Про адамов и ев
Oct. 18th, 2011 05:25 pm![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
macroevolutionПолучил по почте вопрос:
"Недавно с огромным удивлением обнаружил, что считается, что все живущие люди имеют общего предка по Y-хромосоме. Верно ли это утверждение, которое я почерпнул из [http://en.wikipedia.org/wiki/Y-chromosomal_Adam]? Я был бы очень рад прочесть Ваше разъяснение на эту тему в Вашем блоге.
Спасибо!"
Хотя в последнее время мне редко удается найти время на ответы на вопросы, этот вопрос меня "зацепил" тем, что лишний раз напомнил: то, что специалистам и, скажем, активным читателям научно-популярных материалов по биологии уже давно понятно, до сих пор остается непонятным множеству интересующихся и смущает умы! Еще одна причина, по которой я в последние месяцы очень вяло отвечал на вопросы, состоит в том, что на очень многие вопросы мне хочется ответить тем или иным фрагментом из новой книжки, которая уже вот-вот выйдет (по последним данным - до 10 ноября!). Короче, вот кусочек из черновика первого тома - "разъяснялка" как раз по этой теме. Она про Ев, но всё полностью приложимо и к Y-хромосомным Адамам. Читателям, которым все это давно известно и скучно, мои извинения.
Откуда берутся митохондриальные Евы
Любая популяция любого вида животных обязательно имела в прошлом свою «митохондриальную Еву» – последнюю общую праматерь всех ныне живущих представителей данной популяции по прямой материнской линии. «Евы» появляются автоматически и неизбежно из-за случайных колебаний частот генетических вариантов (например, вариантов митохондриальной ДНК) в популяции. Чтобы понять, почему так получается, рассмотрим простую модель. Допустим, у нас есть популяция, включающая 10 самок, у каждой из которых имеется свой вариант мтДНК, немного отличающийся от остальных. Число самок (то есть размер популяции) не имеет принципиального значения: оно влияет только на среднее число поколений, требующихся для того, чтобы одна из этих самок стала «Евой». Чем больше популяция, тем дольше придется ждать.
Предположим, что каждая самка оставляет после себя с равной вероятностью либо 0 дочерей, либо одну, либо две. Обозначим исходные варианты мтДНК у наших 10 самок буквами латинского алфавита:
abcdefghij (1)
Это поколение 1. Чтобы смоделировать следующее (второе) поколение, воспользуемся генератором случайных чисел. Сойдет и обычная игральная кость. Нам нужна последовательность из 10 случайных целых чисел в диапазоне от 0 до 2, чтобы определить, сколько дочерей родила каждая самка. Бросаем кость 10 раз, если выпадает 1 или 2, записываем ноль, если 3 или 4 – записываем единицу, если 5 или 6 – двойку. У меня получилась такая последовательность:
2 2 1 2 2 1 0 0 1 1
В соответствии с этими числами «родим» для каждой самки дочерей. Учитывая, что дочь наследует мтДНК матери, выпишем распределение митохондриальных гаплотипов (вариантов) в поколении 2:
aabbcddeefij (2)
Можно заметить, что из 10 исходных гаплотипов во второе поколение перешли только 8. Две самки (g и h) не оставили дочерей, и их митохондриальные линии пресеклись. Самок у нас теперь стало 12, поэтому для того, чтобы смоделировать поколение 3, понадобится 12 случайных чисел. Вот они:
2 2 0 0 2 0 2 1 2 0 2 1
А вот и третье поколение:
aaaaccddeeeiij (3)
В третьем поколении «потерялись» еще два гаплотипа: b и f. Продолжая моделирование, получаем последовательность поколений:
aaaeeejj (4)
eeejj (5)
ejjjj (6)
eejjjjjj (7)
eeejjj (8)
eeejj (9)
eeeej (10)
eeeejj (11)
eeeeeej (12)
eeeejj (13)
eeeej (14)
eeeej (15)
eeeej (16)
eeeeee (17)
Вот и все: к семнадцатому поколению в нашей популяции остался только один митохондриальный гаплотип из 10 исходных. Это значит, что прямые потомки по женской линии остались только у одной из исходных 10 самок.
Процесс этот абсолютно неизбежен: сколько бы мы ни взяли исходных самок с разными гаплотипами, через какое-то число поколений в популяции останется только один из них. При этом одна из древних носительниц этого гаплотипа автоматически превращается в «митохондриальную Еву» – последнюю общую праматерь всех особей в популяции по непрерывной женской линии.
