?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry | Next Entry

С ума сошли генетики

Понимание биологической эволюции и без того трудно дается: заметные изменения у заметных организмов требуют времени, намного превышающего не только длительность человеческой жизни, но и всей нашей истории. А тут еще и сами эволюционные биологи наводят тень на плетень. Об одном таком случае я здесь уже писала, но еще больше это обнаруживается в новой книжке Евгения Кунина.


Целая глава в ней называется «Эволюция по Ламарку», и в качестве первого примера предлагается так называемая CRISPR защита бактерий от вирусов. Расшифровка этой аббревиатуры не важна для существа дела, а оно состоит в том, что бактерия захватывает кусок генома напавшего на нее вируса и встраивает его в свой. Потом она использует этот кусок для распознавания и уничтожения таких вирусов при их повторной атаке (примерно так, как пограничники, имея фотографию террориста, вяжут его при попытке проникнуть в страну).


Схема CRISPR защиты (отсюда): (1) вирус проникает в бактериальную клетку; (2) кусок вирусного генома встраивается в CRISPR-последовательность бактериального генома; (3) синтез CRISPR-РНК; (4) CRISPR-РНК направляет клеточную систему защиты на вирусный геном во время повторной атаки

Напомню, что идея Ламарка состояла в том, что изменение условий среды приводит к изменению строения организма, которое передается его потомкам. Ламарк, конечно, ничего не знал о механизме наследственности; но мы-то кое-что знаем. А раз так, то негоже нам называть «наследуемым влиянием среды» захват чужого генетического материала.

Разумеется, все, что не является рассматриваемым организмом, формально может быть обозначено как «среда». Кунин пользуется этой возможностью, причисляя к «среде» и чужеродные гены. Но по этой логике следует назвать «средой» и генного инженера, создающего генно-модифицированный организм ;)

На самом деле в переводе на современный язык гипотеза Ламарка означает, что регулярное вытягивание шеи привело бы к таким перестройкам жирафьей ДНК, что шеи его потомков стали бы длиннее. Ни один из разбираемых Куниным примеров не подходит под эту схему: бактерия приобретает «иммунитет» к вирусу отнюдь не путем упражнения в сопротивлении ему.

Мы уже обсуждали здесь занимательную книжку Джона Хоргана. Побеседовав с несколькими крупными эволюционистами, он пришел к выводу, что им не дают покоя лавры Дарвина. Действительно, едва ли можно назвать биолога, труды которого имели столь же фундаментальное значение. Отсюда (подсознательное?) желание увидеть сенсационное опровержение его взглядов даже там, где и близко нет ничего такого ;)

Tags:

Posts from This Journal by “жизнь” Tag

Comments

riftsh
Jun. 15th, 2016 02:53 am (UTC)
Кунин недавно опубликовал статью о CRISPR-Cas иммунитете с привлечением новых, гораздо более подробных данных, появившихся после выхода книги, о которой Вы говорите. Из этой статьи видно, что адаптивный иммунитет у прокариот может быть более или менее ламарковским, с довольно широким распределением. Ламарковский хвост этого распределения на мой взгляд убедительно доказывает присутствие ламарковской эволюции в большой пестрой картинке. Не говоря уже про эпигенетику, которая чисто ламарковская.
zlata_gl
Jun. 15th, 2016 07:07 am (UTC)
В журнале А.Маркова и на его форуме есть разговоры с эпигенетиками, реально работающими в этой области.
Но сейчас из-за отмены поиска Яндекса - мне сложно найти.

Не очень-то она "ламарковская". В основном, сводится к тому, что при тяжелых погодных условиях (в самом широком смысле) - резко растет число мутаций, что неудивительно.
Некоторые мутации происходят во время эпигенеза (развития организма из яйцеклетки), а другие - в "зародышевой линии", и становятся наследственными.
Неудивительно, что случаются мутации в половых клетках одних особей, соответствующие мутациям в соматических клетках других особей.
Нужны расшифровки геномов всех версий в течение всего эксперимента.

UPD
Нашла !



Edited at 2016-06-15 07:12 am (UTC)
egovoru
Jun. 15th, 2016 12:01 pm (UTC)
Возрастание числа мутаций в стрессовых условиях, насколько я понимаю, адаптивно только в том смысле, что расширяет базу отбора. Такого случая, когда возникали именно и только приспособительные мутации (исключая случаи захвата чужеродной ДНК, как CRISPR), насколько я знаю, не известно.

