macroevolution | Entries tagged with новости науки

Мы с Еленой Наймарк после долгого перерыва возвращаемся на "Элементы"! Формально - с 1 октября, а пока я написал одну "внеочередную" новость по статье в Science, которая мне интересна в двух отношениях. Во-первых, она подтверждает милую моему сердцу идею о том, что в онтогенезе "по умолчанию" должно быть очень много хаотичности, и должны развиваться специальные механизмы, предназначенные для удержания этого хаоса в каких-то допустимых рамках, а развитие таких стабилизирующих механизмов способствует накоплению скрытой изменчивости, что, в свою очередь, способствует росту эволюционной пластичности - т.е. в итоге отбор, "пытаясь" повысить стабильность системы, способствует ее изменениям... такая диалектика. Ну а во-вторых, автор исследования - наша однокурсница Даша Онищук. Пока мы тут популяризируем, она работает в Германии, делает великие открытия и в Science публикуется.
Приведенное ниже резюме дает лишь поверхностное представление, кому интересно, жмите Читать полностью.

Выявлен белок, отвечающий за своевременное включение генов у эмбрионов

Ранние этапы эмбрионального развития животных идут под контролем материнских генов, а гены самого эмбриона остаются выключенными. Важнейшим переломным моментом является «переход от материнского типа экспрессии генов к зиготическому» (МЗП), в ходе которого в клетках эмбриона одновременно включаются десятки генов-регуляторов, которые берут на себя управление дальнейшим развитием. Германские ученые показали, что у рыбки данио-рерио переход с «материнской» программы развития на «зиготическую» управляется белком Pou5f1. Ранее про него было известно, что он работает в эмбриональных стволовых клетках млекопитающих, поддерживая их плюрипотентность (способность превращаться в специализированные клетки различных типов). Как выяснилось, Pou5f1 заранее (еще до МЗП) прикрепляется к регуляторным участкам множества генов — регуляторов развития, поддерживая их в состоянии «боевой готовности», благодаря чему они могут быстро включиться, как только будут получены соответствующие команды от других регуляторных белков или РНК. У насекомых аналогичную функцию выполняет другой, неродственный белок — Zelda. По-видимому, специальные регуляторные системы, способствующие минимизации хаоса в ходе МЗП, развивались у разных животных на разной молекулярной основе. Читать полностью

Интересный пример адаптивной эволюции из последнего номера Science.

Ядовитые приманки для тараканов часто делают на основе глюкозы. Некоторые популяции тараканов в Германии перестали травиться этими приманками - просто перестали их есть. Почему? Оказывается, у них изменилось вкусовое восприятие. Глюкоза, которая у нормальных тараканов возбуждает рецепторы сладкого вкуса, у тараканов-мутантов стала возбуждать рецепторы горького вкуса. Авторы не исследовали гены, только работу нейронов. Но, судя по косвенным данным, скорее всего адаптация произошла за счет мутаций в гене рецептора горечи, и в результате он стал реагировать не только на свои родные лиганды (такие, как, например, кофеин), но и на глюкозу. Рецепторы сладкого тоже реагируют на глюкозу, но активность "сладких" нейронов (sugar–gustatory receptor neurons) подавляется активностью "горьких", так что в итоге вкус приманки, основанной на глюкозе, таракану решительно не нравится.

Вот она, эволюция поведения. Очень элегантно, по-моему.

Ayako Wada-Katsumata, Jules Silverman, Coby Schal. Changes in Taste Neurons Support the Emergence of an Adaptive Behavior in Cockroaches // Science. 2013. V. 340. P. 972-975.

В тезисной форме - интересненькое за последние 3-4 дня.