Кстати, какая именно самка в нашей модели стала «Евой» для поколения №17? Думаете, это самка «e» из поколения 1? А вот и нет: у поколения 17 есть и более поздняя общая праматерь. Это самка с гаплотипом «e» из поколения 6. Самка «е» из поколения 1, конечно, тоже является общей праматерью поколения 17 по женской линии, но она – не самая поздняя из таких праматерей.
Вымышленный пример генеалогического дерева вариантов митохондриальной ДНК. В каждом поколении в популяции присутствует 15 самок, у каждой из которых может быть 0, 1, 2 или 3 дочери. Все самки 16-го поколения восходят к «митохондриальной Еве» из поколения №2.
При желании можно придумать фантастические ситуации, в которых «Ева» никогда не появится. Но эти ситуации не имеют отношения к реальности. Например, Евы не будет, если каждая самка непременно оставляет после себя хотя бы одну дочь (нет ни бездетных самок, ни таких, кто оставил после себя лишь сыновей). Каждому ясно, что так не бывает. Обязательно какая-то часть самок умирает, не родив ни одной дочери. Исходное множество гаплотипов может не сократиться до одного и в том случае, если численность популяции будет бесконечно расти. Но так тоже не бывает: планета не резиновая, рост любой популяции рано или поздно останавливается.
Что будет, если популяция разделится на две – например, часть особей переселится на другой материк, и каждая из двух дочерних популяций будет процветать на своем материке? В этом случае в каждой из двух популяций тоже обязательно рано или поздно закрепится какой-то один из исходного набора гаплотипов. Причем, скорее всего, на разных материках это будут разные гаплотипы. Получится, что у каждой из двух популяций есть своя «митохондриальная Ева». Кроме того, будет и третья Ева – общая для обеих групп. Она окажется глубже в прошлом, чем обе «персональные» Евы разделившихся популяций.
"Недавно с огромным удивлением обнаружил, что считается, что все живущие люди имеют общего предка по Y-хромосоме. Верно ли это утверждение, которое я почерпнул из [http://en.wikipedia.org/wiki/Y-chromosomal_Adam]? Я был бы очень рад прочесть Ваше разъяснение на эту тему в Вашем блоге.
Спасибо!"
Хотя в последнее время мне редко удается найти время на ответы на вопросы, этот вопрос меня "зацепил" тем, что лишний раз напомнил: то, что специалистам и, скажем, активным читателям научно-популярных материалов по биологии уже давно понятно, до сих пор остается непонятным множеству интересующихся и смущает умы! Еще одна причина, по которой я в последние месяцы очень вяло отвечал на вопросы, состоит в том, что на очень многие вопросы мне хочется ответить тем или иным фрагментом из новой книжки, которая уже вот-вот выйдет (по последним данным - до 10 ноября!). Короче, вот кусочек из черновика первого тома - "разъяснялка" как раз по этой теме. Она про Ев, но всё полностью приложимо и к Y-хромосомным Адамам. Читателям, которым все это давно известно и скучно, мои извинения.
Откуда берутся митохондриальные Евы
Любая популяция любого вида животных обязательно имела в прошлом свою «митохондриальную Еву» – последнюю общую праматерь всех ныне живущих представителей данной популяции по прямой материнской линии. «Евы» появляются автоматически и неизбежно из-за случайных колебаний частот генетических вариантов (например, вариантов митохондриальной ДНК) в популяции. Чтобы понять, почему так получается, рассмотрим простую модель. Допустим, у нас есть популяция, включающая 10 самок, у каждой из которых имеется свой вариант мтДНК, немного отличающийся от остальных. Число самок (то есть размер популяции) не имеет принципиального значения: оно влияет только на среднее число поколений, требующихся для того, чтобы одна из этих самок стала «Евой». Чем больше популяция, тем дольше придется ждать.
