Про баню, стресс и касту сверхсолдат

[macroevolution]

Коллекционирую - вот уже лет 5 - исследования, имеющие хоть какое-то отношение к т.н. "эпигенетической теории эволюции", развиваемой М.А.Шишкиным из нашего института (улов не велик, но кое-что набралось). Эта теория практически неизвестна за пределами бывшего СССР, но удивительно популярна среди наших теоретиков-эволюционистов. Что мне в этой теории отчетливо не нравится - это воинственная риторика, используемая в ее текстах (СТЭ - на помойку, ЭТЭ - на пьедестал), и активная эксплуатация "эффекта голого короля", т.е. когда мысль излагается такими умными и непонятными словами, что читатель боится возразить, опасаясь, что чего-то не понял или понял не так. Если очень упрощать, то, на мой взгляд, теория основана на абсолютизации таких эволюционных механизмов, как эффект Болдуина и генетическая ассимиляция морфозов. Рациональное зерно безусловно есть, но это не "смена парадигмы", а всего лишь ценное дополнение к общепринятому - нормальное развитие, а не революция. Может, когда-нибудь напишу обзорчик, давно собираюсь. А пока - две новости, довольно сложные, но важные и интересные, обе из Science. Меня тут, помимо прочего, интересует явление стохастической изменчивости, которая не связана ни с генетическими различиями, ни с разными условиями среды. Этой изменчивостью обычно пренебрегают, но в природе она есть, а уж в нашей модели онтогенеза она прямо-таки изо всех щелей полезла - довольно интригующее обстоятельство.

Стресс помогает справиться с вредными мутациями

Эксперименты на червях C. elegans показали, что эффекты многих вредных мутаций отрицательно коррелируют с силой реакции организма на перегрев. У особей, энергично реагирующих на тепловой стресс, многие вредные мутации не проявляются в фенотипе. Это объясняется тем, что белки-шапероны, вырабатывающиеся при перегреве, помогают другим белкам восстановить «правильную» трехмерную конфигурацию независимо от того, чем она была нарушена — перегревом или мутацией. Кроме того, особи с сильной реакцией на стресс живут в среднем дольше. Казалось бы, отбор должен был закрепить устойчиво высокий уровень реакции на стресс, однако этот уровень сильно варьирует даже у генетически идентичных червей. Как выяснилось, это связано с тем, что особи с сильной реакцией на стресс «платят» за свои преимущества пониженной плодовитостью. Поэтому в переменчивых и непредсказуемых условиях, характерных для природных местообитаний C. elegans, оптимальной стратегией оказалось сохранение стохастической изменчивости по данному признаку.

Параллельная эволюция касты «сверхсолдат» у муравьев получила объяснение

У нескольких видов муравьев из обширного рода Pheidole кроме обычных рабочих и солдат есть каста «сверхсолдат», защищающих колонию от набегов кочевых муравьев. Ученые из Канады и США показали, что если личинок тех видов Pheidole, у которых сверхсолдат нет, обработать ювенильным гормоном, личинки превращаются в сверхсолдат. У некоторых из этих видов аномальные особи, похожие на сверхсолдат, изредка встречаются в природе. Вероятно, потенциальная способность к такому «морфозу» (развитию измененного фенотипа при неизменном геноме) унаследована всеми Pheidole от общего предка, хотя у большинства видов она проявляется только в виде редкой аномалии. У видов, подвергающихся атакам кочевых муравьев, наличие таких аномалий оказалось полезным, и отбор закрепил этот фенотип, сделав его появление в колониях регулярным. Данный эволюционный механизм, известный под названием «генетической ассимиляции морфозов», объясняет независимое развитие касты сверхсолдат в нескольких эволюционных линиях муравьев.

Comments

[dims12.livejournal.com]

Пардон, хочу поинтересоваться насчёт термина. Может ли служить примером эффекта Болдуина отсутствие волос у людей (традиция носить одежду повлияла на геном)? Или тут речь идёт ещё о чём-то?

[chyyr.livejournal.com]

Так волос нет и у тех, кто одежду традиционно не носит, разве нет?

[gegmopo4.livejournal.com]

Нет, просто климат в местах появления человеков был подходящий. Слоны, носороги и т.п. по той же причине безволосы. А вот отсутствие одежды долгое время сдерживало распространение безволосых людей за пределы узкого климатического пояса.

[aleksandr berezovski (from livejournal.com)]

EvoDevo можно скачать (бесплатно без СМС :о)? Поиграться.

[macroevolution.livejournal.com]

Сын работает над этим :-(
Вот по этой ссылке: http://file.qip.ru/get/9_aKJVC2/evoDevo.html
он выложил программу, но говорили, что там вирус засел. я не знаю, как проверить.

