]

Ну, этот ролик я, разумеется, видел. Остроумно, но к вопросам видообразования и вообще ко всем пунктам расхождения СТЭ и ЭТЭ отношение имеет весьма отдаленное. Максимум, что могут показать такие модели, - что дарвиновская эволюция вообще возможна и может при известных условиях приводить к усложнению эволюционирующих систем.

Заметьте хотя бы, что там скорость эволюции очень четко коррелирует с частотой мутаций и размером популяции. Что вполне соответствует нашим интуитивным ожиданиям - но увы, совершенно не соответствует эмпирическим данным (по крайней мере, для многоклеточных): там частота мутаций, похоже, вообще не влияет, а корреляция с размерами популяции скорее обратная.

Прерывистое равновесие - да, получается. А вот видообразования в этой модельке нет вовсе никакого, ни симпатрического, ни аллопатрического. Все формы конкурируют между собой внутри единого генетического пула (т. е. вида), и более приспособленные быстро вытесняют прежнюю норму. Что будет, если ввести многонишевость (т. е., я так понимаю, разнонаправленный отбор?) без специальных механизмов изоляции (ну хотя бы преимущественного скрещивания "смещенных в одну и ту же сторону от нормы"), мне не очевидно, хотелось бы посмотреть.

Ну а вообще - я же не брался доказать несравненные преимущества ЭТЭ перед СТЭ. Просто тут люди спросили, как это может быть, чтобы фенотип изменялся раньше, чем генотип, и при этом чтоб без ламаркизма. Я попытался ответить.

[petrkiskin.livejournal.com]

Там есть одна проблема - при объяснении ЭТЭ он говорит о "генотипе, обеспечивающем нормальное развитие в стабильной среде". Потом среда меняется - онтогенез дестабилизируется - дестабилизируется - формирование адаптивного фенотипа - фиксация нового фенотипа с внесением изменений в генотип. Но в реальности у вида нет одного генотипа - всегда есть набор вариантов, в том числе весьма крайних в плане фенотипических проявлений. Посему при изменении среды (в разумных пределах) всегда находится тот вариант генотипа (и соответствующего ему фенотипа), который лучше отвечает новым условиям среды.
Меня всегда убивает в ЭТЭ полное отсутствие внимания к молекулярным механизмам фиксации изменений фенотипа в геноме. Как это делает организм ? Как он вносит правильные, соотвествующие новому фенотипу, изменения в геном ?

[den tulinov (from livejournal.com)]

Через эффект Болдуина. В специальных механизмах нет нужды.

[petrkiskin.livejournal.com]

У Болдуина никакой молекулярки нет и близко ... Я же именно о молекулярном механизме.

[bbzhukov.livejournal.com]

Этот "молекулярный механизм" называется естественным отбором.

Во всяком случае, других способов направленного редактирования генома до сих пор не найдено. Хотя искали отчаянно.

[petrkiskin.livejournal.com]

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

[misha-makferson.livejournal.com]

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