Предположим, что каждая самка оставляет после себя с равной вероятностью либо 0 дочерей, либо одну, либо две. Обозначим исходные варианты мтДНК у наших 10 самок буквами латинского алфавита:
abcdefghij (1)
Это поколение 1. Чтобы смоделировать следующее (второе) поколение, воспользуемся генератором случайных чисел. Сойдет и обычная игральная кость. Нам нужна последовательность из 10 случайных целых чисел в диапазоне от 0 до 2, чтобы определить, сколько дочерей родила каждая самка. Бросаем кость 10 раз, если выпадает 1 или 2, записываем ноль, если 3 или 4 – записываем единицу, если 5 или 6 – двойку. У меня получилась такая последовательность:
2 2 1 2 2 1 0 0 1 1
В соответствии с этими числами «родим» для каждой самки дочерей. Учитывая, что дочь наследует мтДНК матери, выпишем распределение митохондриальных гаплотипов (вариантов) в поколении 2:
aabbcddeefij (2)
Можно заметить, что из 10 исходных гаплотипов во второе поколение перешли только 8. Две самки (g и h) не оставили дочерей, и их митохондриальные линии пресеклись. Самок у нас теперь стало 12, поэтому для того, чтобы смоделировать поколение 3, понадобится 12 случайных чисел. Вот они:
2 2 0 0 2 0 2 1 2 0 2 1
А вот и третье поколение:
aaaaccddeeeiij (3)
В третьем поколении «потерялись» еще два гаплотипа: b и f. Продолжая моделирование, получаем последовательность поколений:
aaaeeejj (4)
eeejj (5)
ejjjj (6)
eejjjjjj (7)
eeejjj (8)
eeejj (9)
eeeej (10)
eeeejj (11)
eeeeeej (12)
eeeejj (13)
eeeej (14)
eeeej (15)
eeeej (16)
eeeeee (17)
Вот и все: к семнадцатому поколению в нашей популяции остался только один митохондриальный гаплотип из 10 исходных. Это значит, что прямые потомки по женской линии остались только у одной из исходных 10 самок.
Процесс этот абсолютно неизбежен: сколько бы мы ни взяли исходных самок с разными гаплотипами, через какое-то число поколений в популяции останется только один из них. При этом одна из древних носительниц этого гаплотипа автоматически превращается в «митохондриальную Еву» – последнюю общую праматерь всех особей в популяции по непрерывной женской линии.
Кстати, какая именно самка в нашей модели стала «Евой» для поколения №17? Думаете, это самка «e» из поколения 1? А вот и нет: у поколения 17 есть и более поздняя общая праматерь. Это самка с гаплотипом «e» из поколения 6. Самка «е» из поколения 1, конечно, тоже является общей праматерью поколения 17 по женской линии, но она – не самая поздняя из таких праматерей.
Вымышленный пример генеалогического дерева вариантов митохондриальной ДНК. В каждом поколении в популяции присутствует 15 самок, у каждой из которых может быть 0, 1, 2 или 3 дочери. Все самки 16-го поколения восходят к «митохондриальной Еве» из поколения №2.
При желании можно придумать фантастические ситуации, в которых «Ева» никогда не появится. Но эти ситуации не имеют отношения к реальности. Например, Евы не будет, если каждая самка непременно оставляет после себя хотя бы одну дочь (нет ни бездетных самок, ни таких, кто оставил после себя лишь сыновей). Каждому ясно, что так не бывает. Обязательно какая-то часть самок умирает, не родив ни одной дочери. Исходное множество гаплотипов может не сократиться до одного и в том случае, если численность популяции будет бесконечно расти. Но так тоже не бывает: планета не резиновая, рост любой популяции рано или поздно останавливается.
Что будет, если популяция разделится на две – например, часть особей переселится на другой материк, и каждая из двух дочерних популяций будет процветать на своем материке? В этом случае в каждой из двух популяций тоже обязательно рано или поздно закрепится какой-то один из исходного набора гаплотипов. Причем, скорее всего, на разных материках это будут разные гаплотипы. Получится, что у каждой из двух популяций есть своя «митохондриальная Ева». Кроме того, будет и третья Ева – общая для обеих групп. Она окажется глубже в прошлом, чем обе «персональные» Евы разделившихся популяций.
![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
no subject
Date: 2011-10-19 06:36 am (UTC)no subject
Date: 2011-10-19 06:52 am (UTC)no subject
Date: 2011-10-19 07:36 am (UTC)Ну или для иронических рассказов a la Лем.
no subject
Date: 2011-10-19 08:16 am (UTC)Например, жизнеспособность особей промежуточного (среднего) роста в нашей модели с большой вероятностью окажется меньше, чем у более низких и более высоких, и тогда скрещиваться высоким с низкими станет невыгодно, и отбор станет поддерживать мутации, склоняющие наших животных ыбирать себе брачных партнеров того же роста, что и они сами.
no subject
Date: 2011-10-19 08:21 am (UTC)no subject
Date: 2011-10-19 08:25 am (UTC)no subject
Date: 2011-10-19 08:34 am (UTC)По Нешенел Географик была передача, где они искалиАдама и даже нашли его примерные координаты и время жизни. Они рассказывали слезную историю о том, что человечество сократилось до 10 особей и только один мужчина оставил потомство.
no subject
Date: 2011-10-19 08:37 am (UTC)no subject
Date: 2011-10-19 01:54 pm (UTC)1) в популяции всегда 1000 женщин
2) каждая рождает от 2 до 10 детей девочек, но выживает все равно не более 1000
от 100 до 500 поколений
no subject
Date: 2011-10-19 03:02 pm (UTC)Вопросы:
1. «Исходное множество гаплотипов может не сократиться до одного и в том случае, если численность популяции будет бесконечно расти. Но так тоже не бывает: планета не резиновая, рост любой популяции рано или поздно останавливается.»