[alzarus.livejournal.com]

А почему муравьиные «сверх солдаты» из-за своей превосходящей эффективности со временем не вытеснили полностью обычных солдат? Ведь стабильные фенотипные изменения могут со временем закрепиться и в генотипе. Или это по какой-то причине могло быть не выгодно для колонии? Слишком много кушают? :)

[dritte-mal.livejournal.com]

обычные солдаты жалуются на этих сверх- в комитет солдатской матери.

[macroevolution.livejournal.com]

Не знаю, но можно предположить, что, во-первых, слишком много кушают (экономически невыгодно заменять всех солдат сверхсолдатами), во-вторых, хуже справляются с функциями обычных солдат и используются только для дополнительной специальной функции - обороны от кочевых муравьев. Для более содержательного ответа нужно рыться в литературе.

[cordek.livejournal.com]

коллекция хорошая.
ЭТЭ в том виде как её описывает Шишкин на помойку, если теорию нельзя объяснить она никому не нужна.
Другое дело что у вас, и у Шабанова описание более логичное и понятное, в таком виде можно что-то экспериментировать и доказывать.

[kraidiky.livejournal.com]

Про стохастику напомниле мне мысль.

Давно не даёт одна мысль покоя касательно изменчивости в популяции. Мы часто говорим, что тот или иной аллель выгоден или нет, и если отбор по нему явно есть и сильный, то он, быстро вытесняет альтернативные версии. И на столько к этому привыкли, что о наличии в популяции всегда набора разных аллелей даже вы в "Рожедении сложности" вспомнили только к середине и как о вспомогательном условиии для отбора.

Но по гену MAOA мы явно видим обратную ситуацию. По гену до сих пор идёт мощный отбор, но он не только не приводит к изменению соотношения, которое примерно одинаковое у всех кроме аборигенов Австралии, но и даже сохраняется вдалеке от бутылочных горлышек, то есть в сравнительно стационарных условиях.

Это навело меня на следующее рассуждение. КОнечная цель генома на уровне популяции - подстройка к условиям обитания. В простейшем случае когда условия меняются быстро подстройка происходит за счёт изменения соотношений разных видов в системе, что позволяет удерживать ситуацию достаточно стабильной в широких пределах начальных условий. Так почему бы нам не рассматривать популяцию в которой присутствуют разные аллели как миниэкосистему собранную из неоднородных, но близких по геному особей, которая производит тонкую настройку себя на окружающие условия перераспределяя ресурсы между особями с разными особенностями. Если так, то группе становится выгодно держать у себя определённый набор признаков и перетусовывать его.

В этом смысле логичным оказывается то что ген локализован в X хромосоме при том, что у женщин почти не проявляется. Это защитный механизм, позволяющий частично спрятать разнообразие по этому признаку от отбора.

Ещё в эту же логику хорошо ложатся гены найденные Уотсоном при работах над аутизмом. С одной стороны логики явно отрицательная социальная адаптация, снижающая репродуктивный успех, с другой стороны группе явно выгодно поддерживать уровень логиков не ниже определённого уровня чтобы иногда рекомбинация давала уникумов, типа Перельмана. И для этого появляются дополнительные адоптации, например внедрение в культуру "авторитета ботана". Таким образом на уровне группового отбора экосистема "популяция" делает тонкуя настройку собственного генома не сводящуюся к появлению и доминированию аллелей.

В ту же логику, кстати, ложится поддержание в популяции консерваторов и новаторов и поддержание их соотношения в ситуационном балансе, при том, что побюеда только одних из них очевидным образом ведёт к проигрышу.

Прокомментируйте рассуждение если есть время.

[shvarz.livejournal.com]

Геном не может контролировать силу и направление отбора, но может (в некоторой степени) контролировать частоту мутаций или свою структуру. И по этому признаку определенно некоторая оптимизация (в долгосрочном плане) происходит. Например - обратная связь между размером генома и частотой мутаций у вирусов. У ВИЧ белок оболочки устроен так, что он очень толерантен к мутациям, что позволяет вирусу эффективно избегать иммунный ответ.

[sergey_cheban]

Попробую переформулировать. В человеческой популяции до сих пор есть мужчины и женщины. Хотя, казалось бы, один из вариантов половой хромосомы должен был полностью вытеснить другой, "менее удачный".

