macroevolution

Ходят упорные слухи, что человечеству грозит генетическое вырождение. Об этом твердят многие журналисты и философы. Об этом пишет писатель А.Никонов. Это ладно, пусть, у них работа такая. Но вот когда ту же самую мысль, нагнав страху на аудиторию, высказал в публичной лекции сам Алексей Кондрашов, я подумал, что это уже чересчур. Кондрашов это сказал, сдается мне, больше для прикола. Потому что по крайней мере часть приведенных ниже возражений из его же лекций (других) и почерпнуты :) Так что профессор сознательно сгустил краски, я думаю.

Что же было сказано? (цит. по статье юзера

asena, - источник надежный, фигни не пишет, а расшифровки лекции пока все равно нет)

"Естественный отбор в популяции человека практически не действует. Ещё сто лет назад он имел место: младенческая смертность была огромной, и вероятность выжить была больше у ребёнка с удачной комбинацией генов. Теперь этот ребёнок пьёт чистую воду, делает прививки, лечится антибиотиками, подвергается пересадке костного мозга или генной терапии, и с каждым годом будет оставаться всё меньше генетических нарушений, которые не может скорректировать медицина. К тому же количество детей, благодаря появлению эффективной контрацепции и эффективного экстракорпорального оплодотворения, больше не зависит от генотипа родителей (разве что если считать, что генотип определяет желание или нежелание заводить детей, но эта тема требует отдельной лекции).

Теперь естественного отбора нет, и исследования Кондрашова показывают, что это плохо: у дрозофил, лишённых влияния отбора, через пятьдесят поколений катастрофически падает приспособленность – и продолжительность жизни, и яйценоскость, и способность к конкуренции с другими дрозофилами. Правда, лектор оптимистичен: говорит, что у человечества есть шансы умереть быстрее, чем за пятьдесят поколений, из-за изменений климата (...)

Из лекции слушатели поняли, что генофонд человека становится всё хуже и хуже, а биотехнологии всё ещё не настолько совершенны, чтобы всё исправить. Поэтому большая часть вопросов сводилась к классическому «что делать?» Кондрашов успокаивает: делать пока ничего не надо. У человечества есть и другие проблемы:

– И сейчас он (естественный отбор – STRF.ru) не полностью выключен, но в каких-нибудь популяциях вроде Японии его выключение очень близко к полному. Но это явление буквально последних десятилетий, то есть этот процесс бесконтрольного накопления вредных мутаций – он ещё запущен далеко не во всех популяциях, он только-только начался. Но я действительно не хочу драматизировать, потому что это всё слишком серьёзные вещи, чтобы драматизировать. И столько всяких вызовов стоит перед человечеством, которые могут всех уничтожить в масштабах одного-двух поколений, что думать о том, что будет через десять поколений, это как-то безответственно… то есть не думать, а тратить какие-то ресурсы на это.

Чем именно грозит человечеству накопление вредных мутаций? Оказывается, в первую очередь мы поглупеем. Возможно, благодаря этому вопрос о судьбах человечества перестанет нас волновать:

– Ясно, что последствия для человека плохие, если у моего внука на 20 вредных мутаций больше, чем у меня, а у моего прапрапрапраправнука на 200. Ясно, что это плохо. К чему это приведёт? Ну по всей видимости, люди будут тупеть, прежде всего, потому что большая часть наших генов экспрессируется в мозге, так что это самая большая мишень для вот этих вредных мутаций."

Это еще довольно мягко сказано. Есть авторы (кажется, тот же А.Никонов, впрочем, точно не помню), которые утверждают, что по вышеуказанным причинам нам грозит тотальное вырождение и чуть ли не вымирание. Ну а мне представляется, что эволюционные перспективы у человечества гораздо более радужные, и, может быть, они сейчас даже лучше, чем раньше, когда дети мерли как мухи. Даже без учета предполагаемых в будущем успехов генной терапии и инженерии. Вот аргументы в тезисной форме.

