?

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. 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.

egovoru
Jun. 16th, 2016 11:39 am (UTC)
"На самом деле этого не происходит, и под влиянием стресса жизнеспособность часто повышается"

А за счет чего? Ведь, как я уже цитировала выше, адаптивных мутаций в генах резистентности не наблюдается.

"нехватка HSP90 шаперонов при стрессе в многоклеточных организмах, приводящая к быстрому изменению фенотипа"

Что значит - нехватка? Стресс вызывает саморазрушение генов, кодирующих именно эти белки?

Кстати сказать, один кунинский критерий ламарковского наследования кажется мне чрезмерно строгим: он пишет, что адаптивные изменения должны происходить только в специфичных генах. Ламарк такого не говорил ;)

Я могу себе представить такой механизм: если продукты этих HSP90 генов при стрессе становятся вредны, и при этом сами эти гены особенно чувствительны к воздействию мутагенного стресса, то простое увеличение частоты (случайных) мутаций в них (которые в основном будут их разрушать) будет таки иметь адаптивное значение. Может, именно это и имеется в виду? (Правда, насколько я знаю, HSP гены наоборот экспрессируются как раз при стрессе, но про конкретно HSP90 я ничего не знаю).

Edited at 2016-06-16 11:40 am (UTC)
riftsh
Jun. 16th, 2016 02:17 pm (UTC)
Вот красивый пример: те мексиканские тетры (Astyanax mexicanus), которые живут в пещерах, не имеют глаз (там все равно темно и глаза не нужны). Недавний эксперимент показал, что это cryptic variation, которая в нормальных условиях маскируется HSP90: они помогают правильно складывать даже мутированные белки отвечающие за размер глаз. Но в условиях стресса (отсутствие света) спрос на HSP90 возрастает и его на всех не хватает, размер глаз уменьшается (http://science.sciencemag.org/content/342/6164/1372.long).

Возможно, это универсальный механизм HSP90-зависимой адаптации (http://science.sciencemag.org/content/330/6012/1820.long).



Edited at 2016-06-16 02:18 pm (UTC)
egovoru
Jun. 16th, 2016 11:15 pm (UTC)
"Вот красивый пример"

Пример действительно интересный, но где же здесь стресс-индуцированный адаптивный мутагенез?

Правильно ли я понимаю, что Вы профессионально как-то связаны с проблемой, которую мы обсуждаем? Надо сказать, что меня приятно удивило то, что в ЖЖ нашлось столько неспециалистов, прочитавших кунинскую книжку. А еще говорят, что народ совсем отупел, ничего не читает и только смотрит сериалы ;)

Ну и, конечно, независимо о того, как я отношусь к кунинской интерпретации ламаркизма, его книжка кажется мне замечательным достижением.
riftsh
Jun. 17th, 2016 04:07 am (UTC)
> но где же здесь

во второй статье описаны эксперименты с ровно 100 разными стрессорами

> как-то связаны

да, слегка связан

книга очень хорошая
egovoru
Jun. 17th, 2016 12:14 pm (UTC)
"во второй статье описаны эксперименты с ровно 100 разными стрессорами"

Но все они делают то же самое: выявляют скрытые генетические вариации, остававшиеся "немыми", пока их результаты исправлялись HSP90. Где же здесь адаптивный стресс-индуцированный мутагенез?

Кунин упоминает другой пример:

"Actually, stress-induced mutagenesis, specifically, the mutagenic SOS repair pathway in E. coli was discovered long before the experiments of Cairns. Moreover, Radman [81] and Echols [82] independently came up with the seminal idea that this mutagenic form of repair actually could be an adaptive, anti-stress response mechanism rather than malfunctioning of the repair systems. The two decades of subsequent research seem to prove this striking conjecture beyond reasonable doubt."

Я, к сожалению, ничего не знаю об этом явлении (mutagenic SOS repair pathway), поэтому мне трудно понять, что он хочет здесь сказать. Но упиминание "rare cells where beneficial mutations emerge while limiting the damage to other parts of the genome" намекает, что без отбора все же обходится?
riftsh
Jun. 17th, 2016 01:50 pm (UTC)
> Где же здесь адаптивный стресс-индуцированный мутагенез?

Я думаю, что это он и есть (по крайней мере, в широком смысле). Появляются или проявляются
мутации, не так важно (cf. чертеж vs. программа).
(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.
egovoru
Jun. 17th, 2016 11:42 am (UTC)
"На каждом файле в Вашем компьютере множество отпечатков ОС"

Да, и я ожидала, что Вы обязательно это скажете, но, согласитесь, что штамп о времени создания на файле - это совсем не то же самое, что синтез белка на полинуклеотидной матрице ;)

"В этом смысле геном гораздо ближе к программе, чем к чертежу или эталону"

Согласна, что компьютерная аналогия используется именно для того, чтобы подчеркнуть сложность организации генома, и то же самое и в случае сравнения мозга с компьютером: когда мы обнаруживаем в природе какую-то очередную сложность, мы неизменно уподобляем ее самой сложной созданной нами вещи. В наше время это - компьютер, поэтому, конечно, от компьютерных аналогий нам никуда не деться, а когда-то это были часы ;)

Но не стоит забывать, что когда-то и компьютерная аналогия будет казаться нам такой же несовершенной, как сейчас кажется часовая ;) Сам принцип уподобления того, что мы не знаем, тому, что мы знаем (поскольку сами создали), содержит в себе логическую ошибку, которая рано или поздно даст себя знать.

riftsh
Jun. 17th, 2016 01:52 pm (UTC)
Я ничего не говорил и не говорю про ожидаемое долголетие компьютерной метафоры. Я всего лишь утверждаю, что на сегодня она гораздо лучше чем альтернативы.
egovoru
Jun. 17th, 2016 11:14 pm (UTC)
Я же опасаюсь, что злоупотребление компьютерными метафорами сослужит нам плохую службу при изучении самих природных объектов. Мы создаем метафору, чтобы подчеркнуть общность какого-то одного свойства (например, сложности в случае генома), но сами не замечаем, как переносим на природный объект и те свойства технического, которых у природного вовсе нет.

Из комментариев к своим другим постам я убедилась, что представления о работе нейронов у моих читателей уже окончательно запутаны уподоблением мозга компьютеру :(

Правда, говорят, что все наше мышление - это не что иное, как производство метафор ;)
eldhenn
Jun. 18th, 2016 06:48 am (UTC)
>представления о работе нейронов у моих читателей уже окончательно запутаны уподоблением мозга компьютеру

С одной стороны, печально, а с другой - не худшая метафора.