[abra-kadabra-sa.livejournal.com]

Извините, я ни разу не биолог, но вполне так распространено мнение (правда, психологическое, но все ведь взаимосвязано), что мужчины чаще стараются сдерживаться в своих реакциях при стрессе, за счет этого и живут меньше женщин :) Cовершенно не про мутации и сверхсолдат :)

[kinqfisher.livejournal.com]

Это не мнение, а предрассудок.

[macroevolution.livejournal.com]

Интересная параллель.

[kinqfisher.livejournal.com]

> когда мысль излагается такими умными и непонятными словами, что читатель боится возразить, опасаясь, что чего-то не понял или понял не так.
типа Чайковского?

Взять на вооружение!

[pingback-bot.livejournal.com]

User 2born referenced to your post from Взять на вооружение! (http://2born.livejournal.com/17795.html) saying: [...] Хороший, полезный термин (заимствовано у http://macroevolution.livejournal.com/81037.html [...]

[2born.livejournal.com]

Поясните, пожалуйста, что Вы подразумеваете под "стохастической изменчивостью". Она происходит на уровне генов или как? И в каком смысле она не связана с генетическими различиями?

[macroevolution.livejournal.com]

А вы посмотрите заметку про нематод по приведенной ссылке.
Вот если у нас организмы разные, потому что у них гены разные - это обычная наследственная изменчивость, или "мутационная", или "неопределенная".
Если у нас организмы с одинаковыми генами, но в разных условиях росли и поэтому разные - это у нас ненаследственная, средовая, определенная, модификационная изменчивость.
А если у нас организмы с одинаковыми генами, и в одинаковых условиях росли, а все равно разные - это и будет та самая стохастическая изменчивость, о которой речь. Ее обычно не замечают или игнорируют, а она есть.

[doliolida.livejournal.com]

Вот еще любопытная статья для размышлений:
Specchia et al., Hsp90 prevents phenotypic variation by suppressing the mutagenic activity of transposons. Nature. 2010. 463:662-5. (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20062045)
Авторы утверждают, что опровергают модель Rutherford о чисто эпигенетическом буфферном эффекте HSP90, потому что снижение активности HSP90 ведет к активации мобильных элементов.
Особого опровержения, по-моему, у них нет - одно другому не противоречит, и, наверняка, работает и эпигенетика - буфферный эффект HSP90 на работу чуть-чуть поломанных белков, и генетика - ретротранспозоны плодятся.
Но работа красивая. Идея такая: у дрозофилы борьбой с экспрессией ретротранспозонов в клетках зародышевого пути занимается система РНК-интерференции, основанная на piRNA. Эта же система занимается подавлением гетерохроматиновых генов Stellate, которые случайно расплодились в гетерохроматине, и если им позволить работать, то в сперматоцитах продукта становится так много, что он кристаллизуется. Сперматоциты гибнут, набитые кристаллами. Такие кристаллы хорошо видно, и их очень удобно использовать как маркер, что РНК-интерференция работает плохо. Оказалось, что в ответ на стрессы, в том числе, тепловой шок, кристаллы появляются. Авторы показали, что это действительно связано с подавлением системы pi-RNA. Еще авторы провели скрининг на поиск, какие мутации тоже усиливают появление кристаллов и, таким образом, давят piRNA. И первым у них вылез HSP90. Поэтому они считают, что эффект мутаций HSP90 опосредуется именно через подавление системы РНК-интерференции. То есть, на фоне этих мутаций в клетках зародышевого пути бурно транскрибируются ретротранспозоны, подскакивает уровень мутаций.
Правда, это никак не объясняет нестабильности развития, ассиметричных морфозов и еще некоторых моментов, которые появляются при стрессе или при мутациям по HSP90. Но иметь в виду такой эффект полезно.
(Не уверена, что в статье написано именно то, что я рассказала - пересказываю по мотивам доклада на конференции, который был уже в 2011 году. Возможно, в докладе добавились еще не опубликованные данные)

[doliolida.livejournal.com]

Прошу прощения, обнаружила, что у Вас на элементах все это уже написано :)

[doliolida.livejournal.com]

По поводу муравьев возникает вопрос. Разве ситуация с «всплыванием» древнего фенотипа, для которого в геноме уже есть программа, независимо в разных линиях – это не хорошо известный сценарий?
Приходит на ум независимое появление крыльев у палочников (в эволюции), появление зубов у мутантных куриц (это уже в эксперименте). Или таких примеров пока очень мало?

[macroevolution.livejournal.com]

Да, есть примеры, конечно. Но каждый новый все равно интересен. А тут еще вдобавок любопытная деталь, что эта программа реально иногда проявляется в виде редкой аномалии у видов, не имеющих сверхсолдат, т.е. получается совсем "по Шишкину".