1) "Отбор (очищающий) на нас больше не действует" - колоссальное преувеличение. "Отбор не действует" - это значит, что репродуктивный успех человека больше не зависит от его генотипа. Абсолютно нереально. Последние исследования показывают, что буквально ВСЁ у нас зависит от генотипа - пусть на 10-20%, а остальное от среды/воспитания, но этого достаточно. Доброта - зависит, интеллект - еще как, склонность к альтруизму - да, счастье в семейной жизни - зависит, родное (от гена вазопрессинового рецептора оно зависит), даже политические взгляды - и те зависят (вероятно, у кого от рождения миндалина (amygdala) склонна работать более активно, тот тревожнее и опасливее, и будет склонен поддерживать рост расходов на вооружение, запрет иммиграции и вообще будет за консерваторов - есть такие данные). Все это зависит от генотипа - а ожидаемое число потомков, репродуктивный успех, говорите, не зависит? Немыслимо. Кстати, вроде были и такие данные, что склонность рожать близнецов в значительной мере наследуется. Из-за медицины и прочего, о чем говорит Кондрашов, у нас стал слабее очищающий отбор, снизилась эффективность отбраковки слабовредных мутаций. Снизилась, согласен, но не обнулилась. Потому что человек, обремененный множеством слабовредных мутаций, все равно будет в среднем более слабый, болезненный, глупый, некрасивый (кособокий - несимметричный). И он дороже обойдется своим родителям, а если совсем будет тяжелый случай, слишком дорогой - он заставит родителей сильно призадуматься, а стоит ли им рожать еще одного. Пусть он благодаря медицине выживет и оставит потомство. Но этого мало, чтобы отбор не действовал. Чтобы отбор не действовал, нужно чтобы такой человек в среднем оставлял ровно столько же - с точностью до долей процента! - детей, сколько и здоровый, крепкий, красивый, симметричный, доставивший родителям только радость (так что они захотели родить еще одного). Пусть всего на долю процента, но репродуктивный успех таких обремененных генетическим грузом людей даже в Японии все равно будет ниже, чем у носителей меньшего числа слабовредных мутаций. Итак, отбор не прекратился - он только стал слабее, не исчез, и никогда не исчезнет, пока мы живем в своих биологических телах, а не превратились в роботов.

2) Я уж не говорю о том, что отбор по-прежнему отлично осуществляется на уровне эмбрионов. Зигота, совсем уж перегруженная вредными мутациями, долго не протянет, на ранних стадиях эмбриогенеза будет элиминирована. Вместе со своими мутациями. Пишут, что отбор на ранних стадиях эмбриогенеза у человека весьма интенсивный - лишь небольшая доля оплодотворенных яйцеклеток развивается до стадии живого новорожденного ребеночка. А к тому же технология ЭКО, уже вовсю применяемая, за которую сейчас Нобелевку дали, ставит этот отбор (потенциально) под разумный контроль.

3) Да, очищающий отбор стал слабее, но нам сейчас и не нужен сильный. Потому что у нас сейчас колоссальная численность популяции. Об этом эффекте А. Кондрашов сам на своих лекциях рассказывает. Если популяция махонькая, допустим, из 1000 особей, то в ней эффект слабовредной мутации, снижающей репродуктивный успех на 0,01% (одну десятитысячную) по сравнению с носителями немутантного аллеля того же гена, будет фактически невидим для отбора. Потому что если, допустим, мутантов всего 500, то в следующем поколении их должно стать как бы 500-(0,01*500/100) = 499,95. На 5 сотых особи меньше их станет. Это полная фигня, которую следует просто округлить, и получаем те же 500 особей. Иными словами, такая мутация в такой популяции будет вести себя как нейтральная. Ее частота будет меняться по закону случайных блужданий и с вероятностью фифти-фифти либо зафиксируется, либо элиминируется. Но если популяция большая, допустим, состоит из 7 млрд особей, то такая мутация уже будет очень хорошо заметна для отбора. Ее частота в каждом поколении будет по-честному снижаться на 0,01%. Если мутантов было 3 000 000 000, то в следующем поколении их станет меньше примерно на 300 000 (если я не обсчитался). На 300 000 - это вам не шутка. Это уже нельзя округлить. Данный пример показывает, что в громадной популяции даже очень слабенького отбора достаточно, чтобы эффективно отсеивать слабовредные мутации. А у нас сейчас такая гигантская популяция, 7 миллиардов, какой у наземных позвоночных нашего размера отродясь не бывало на этой планете.