Похоже, у генетиков общепринято называть "мутацией" захват вируса. Формально это, конечно, правильно - любое изменение ДНК можно считать мутацией, но по существу это явление другого порядка, чем, скажем, ошибка репликации.

О поиске в ЖЖ. Как раз недавно группа энтузиастов сделала отличный поиск по архиву ЖЖ 2000-2015: https://ljsear.ch/about

Надеюсь, на том свете им за это воздастся ;)
zlata_gl
Jun. 15th, 2016 01:49 pm (UTC)
"Как раз недавно группа энтузиастов сделала отличный поиск по архиву "
Спасибо !
Уже попробовала.

"Возрастание числа мутаций в стрессовых условиях"
Даже не в том дело, что адаптивно. Даже если от этих мутаций один вред - они неизбежны. Просто учащаются сбои. Индивид не знает, будет ли стресс кратковременным, нужно ли мутировать.

"любое изменение ДНК можно считать мутацией, но по существу это явление другого порядка, чем, скажем, ошибка репликации. "
На том же уровне, что ГПГ и дупликация генов.
Понятие мутации таки расширилось в недавнее время.

egovoru
Jun. 16th, 2016 12:07 am (UTC)
"Понятие мутации таки расширилось в недавнее время"

Да, но мне кажется, что следует отличать явления обмена уже существующим генетическим материалом от создания новой осмысленной (как утверждается) записи на языке ДНК.
zlata_gl
Jun. 16th, 2016 06:12 am (UTC)
Согласна. Ламарк тут ни при чем.
riftsh
Jun. 15th, 2016 08:16 pm (UTC)
Тут какая-то путаница. Эпигенез - это не "развитие организма из яйцеклетки", а Ваша ссылка ведет на дискуссию о эпигенетической теории эволюции, а не о эпигенетике (это разные вещи).
egovoru
Jun. 15th, 2016 11:38 am (UTC)
Спасибо за ссылку на статью, но, на мой взгляд, она не решает проблему. Тот механизм, который автор считает "настоящим ламарковским механизмом", все равно включает приобретение чужой ДНК:

"In a stark contrast, the type I-E CRISPR-Cas system seems to operate via a bona fide Lamarckian mechanism where the mutational process is dominated by directional, adaptive mutations which is achieved via the coupling of spacer acquisition with replication accompanied by the DSB formation and the priming mechanism."

На мой взгляд, захват чужой ДНК некорректно считать "влиянием среды". Это - взаимодействие геномов. Ламарк, конечно, ничего не знал о ДНК, что и дает возможность притягивать за уши его идеи к современным открытиям. Но, на мой взгляд, это именно притягивание за уши ;)
riftsh
Jun. 15th, 2016 08:12 pm (UTC)
Ламарк ничего не знал не только о ДНК, а о ДНК ничего не знал не только Ламарк. Фундаментальная разница между отборным и адаптивным подходами не в молекулярных механизмах (о которых мы пока знаем не очень много), а в случайности или неслучайности процесса. Математика и здравый смысл подсказывают, что в "случайной" парадигме на сегодняшний день очень многие вещи объяснить трудно или невозможно.

Ваш аргумент о "захват чужой ДНК некорректно считать "влиянием среды"" я тоже не понимаю. А изменение последовательности ДНК под влиянием физических или химических мутагенов корректно считать влиянием среды? И если да, то чем биологические мутагены (вирусы, транспозоны и т.д.) принципиально отличаются от физических или химических?

Возможно, что отчасти проблема тут в терминологии и семантике. Например, понятия "ген" и "геном" эволюционируют с большой скоростью, и если у собеседников не совпадают основополагающие представления, легко может возникнуть взаимонепонимание. Здесь есть ссылки на хорошие статьи Марка Герстайна о том, что происходило и происходит с пониманием гена и генома.
egovoru
Jun. 16th, 2016 12:03 am (UTC)
"Ламарк ничего не знал не только о ДНК, а о ДНК ничего не знал не только Ламарк."

Верно, но ведь это не я начала говорить об обнаружении "ламарковского механизма наследования"?