1. При выборе спутника жизни от генов зависит, чего мы хотим, но не что получаем

Анализ большой выборки одно- и разнояйцевых близнецов, проживающих в Великобритании, позволил оценить степень наследуемости (генетической обусловленности) различий по осознанным предпочтениям при выборе брачного партнера. Изучалось отношение людей к 13 критериям выбора (доброта, ум, здоровье, внешняя привлекательность, образование, религиозность и др.) Оказалось, что около 20% индивидуальных различий по оценке важности этих критериев определяются генами, а не средой. В другом исследовании, выполненном на австралийских близнецах, показано, что наследуемость реализованных брачных предпочтений по подобным критериям пренебрежимо мала. Получается, что гены влияют на наши желания сильнее, чем на их осуществление — вероятно, потому, что для приобретения идеального брачного партнера одних желаний недостаточно. Выводы носят предварительный характер, и их не следует распространять на все критерии выбора спутника жизни. Читать полностью

То есть вот, к примеру, у этой парочки идеалы, может быть, похожие и генетически отчасти обусловленные, однако мужья - разные и генетически какие-то не обусловленные.

Первая фраза этой статьи в Evolution - просто чудо что такое. Для гурманов:
Sexual selection has helped shape the human mind and body, and will continue to influence the nature of our species into the future (Darwin 1859; Miller 2000).
То есть, я подчеркиваю, две ссылочки: на "Происхождение видов" Чарльза Дарвина и на "The Mating Mind" Джеффри Миллера. Так-то.

2. Телепередача про антропогенез: http://gogol.tv/video/277#playAll программа называется "говорящие головы", там два участника: Илья Колмановский и я. Забавно, что волею судеб эту передачу записывали в том же здании, где на другом этаже в это время заседал оргкомитет субботнего митинга.

3. Про митинг не буду писать, было симпатично, вот тут все б-м хорошо изложено, а вообще это становится уже таким привычным развлечением типа "сходить погулять в парк". А мы еще потом на концерте были, в кои то веки, ну хоть на Юлия Кима живого посмотрел (раньше не доводилось).

4. Будущих священников начали учить естественным наукам. Знакомый священник сообщил: "В таком масштабе - это впервые за всю новейшую историю Русской Православной Церкви: http://www.doctorantura.ru/ru/news/365-2012-01-26-05-51-44 http://www.doctorantura.ru/ru/news/369-2012-01-31-12-40-33 (однако следует отметить, что в XIX в. в Духовных академиях курс естествознания вполне традиционно читался на протяжении многих десятилетий). В наши дни в Московской духовной академии (Сергиев Посад) этот опыт начался чуть раньше: http://www.mpda.ru/news/text/60849.html
Надеемся (и на вполне это есть основания), что данное направление найдет и дальнейшее развитие."

5. Книга: Kim Sterelny. Dawkins vs. Gould. Survival of the Fittest

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

Одна из мутаций, изучавшихся в обсуждаемой работе, нарушает работу гена lin-31, участвующего в регуляции развития половой системы

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

Муравьи P. morrisi: обычный солдат и сверхсолдат

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.

Принимая коллективное решение, пчелы-разведчики убеждают оппонентов замолчать

Механизмы принятия решений нейронными сетями мозга и коллективами общественных животных во многом сходны. В обоих случаях происходит нечто вроде голосования, исход которого зависит от баланса сил между группами возбудимых объектов (нейронов или особей), получающих разную информацию из окружающей среды и голосующих за одно из нескольких возможных решений. Американские и британские биологи обнаружили, что ключевая особенность нейронных сетей, способных к принятию решений, — взаимное торможение — характерна и для пчелиного роя, выбирающего место для поселения. Пчелы-разведчики не только танцуют, приглашая рой лететь в облюбованное ими место, но и при помощи специальных сигналов «убеждают» оппонентов (разведчиков, агитирующих за другое решение) прекратить свой танец. Взаимное торможение повышает надежность системы принятия решений, помогая рою избежать ситуации буриданова осла.