4) Пример Кондрашова с дрозофилами некорректен отчасти потому, что в тех опытах экспериментальная популяция дрозофил насчитывала уж никак не 7 млрд особей, прямо скажем. И у них из-за малого размера популяции слабовредные мутации могли за счет дрейфа фиксироваться. В человеческой популяции, пусть даже благодаря медицине какая-нибудь мутация из вредной станет очень-очень-слабовредной, понадобятся бешеные миллионы лет, чтобы она зафиксировалась за счет дрейфа. А значит, здоровые аллели будут сохраняться в популяции, и если что (например, если нам, как тем дрозофилам, вдруг придется "конкурировать с дикими предками", т.е. вернуться в пампасы), то отбору будет из чего выбирать, и мы адаптируемся.

5) Гигантский размер популяции и ослабление очищающего отбора дает нам хороший шанс, во первых, что произойдут где-нибудь те самые очень-очень маловероятные (то есть редкие) полезные мутации (просто потому что нас так много). Во-вторых - шанс пересечь долины ландшафта приспособленности, выйти из ловушки "локальных максимумов приспособленности", пройти по траекториям, "запрещенным" для популяций, на которые действует жесткий очищающий отбор. Например, чтобы выработать какую-то ценную комплексную адаптацию, нам может быть необходимо пройти через этап временного снижения приспособленности. Например, если нужны три мутации в комплексе: первая вредная, вторая вредная, зато третья в сочетании с первыми двумя - дико полезная. Медицина позволяет нам теперь проходить такими траекториями, потому что дает шанс спасти этих перспективных мутантов, носителей первой и второй мутации.

6) Как бы ни была сильна медицина, избирательность граждан при выборе партнера, особенно долговременного, особенно с кем детей заводить - эту избирательность никто не отменял и не отменит. Всегда будут супер-пупер принцессы искать супер-пупер принцев, всегда будут граждане похуже качеством вынужденно усмирять свою привередливость и жениться-выходить замуж за примерно таких же (такая положительная ассортативность браков у людей - это факт). Граждане, обремененные множеством слабовредных мутаций, будут скрещиваться друг с другом, а везунчики с хорошими генотипами - друг с другом. Такая избирательность, тут мне тоже А. Кондрашов не даст соврать, резко повышает эффективность очищающего отбора: на одном краю спектра будут все время выщепляться совсем нежизнеспособные заморыши, и погибать на ранних стадиях эмбриогенеза или чуть позже вместе со своими мутациями. Также является фактом, что интеллект, чувство юмора, симметричность тела, жизненный успех и др. - это а) надежные индикаторы "хорошего генотипа", б) ценятся во всех человеческих культурах, когда речь идет о выборе брачного партнера. Положительная ассортативность по интеллекту позаботится о том, что если мы и поглупеем, то только в среднем, не радикально и не все.

Так что все не так мрачно у нас в смысле эволюции. От генетического вырождения мы не вымрем. Не при такой численности. И еще раз повторю: Алексей Кондрашов сам почти наверняка согласен почти со всем, что я тут понаписал.

P.S. Этот пост написан в порядке моральной подготовки к предстоящей мне в январе-марте деятельности, а не потому что мне вдруг стало делать нечего.

Flat | Top-Level Comments Only

From:

askondrashov.livejournal.com

Блин, эта дискуссия заставила меня наконец освоить это хренов лайфджоурнал. Стало быть, так:

- что в "цивилизованных" популяциях человека отбор ослаблен и мутации копятся - это уж никак не я придумал - это классика, восходящая минимум к Мёллеру и Кроу. Последний обзор на эту тему - Reed FA, Aquadro CF, 2006. Mutation, selection and the future of human evolution. TRENDS IN GENETIСS 22, 479-484.

- что от этого будет с человечеством - вопрос не очень актуальный - суровые последствия появятся не раньше, чем поколений через 5-10 - и до конца 21 века еще дожить надо.

- но сам анализ, который я популярно пересказывал, сомнений не вызывает. Численность популяции здесь вообще не причем - будем считать ее бесконечной - поскольку эффект чисто детерминистский. Просто в равновесии между вредеыми мутациями и отбором селекционный дифференциал (со знаком минус) должен быть равен скорости вредных мутаций на геном (считаем для простоты, что все мутации одинаково вредны - чтобы не путаться с коеффициентами). Сел. диф. (понятие, введенное Фишером) - это просто среднее значение признака в популяции после отбора минус оно же до отбора. Скажем, если мутационный процесс добавляет 10 (слабо)вредных мутаций на новорожденного (это наверное примерно так), то, чтобы это уравновесить, надо, чтобы отбор снижал среднее число вредных мутаций на те же 10 штук за поколение. Согласитесь, коллеги, что это глубоко! - и численность популяции здесь не при чем.