Не могло ли случиться так, что с какого-нибудь миллионного года до н.э. эры (дата условная) население увеличивается со скоростью достаточной, чтобы не закреплялся один вариант мтДНК?
2. Пусть А и Б – какие-то самки одного вида, а В – самка другого вида. Возможно ли, что у А и Б – митохондриальная "Ева" яляется предком "Евы" для А и В? Или это невозможное событие?
3. Как давно жила наша “Ева”? Не может ли случиться так, что она представляет собой какую-нибудь лягушку? Тут утрирую, конечно. Но “Ева”, вообще, была похожа на человека?
no subject
Date: 2011-10-19 04:42 pm (UTC)Почему я привязался к вирусам - я так понимаю, вирус мог заразить целое сообщество сразу, повлияв (предположим) на интеллектуальные способности положительным образом. Тем самым вызвав "нужную" мутацию сразу у большого числа особей. Возможно также повлияв на их социальное поведение. Мозг потребляет много энергии. Поумневший мозг должен потреблять еще больше, это понятно. Но взамен появляется способность, скажем так, более рационально планировать свои действия и тем самым самосохраняться.
С мутацией у отдельной особи такое ведь очень маловероятно могло привести к решающим изменениям.
Обзор
Date: 2011-10-19 06:41 pm (UTC)no subject
Date: 2011-10-19 08:59 pm (UTC)Тогда это уже никак нельзя называть мутацией. Мутация происходит более-менее случайно в случайном месте. А описанное - это уже какая-то направленная модификация генома в строго определённой точке. По ряду причин это не только крайне маловероятно, но и весьма затруднительно для вируса - обработать таким образом разом всю популяцию, причём, что важно, достать до клеток-предшественников гамет, при этом не убив их по-тупому.
> С мутацией у отдельной особи такое ведь очень маловероятно могло привести к решающим изменениям.
Мутация всегда у отдельной особи, она индивидуальна. Только в типичном случае все нужные мутации уже произошли миллионы лет назад, как-то там случайно распространились, и отбор потихоньку их, значится, отбирает. Хотя, конечно, есть и другие, нетипичные случаи - это обычно как раз касается "свежих" мутаций, случайно давших устойчивость к какому-то опасному возбудителю болезни. Такая мутация - да, может резко "подняться" сразу, даже невзирая на явные вредные побочные эффекты. Но повышение интеллекта вряд ли относится к подобному классу случаев, обрабатываемых таким внезапным способом.
no subject
Date: 2011-10-19 09:04 pm (UTC)куда течет время?
Date: 2011-10-20 02:23 am (UTC)Более того, я использую коалесценцию для определения понятия популяции - кто коалесцирует на разумных временах, те стало быть принадлежат к одной популяции - поскольку не защищены друг от друга использованием разных ниш. И пример когда каждая скотина оставляет ровно одного (бесполого) потомка очень кошерный.
Но надо что-то делать со временем. В макроэволюции оно течет вверх - видимо, поскольку слои откладываются снизу вверх. А в микроэволюции - вниз - видимо, потому что так Мендель нарисовал. Так учить студентов нельзя! У меня время всегда волевым решение течет вверх.
no subject
Date: 2011-10-20 03:38 am (UTC)Ну реально Ева строилась не так ...
Date: 2011-10-20 09:21 am (UTC)no subject
Date: 2011-10-20 10:45 am (UTC)http://evolbiol.ru/
no subject
Date: 2011-10-20 10:56 am (UTC)no subject
Date: 2011-10-20 11:05 am (UTC)no subject
Date: 2011-10-20 04:55 pm (UTC)no subject
Date: 2011-10-20 05:31 pm (UTC)no subject
Date: 2011-10-20 05:58 pm (UTC)no subject
Date: 2011-10-20 06:03 pm (UTC)Согласно Википедии, возраст митохондриальной Евы то ли 200, то ли 140 тыс. лет (данные постоянно уточняются). Возраст Homo sapiens ведут приблизительно с того же времени.
no subject
Date: 2011-10-20 06:56 pm (UTC)Если брать 0-2 детей, то сходится в среднем через 1.3 размера популяции.
Время расчёта пропорционально квадрату размера.