Хороший подарок - залог долгой копуляции

Самцы некоторых насекомых и пауков во время ухаживания преподносят самкам свадебные подарки. Обычно это свежепойманная добыча, которую самка съедает во время копуляции, но иногда самцы обманывают своих подруг, подсовывая им несъедобные предметы. Ввести самку в заблуждение помогает яркая упаковка из паутины, в которую самцы пауков заворачивают свои подарки. Как выяснилось, у пауков Pisaura mirabilis самки одинаково охотно спариваются с кавалерами, предлагающими настоящие и «символические» подарки, тогда как самцы без подарков имеют вдвое меньше шансов. Однако самка, получившая несъедобный подарок, быстрее прекращает копуляцию, что снижает репродуктивный успех самцов-обманщиков: они успевают передать партнерше меньше спермы, чем их конкуренты, потратившие время и силы на добывание настоящего, питательного подарка. По-видимому, именно этим объясняется тот факт, что большинство самцов P. mirabilis всё-таки предпочитают дарить самкам хорошие подарки.
Читать новость (там еще много трогательных подробностей)

С наступающим, дорогие друзья! Хороших подарков всем вам!

Самки мух Rhamphomyia sulcata одинаково благосклонно принимают маленькие съедобные подарки и большие символические.

Это, кстати, моя юбилейная, пятисотая заметка на Элементах )

Неинформированные массы мешают меньшинству переубедить большинство

Если в обществе существует конфликт интересов между информированным и упертым меньшинством и тоже информированным, но менее упертым большинством, на принятие коллективного решения можно повлиять, добавляя в группу то или иное количество неинформированных (наивных) особей. Умеренная примесь "хомячков" делает общество менее уязвимым для манипуляций со стороны меньшинств (т.е. повышает вероятность того, что коллективное решение окажется "демократичным" - согласным с волей информированного большинства). Но если "хомячков" слишком много, поведение группы становится хаотичным: выбор решения начинает осуществляться случайным образом. Подробности см. по ссылке.

Крысы выручают друзей из беды и делятся с ними шоколадом

Эксперименты американских биологов показали, что крысы целенаправленно помогают своим попавшим в беду товарищам и даже делятся с ними лакомством, которое могли бы съесть в одиночку. Крысы выпускают друг друга из ловушки даже в том случае, если освобожденный оказывается после этого в отдельном помещении, так что наблюдаемое просоциальное поведение нельзя объяснить желанием скрасить свое одиночество.

О том, что у грызунов есть простые формы эмпатии, никто уже и не спорит. Речь теперь идет о сложных. Обратите внимание, что эксперименты проводились с крысами, которым давали предварительно 2 недели, чтобы наладить отношения друг с другом. На незнакомых представителей своего вида грызунам глубоко плевать, а к знакомцам они испытывают сочувствие. В общем, все как у людей.

Диверсификация животных началась задолго до кембрийского взрыва

Комплексный анализ новейших палеонтологических и молекулярно-генетических данных подтвердил, что кембрийскому взрыву (внезапному появлению большинства современных типов животных в начале — середине кембрия, около 540–500 млн лет назад) предшествовал период «скрытой» эволюции животного царства длительностью в четверть миллиарда лет.

От эволюционного "изобретения" (появления первых животных) до его "широкого внедрения" прошло четверть миллиарда лет. Кембрийский взрыв был спровоцирован ростом концентрации кислорода, что, в свою очередь, позволило некоторым бентосным животным перейти к активному хищничеству, что запустило автокаталитический процесс "эволюционной гонки вооружений", создания ниш и роста биоразнообразия.

________________________
из откликов читателей - science and apologetics - две точки зрения
1) "Моя бабушка с интересом читает первый том ЭЧ, но сказала, что не будет читать второй. Потому что, говорит, это может жестоко поколебать религиозные чувства (которые доставляют ей удовольствие)."