Конечно, отбор и сейчас действует - около 20% людей не вступает в брак и около 10% браков бесплодны. Но селекционный дифференциал (и связанный с ним индекс Кроу - opportunity for selection - нормализованная дисперсия приспособленности) сейчас в разы меньше, чем когда размножались только около 10-20% родившихся (остальные умирали до половозрелости) и в семьей могло быть от 1 до 25 детей. Так что, полагая, что раньше мутации отбором уравновешивались, можно заключить, что сейчас равновесия нарушено - и будет оно снова достигнуто, только если накопление мутаций вернет нас к домедицинской ситуации - когда значительное большинство новорожденных вообще потомства не оставляло. И это - несмотря на горяцую воду, антибиотики и диализ...

Эмбриональный отбор (примерно 30% зачатий не приводят к родам) здесь - плохой помощник. Значительная часть ранних спонтанных абортов - это хромосомные аномалии. Кроме того, он ака и был, так и остался - а постнатальный отбор ослабел в разы. В нашем опыте с мухой тоже 15% яиц не давали имаго (хз почему) - но это не помешало мухам деградировать до огорчительного состояния за 50 поколений, в течении который каждая нестерильная муха приносила 2 потомков.

Так что эффект реальный - и уж вовсе не я его придумал - но что это значит практически, мы обудим, справившись с изменениями климата и разрушением среды обитания. Так что, к сожалению, с коллегой Марковым я никак согласиться здесь не могу.

From:

macroevolution.livejournal.com

Дорогой Алексей, спасибо за ответ! Вот уж не думал, что ты наткнешься на эту запись, и вовсе не хотел отвлекать от важных дел :) Но раз уж так получилось, то можно чуть-чуть подискутировать? Я тут понаписал кое-какие соображения и буду благодарен, если ты укажешь, что в них не так. Извини, что слишком разжевываю, т.к. это как бы публичная дискуссия.

Во-первых, ясно, что принципиальных разногласий у нас нет, речь идет в основном об оттенках и акцентах. Кажется, мы согласны, что отбор не исчез полностью, и что он в некотором смысле «стал слабее», и что «вредные мутации» теперь отсеиваются менее эффективно, а значит, среднее количество таких мутаций на геном, по-видимому, будет расти.

Имеющиеся разногласия, по-моему, связаны с некоторой терминологической путаницей. Прежде всего, что такое «вредная мутация» и как измерить ее «вредность»?
Обычно принимается, что «вредная мутация» - это мутация, снижающая приспособленность. Степень вредности мутации, очевидно, это та величина, на которую мутация снижает приспособленность. Если мутация не снижает приспособленность, то она не вредная с эволюционной точки зрения, даже если ее фенотипический эффект лично нам не нравится. Приспособленность, как правило, понимается как репродуктивный потенциал, ожидаемое число потомков и т.п., в общем, как мера способности к размножению (сюда входит и все, что влияет на эту способность, в том числе живучесть). Таким образом, вредность мутации – это та величина, на которую из-за этой мутации снижается репродуктивный потенциал (например, ожидаемое число потомков).

Так вот, из всего этого получается, что нельзя в данном случае (с человеком) «считать для простоты, что все мутации одинаково вредны». Они не одинаково вредны: их вредность меняется в зависимости от развития медицины и прочих благ цивилизации.

Например, эта самая хваленая высокая детская смертность в прошлом была во многом обусловлена инфекциями, от которых теперь мы защищены антибиотиками и вакцинами.
Для полной наглядности рассмотрим гипотетическую вредную мутацию, снижающую сопротивляемость организма вирусу черной оспы. Пусть эта мутация повышает вероятность заболеть оспой при контакте с вирусом или повышает вероятность смерти в случае заболевания, не важно. Важно то, что такая мутация была весьма вредной 200 лет назад (допустим, она снижала приспособленность в среднем по человечеству на 2%). Когда появилась вакцинация, вредность этой мутации стала гораздо меньше (допустим, теперь она снижала приспособленность в среднем по человечеству только на 1% в год). А сейчас, когда вируса оспы больше нет в природе, вредность этой мутации испарилась, мутация вообще перестала быть вредной при любом осмысленном понимании слова «вредность». Мутация стала нейтральной и может теперь преспокойно испытывать случайные колебания своей частоты под действием дрейфа.