"Фундаментальная разница между отборным и адаптивным подходами не в молекулярных механизмах (о которых мы пока знаем не очень много), а в случайности или неслучайности процесса"

Не совсем понимаю, как можно говорить о случайности или неслучайности, не принимая во внимание механизм. Кроме того, речь идет не о некоей непонятной "неслучайности", а об адаптивной полезности.

"Математика и здравый смысл подсказывают"

Математика подвержена принципу GIGO, а здравый смысл может легко подвести :(

"Ваш аргумент о "захват чужой ДНК некорректно считать "влиянием среды"" я тоже не понимаю"

Постараюсь пояснить. Явления обмена участками ДНК между разными геномами имеют, конечно, колоссальное значение для эволюции, но это именно явления обмена информацией, уже записанной на языке ДНК. Принципиальный же вопрос заключается в том, как создается эта запись, иными словами, может ли ДНК адаптивно меняться под действием не-ДНК?

Я не знаю ни одного примера создания адаптивной ДНК-записи напрямую, всегда требуется "обратная связь" отбора. В своей книжке Кунин пишет, что какие-то случаи стресс-индуцированного мутагенеза тоже подпадают под то, что он называет ламарковским механизмом. Не знаете ли Вы, что конкретно он имеет в виду (какой организм, какой стресс, какие мутации наблюдают), чтобы в этом разобраться?

"чем биологические мутагены (вирусы, транспозоны и т.д.) принципиально отличаются от физических или химических"

Тем, что они представляют собой уже "слова" языка ДНК.

"хорошие статьи Марка Герстайна о том, что происходило и происходит с пониманием гена и генома"

Спасибо, но сложная структура гена, о которой идет речь в первой статье, не имеет отношения к тому, что мы обсуждаем. Что же касается рассмотрения генома как операционной системы организма, то эта метафора, конечно, неизбежна (поскольку геномикой занимаются computer scientists), но я подозреваю, что в ней кроются те же опасности, что в метафоре "мозг - это компьютер". Лично мне все же больше нравится старая метафора "чертежа" ;)
riftsh
Jun. 16th, 2016 02:39 am (UTC)
> но ведь это не я начала говорить об обнаружении "ламарковского механизма наследования"

но ведь он таки ламарковский ;

> как можно говорить о случайности или неслучайности, не принимая во внимание механизм

Люди тысячелетиями говорили о случайности или неслучайности движения небесных тел, не понимая механизма. И ничего.

> Не знаете ли Вы, что конкретно он имеет в виду

Примеров очень много. Вот две ранние статьи:
http://emboj.embopress.org/content/embojnl/16/11/3303.full.pdf
http://www.bichat.inserm.fr/equipes/emi0339/publications_pdf/exhaustiveliste/2003science.pdf

В статье Кунина 2009 года все подробно описано и приведена очень подробная библиография:
http://biologydirect.biomedcentral.com/articles/10.1186/1745-6150-4-42

Вот недавний яркий пример:
http://www.nature.com/ncomms/journal/v4/n3/pdf/ncomms2607.pdf

> Тем, что они представляют собой уже "слова" языка ДНК.

Большинство мутаций, вызванных физическими и химическими факторами, - это манипуляции "словами языка ДНК": инсерции, делеции и т.д. И даже точечные мутации требуют участия "слов", так что это непонятный аргумент.

> сложная структура гена, о которой идет речь в первой статье, не имеет отношения к тому, что мы обсуждаем

Структура может и не имеет, а вот функция имеет, причем самое прямое. И то, что эта функция не чертеж, понятно уже пару десятилетий. По одному чертежу нельзя собрать и паровоз, и холодильник, а с генами такое происходит сплошь и рядом. Кроме того, результаты сборки по чертежу не могут зависеть от того, что изображено на других чертежах и где эти другие чертежи лежат, а гены работают именно так.


Edited at 2016-06-16 02:41 am (UTC)
egovoru
Jun. 16th, 2016 03:18 am (UTC)
Спасибо за ссылки. Но разобраться все равно нелегко. Вот, Кунин пишет:

"Adaptive evolution resulting from stress-induced mutagenesis is not exactly Lamarckian because the stress does not cause mutations directly and specifically in genes conferring stress resistance."