2) "Сам Александр Марков, кажется, уверен, что его изыскания совершенно опровергают веру в акт творения, существование Творца и божественное происхождение человека. На самом деле это просто вопросы, проходящие по другому ведомству. Если богословы XVI века не могли обосновать наблюдений Джордано Бруно, это не значит, что он заблуждался. Нынешним богословам тоже есть теперь над чем поломать голову." (из рецензии М. Кучерской)

В сегодняшнем Science явно больше интересных статей, чем я успею пересказать на Элементах. Новость буду писать, пожалуй, по статье про эмпатию у крыс: авторы вроде бы экспериментально подтвердили, что крысы целенаправленно вызволяют товарищей из ловушки, причем именно из соображений "помочь ближнему", а не каких-то других. Посмотрим, чего они там наэкспериментировали.

Еще интересная статья, с участием моего любимого палеонтолога-теоретика Дуга Эрвина (он один из не очень многих американских коллег, кто действительно понимает, что такое положительные обратные связи в эволюции биоразнообразия, что такое niche construction и гиперболический рост), про пермотриасовое вымирание. Детальный анализ стратиграфии и всяких там колебаний 13С. Вывод: вымирание было очень стремительным (продолжалось не более 200-100 тысяч лет), абсолютно синхронным в море и на суше, и сопровождалось массовыми пожарами. Вся картинка хорошо укладывается в теорию о резком выбросе парниковых газов, адском перегреве планеты и засухе. Сначала погибли тропические леса, потом и прочая растительность пострадала, что привело к резкому усилению эрозии и гибели почв (это все выводится из детальных геологических данных: уголь, сажа, колебания изотопов углерода и т.д., все привязано к шкале с большой точностью). Точная датировка вымирания: 252,3 млн лет назад. Хорошо согласуется с недавней работой по сибирским траппам, где был показан жуткий выброс вулканических газов начиная с 252,4 млн лет назад.

Еще интересненькое: в Южной Африке нашли подстилки из травы и листьев, на которых люди спали уже 77 000 лет назад. Снизу стебли однодольных, сверху - ароматические листья с естественными инсектицидами и т.п. Это примерно на 50 000 лет удревняет дату изобретения травяной подстилки. Не позднее чем 58 000 лет назад жители южной Африки начали эти свои подстилки периодически сжигать (а потом поверх сожженной устраивали новую). Гигиена, однако.

Из последних новостей на Элементах:

1. Если братья конкурируют друг с другом, родителям выгоднее рожать дочерей

Большинство раздельнополых организмов производят потомков мужского и женского пола в соотношении 1:1, потому что такое соотношение является «эволюционно стабильным». Согласно теории, это правило должно нарушаться при острой конкуренции за самок между близкородственными самцами: тогда соотношение полов смещается в сторону преобладания самок. Это предсказание удалось подтвердить в изящном эволюционном эксперименте на клещах.

Очередная перепроверка очередной красивой теории Уильяма Гамильтона. Потдвердилась, однако :)

И еще вот:

2. Осы узнают друг друга по лицам, чтобы поддерживать жесткую социальную структуру

Американские ученые экспериментально показали, что одни виды бумажных ос превосходно различают друг друга по лицам, а другие, близкие им виды не могут узнать своих товарок. Результаты позволили заключить, что распознавание лиц — не столько следствие высокого развития нервной системы, сколько специализированная адаптация к социальному образу жизни.

Тут фишка в том, что это исследование еще раз нам намекает: интеллект - не единая неразделимая серая каша, а множество самостоятельных (ну или полусамостоятельных) модулей. "Тут соображаю, а тут - нет" - это нормально :)

Накопилось некоторое количество разнородных обрывков информации, которые кому-то могут быть интересны, кому-то не могут, которые то ли надо, то ли не надо выкладывать в ЖЖ, в общем, выложу сейчас всё оптом, пусть будет. Просто выдалась свободная минутка: лекцию для студентов про докембрий подготовил, новости написал, на письма (оооо!!!!) на все ответил (или сознательно, с большими затратами эмоций, не ответил), в общем, если что-то куда то выкладывать, то сейчас или никогда.

1. Чудо биологических нанотехнологий( Read more... )