Мы можем описать эту ситуацию двумя равноценными способами, по желанию:
1) Отбор перестал действовать на эту «вредную мутацию»; теперь она получила шанс распространиться за счет дрейфа; подобные процессы грозят нам генетическим вырождением.
2) Эта мутация перестала быть вредной; теперь она может распространиться за счет дрейфа, ну и пусть – нам от этого ни жарко, ни холодно.

Большинство болезней, конечно, не исчезли подобно оспе, а по-прежнему могут угробить человека, но из-за наличия антибиотиков – с гораздо меньшей вероятностью, чем раньше. Мутации, повышающие восприимчивость ко всем этим болезням, раньше были очень вредными (сильно снижали приспособленность), а теперь, в большинстве случаев, они лишь очень слабо снижают приспособленность (приспособленность меряем в среднем по человечеству). Можно опять-таки описать эту ситуацию двумя способами:
1) Очищающий отбор, действующий на эти вредные мутации, ослаб;
2) Эти вредные мутации сегодня стали менее вредными, чем раньше.

Ну вот. Мне кажется, что большинство «вредных мутаций», которые сейчас стали накапливаться в генофонде из-за «ослабления отбора», это как раз такие мутации, которые раньше были действительно вредными, а теперь их вредность радикально уменьшилась.

From:

macroevolution.livejournal.com

Поскольку вредность многих вредных мутаций, очевидно, уменьшается из-за развития медицины и т.п., мы НЕ можем принять для простоты, что все мутации одинаково вредны. И вот тут как раз вступает в действие аргумент, связанный с численностью. Чем выше численность популяции, тем ниже тот порог «вредности» мутации, начиная с которого она становится видимой для отбора. Рост численности популяции увеличивает эффективность действия очищающего отбора на мутации с очень слабым вредным эффектом. Поэтому накопление этих мутаций, вредность которых сейчас снижается до очень низких величин, будет притормаживаться за счет повышения эффективности отбора, которое происходит благодаря росту численности популяции. Кроме того, огромная численность популяции снижает вероятность случайной потери и увеличивает вероятность распространения мутаций с очень-очень слабым полезным эффектом.

В эксперименте с дрозофилами, когда вы стали оставлять в живых по 2 потомка от каждой самки, вы тем самым как бы сказали мухам: ребята, отныне все мутации, снижающие вашу плодовитость до 10, 5, даже до 2 потомков за жизнь, перестают для вас быть вредными. Сколько бы вы ни нарожали, все равно в живых останутся ровно двое. Мухи обрадовались и быстренько накопили эти мутации – безвредные для них в данных условиях. А потом вы сказали: опаньки, а мы пошутили, эти мутации все равно вредные, вот сейчас мы их у вас подсчитаем. Ах, как вы выродились!

А вот если бы возникла мутация, снижающая плодовитость до 1 потомка за жизнь, она бы в условиях эксперимента оказалась вредной и была бы отсеяна. Так же и с людьми. Если возникнет мутация, вредность которой не может быть радикально уменьшена при имеющемся уровне медицины, такая мутация будет эффективно отсеиваться отбором.

Все это нисколько не противоречит тому, что из-за накопления таких «вредных в прошлом, а сегодня лишь очень-очень слабо-вредных» мутаций человечество в среднем может стать несколько более чахлым, кособоким, болезненным и туповатым. Собственно, есть мнение, что примерно это с нами и происходит в течение последних 10 000 лет. (хотя еще надо проверить, у кого дела обстоят хуже по части вырождения – у японцев с их медициной и большой популяцией, или у каких-нибудь богом забытых охотников-собирателей амазонских джунглей, у которых из-за маленькой численности их замкнутой популяции путем дрейфа могла накопиться куча действительно вредных мутаций).

Но как только дело принимает действительно серьезный оборот, т.е. степень чахлости становится у кого-то настолько сильной, что начинает снижать репродуктивный успех, то это просто значит, что отбор снова принялся за работу.

Что касается отбора на интеллект, то он, конечно, может быть отрицательным во многих социумах. Это значит, что мутации, снижающие интеллект, являются в таких социумах, черт возьми, полезными. Это печально, но можно все-таки надеяться, что в некоторых социальных прослойках он будет оставаться положительным. По крайней мере известно, что при опросах во многих странах люди указывают интеллект как один из самых главных критериев при выборе брачного партнера.

Про прочие мелочи не буду. Очень хотелось бы достигнуть взаимопонимания по главному пункту.