[kodusass.livejournal.com]

Вы пишете
""эпигенетической теории эволюции", развиваемой М.А.Шишкиным из нашего института (улов не велик, но кое-что набралось). Эта теория практически неизвестна за пределами бывшего СССР, но удивительно популярна среди наших теоретиков-эволюционистов."
В то же время из Гугля тьма всего, например
Эпигенетика: 100 причин изменить представления о наследственности http://www.cbio.ru/modules/news/article.php?storyid=3364 Оригинальная статья: Jablonka et al. Transgenerational Epigenetic Inheritance: Prevalence, Mechanisms, and Implications for the Study of Heredity and Evolution. The Quarterly Review of Biology, 2009; 84 (2): 131 DOI: 10.1086/598822 University of Chicago Press Journals

Интервью Александра Вайсермана доктор медицинских наук, http://moikompas.ru/compas/avaiserman

Передача Гордона 2009г Что такое эпигенетика? В чем разница между эпигенетическими и генетическими механизмами наследования? Какую роль в работе генов играет хроматин? Как влияют эпигенетические механизмы на клонирование животных? О связи эпигенетики и работы мозга - профессор Эдинбургского университета Эдриан Бёрд и биолог Егор Прохорчук.
Видео http://univertv.ru/video/biology/bioinzheneriya/epigenetika_besedy_gordona/

Yegor Voronin тут пока скромно выступил но почитайте это http://shvarz.livejournal.com/115522.html очень интересно.
Откуда же такое мнение, что эпигенетика мало кому известна?

[macroevolution.livejournal.com]

"Эпигенетическая теория эволюции" М.А.Шишкина и та эпигенетика, которой все занимаются и которой переполнен интернет - это абсолютно разные вещи. По несчастному стечению обстоятельств они называются одинаково. Это как раз тот случай, когда требуется заглянуть чуть дальше названия :)

[Дмитрий Шабанов (from livejournal.com)]

По-моему, зря Вы Шишкина "голым королем" считаете. Мне кажется совершенно ясным, что он не стремится усложнить и запутать свой способ изложения. Он действительно так думает! И это не недостаток, а достоинство - именно такой способ мышления помог ему построить что-то логичное.
Я думаю, что дело не в том, что СТЭ ложна - она частично справедлива, частично нет. Есть много ситуаций, когда она вполне хорошо работает - несмотря на свой редукционизм, и, может быть, даже просто-таки благодаря ему. А есть ситуации, когда объяснения СТЭ оказываются натянутыми, но люди, мышление которых сформировано стандартными подходами, не могут их раскопать. И когда Шишкин в этой ситуации говорит: "все, что есть - чепуха и логический хаос, надо все строить заново..." это оказывается необходимой предпосылкой возникновения нового взгляда.
Да, я считаю его статьи (1987 и 2006) очень ценными источниками. Но потом, на мой взгляд, Михаил Александрович попадает во вполне естественную ловушку - ему уже трудно признать, что, например, в тех ситуациях у бактерий, когда гены имеют однозначный эффект и фенотип является действительно зеркалом генотипа, можно (и нужно) использовать наработки СТЭ и не морочить себе голову.
Плюс дурную роль играют восторженные сторонники СТЭ, готовые по каждому поводу идеологически громить своих противников, обвиняя их то ли в идеализме, то ли в лысенковщине. Самое простое - послать их куда подальше вместе с их кашей в голове; найти с ними точки соприкосновения (и добиться, чтобы и они увидели эти точки) - намного более сложная задача.

[macroevolution.livejournal.com]

"Мне кажется совершенно ясным, что он не стремится усложнить и запутать свой способ изложения."
Может быть, я не настаиваю, но мне всегда казалось, что уж слишком заумно изложено. И потом, практически на любую критику ответ сторонников ЭТЭ начинается словами "вы исказили/неправильно поняли наши идеи". Я не считаю хорошим тоном, когда авторы совсем не пытаются идти навстречу читателю и хоть что-то сделать для облегчения понимания своих идей.
"это оказывается необходимой предпосылкой возникновения нового взгляда"
Возможны и другие - например, как у Докинза, где он пишет про куб Неккера.
"найти с ними точки соприкосновения (и добиться, чтобы и они увидели эти точки) - намного более сложная задача."
Ну, я-то именно это и пытаюсь делать.

[palmikko.livejournal.com]

Спасибо огромное, я наконец поняла про эту ЭТЭ хоть что–то! Ооооо. Для меня это всю жизнь был, натурально, какой–то дичайший птичий язык, я ни слова не понимаю в том, что они пишут — потому что я мыслю механизмами обычно, а с ними в этих работах вот именно что все грустно.