Это я понимаю, и это и есть то, что я имею в виду, когда говорю, что ламарковского механизма не обнаружено ;)

Но далее он пишет:

"Instead, organisms evolved mechanisms that in response to stress induce non-specific mutagenesis which, however, appears to be fine-tuned in such a way so to minimize the damage from deleterious mutations in those rare genomes that carry a beneficial mutation."

Признаться, для меня это китайская грамота: я совсем не понимаю, что здесь имеется в виду :( Вникать же в оригинальные статьи по ссылкам мне уж совсем не хочется. Может, Вы могли бы своими словами кратко рассказать, что же, собственно, там происходит?

"По одному чертежу нельзя собрать и паровоз, и холодильник, а с генами такое происходит сплошь и рядом"

Да, но я имела в виду, что чертеж (организма) - это весь геном, а не отдельный ген ;)
riftsh
Jun. 16th, 2016 04:56 am (UTC)
Стресс вызывает повышение частоты мутаций, что казалось бы должно приводить к уменьшению жизнеспособности индивидуальных организмов и популяций, потому что большинство случайных мутаций вредны. На самом деле этого не происходит, и под влиянием стресса жизнеспособность часто повышается (показано экспериментально на большом числе примеров, включая бактерии, растения и опухолевые клетки человека). Это означает, что индуцированные стрессом мутации тщательно регулируются и играют важную роль в эволюции (да-да, ламарковской;).

Известно несколько разных механизмов, один из интересных в контексте нашего разговора - нехватка HSP90 шаперонов при стрессе в многоклеточных организмах, приводящая к быстрому изменению фенотипа.

(no subject) - egovoru - Jun. 16th, 2016 11:39 am (UTC) - Expand
(no subject) - riftsh - Jun. 16th, 2016 02:17 pm (UTC) - Expand
(no subject) - egovoru - Jun. 16th, 2016 11:15 pm (UTC) - Expand
(no subject) - riftsh - Jun. 17th, 2016 04:07 am (UTC) - Expand
(no subject) - egovoru - Jun. 17th, 2016 12:14 pm (UTC) - Expand
(no subject) - riftsh - Jun. 17th, 2016 01:50 pm (UTC) - Expand
(Deleted comment)
(no subject) - egovoru - Jun. 17th, 2016 11:32 pm (UTC) - Expand
egovoru
Jun. 16th, 2016 11:26 pm (UTC)
Вот что кажется мне неудачным в метафоре "геном - это операционная система организма". Операционная система оперирует в том числе (и даже в основном) и файлами, не имеющими к ней никакого отношения. Более того, даже когда она этими файлами пооперировала, на них не остается ее отпечатка - во всяком случае, они отнюдь не уподобляются ей. Организм же - непосредственное производное своего генома, они гораздо теснее связаны друг с другом, чем содержание памяти компьютера (которое может быть вообще любым) с его ОС.

Эту идею связи отражает, может быть, даже не образ чертежа, а образ золотого эталонного метра, который хранится в Палате мер и весов. Знаю, это сравнение очень примитивное, оно не содержит все те сложности, которые у генома постепенно выявляются, но зато оно ближе по сути.
riftsh
Jun. 17th, 2016 04:23 am (UTC)
> когда она этими файлами пооперировала, на них не остается ее отпечатка

Как это не остается? На каждом файле в Вашем компьютере множество отпечатков ОС: время создания, время последней модификации, время последнего доступа, контрольная сумма и т.д. ;)

Важное отличие компьютерной программы от чертежа или эталона заключается в том, что результат работы программы зависит не только от кода - текста программы (который можно считать грубым аналогом чертежа), но и от того, какие в эту программу вводятся параметры, начальные условия и т.п., а также от того, как она взаимодействует с другими программами. В этом смысле геном гораздо ближе к программе, чем к чертежу или эталону.
(no subject) - egovoru - Jun. 17th, 2016 11:42 am (UTC) - Expand
(no subject) - riftsh - Jun. 17th, 2016 01:52 pm (UTC) - Expand
(no subject) - egovoru - Jun. 17th, 2016 11:14 pm (UTC) - Expand
(no subject) - eldhenn - Jun. 18th, 2016 06:48 am (UTC) - Expand