Горизонтальный перенос генов.

Автор Alexeyy, февраля 18, 2007, 03:21:02

« назад - далее »

Alexeyy

Последнее время, вроде, все чаще встречаются новости о роли горизонтального переноса генов в процессе эволюции. Когда генетическая информация передается не из поколения к поколению половым путем, а через вирусы и т.п. В частности, некоторые этим объясняют «одновременность» «независимого» появления сходных анатомических форм жизни в самых разных уголках планеты.
По-моему, в целом, направление мысли с горизонтальным переносом генов – многообещающее.
Предлагаю обсудить здесь самые разные аспекты этой темы.
А создать тему меня побудила новость о рыбе с человеческим лицом: http://www.membrana.ru/articles/global/2005/01/19/172100.html
С чего и предлагаю начать обсуждение.
Вообще, указанный источник, на мой взгляд, доверия не заслуживает. И я бы воспринял его как утку, если бы недавно не узнал о роли горизонтального переноса генов.  И поэтому подумал, что, возможно, что-то в рассматриваемой новости есть в том смысле, что она имеет каике-то объективные фактические корни. Или это полностью «утка». Может, кто знает?

sss

Помнится, на какой-то ветке это уже обсуждали при активном участии "молекулярщиков". Правда, кажется, консенсуса не достигли.


Питер

А  оно  вам  надо  ?

Alexeyy

Цитата: "Питер""Что.   опять ? "

@ "Жил-был пес"
А что если поставить вопрос не с микробиологической точки зрения, а с системно-эволюционной.

Например, у многоклеточных каждая клетка организма несет полный геном всего организма. И т.к. разные клетки, вообще говоря, несут весьма различные функции, то у меня возникает вопрос, почему в процессе эволюции получилось так, что геном у них одинаковый? По идее для клеток многоклеточного организма того или иного характера специализации возможно было бы относительно сильное упрощение генома без потери функциональности. Однако этого не произошло. Почему? Не потому ли, что приспособленчески оказалось эволюционно выгодным даже многоклеточным делиться своим геномом посредством бактерий, вирусов и т.п.? Т.е. в многоклеточном организме каждая клетка несет тождественный геном чтобы обеспечить максимальную доступность к нему переносчиков генома типа вирусов и т.п.  
Иначе почему получилось так, что естественный отбор не упростил геномы разных клеток многоклеточных организмов в соответствие с их специализациями?

sss

Цитата: "Alexeyy"Например, у многоклеточных каждая клетка организма несет полный геном всего организма. И т.к. разные клетки, вообще говоря, несут весьма различные функции, то у меня возникает вопрос, почему в процессе эволюции получилось так, что геном у них одинаковый?
У многоклеточных организм развивается из одной клетки (если не брать в расчет вегетативное размножение) за счет серии митозов. Соответственно, все дочерние клетки теоретически имеют одинаковый геном. На практике специализация  на уровне генома есть. Самые известные примеры - утеря генома вообще (эритроциты), политенные хромосомы, амплификация. Почему такая "генетическая специализация" не получила широкого распространения? Возможно, потому, что
1) это делает невозможным вегетативное размножение и (вероятно) регенерацию
2) технически трудно осуществимо - проще заблокировать лишние гены, чем элиминировать их при митозе
Но, повторюсь, специализация есть, и, строго говоря, соматические клетки не все идентичны с генетической точки зрения.

Еще в тему.
Одна из гипотез на тему "как нанобактерии (если они действительно живые) ухитряются быть такими маленькими?" предусматривает "распределенный по популяции геном". При этом каждая нанобактерия в отдельности несет только часть необходимых для своего размножения генов. И размножаться может только популяция, в которой гены по мере необходимости свободно мигрируют из одного носителя в другой.

Alexeyy

Цитата: "sss"
1) это делает невозможным вегетативное размножение и (вероятно) регенерацию
Да, но речь также идет о многих многоклеточных, у которых вегетативное размножение дивным давно утрачена. А для регенерации вовсе не требуется «полный» набор генома.

Цитата: "sss"
2) технически трудно осуществимо - проще заблокировать лишние гены, чем элиминировать их при митозе
В свете того, что лейкоциты этого добиваются без проблем эта гипотеза выглядит сомнительной.

sss

Так и другие добиваются. Собственно, сам посыл "что геном у них одинаковый" неверен (см. выше).
Кроме того, эволюционные преимущества сокращения генома неочевидны. "За" - пожалуй, ускорение онтогенеза за счет уменьшение времени на копирование лишней ДНК. "Против" - утрата способности к вегетативному размножению (все растения + значительная часть беспозвончных) и полноценной регенерации (типа отращивания новой конечности, хвоста и т.д.).
Кроме того, эволюция ведь не закончилась в XXI веке. Возможно, в дальнейшем у продвинутых видов и появится полноценная "генетическая специализация".

Alexeyy

Цитата: " sss"
Так и другие добиваются. Собственно, сам посыл "что геном у них одинаковый" неверен
Каковы бы не были две вещи – они всегда обязательно в каком-то отношении будут тождественны и в каком-то отношении различны. С одной стороны нет абсолютно одинаковых объектов, а с другой стороны, каковы бы не были различия – между любыми объектами всегда есть что-то общее. Вопрос о тождественности и различии имеет смысл лишь в некотором контексте. Поэтому в некотором смысле геномы многоклеточных разных специализационных клеток одинаковы, а в некотором смысле – различны. Одинаковы они, например, в частности, в том смысле, что уже на протяжении сотен миллионов лет скорее всего не происходил никакого «существенного» роста в их различиях. А могло бы, если бы этому способствовал отбор. Т.е. существует некоторая причина, сдерживающая рост различий. В этом смысле они одинаковы. И  причем, бывает, довольно сильно.  Так из эпителия человека, в принципе, по-видимому, можно клонировать генетическую копию человека.

Цитата: " sss"

Кроме того, эволюционные преимущества сокращения генома неочевидны. "За" - пожалуй, ускорение онтогенеза за счет уменьшение времени на копирование лишней ДНК. "Против" - утрата способности к вегетативному размножению (все растения + значительная часть беспозвончных) и полноценной регенерации (типа отращивания новой конечности, хвоста и т.д.).
Зачем рассматривать тех, кто способен к вегетативному размножению. Тот, кто на это не способен на Земле уже существует в течение времени, сопоставимом с самим временем существования жизни.  Я тоже не видел особых преимуществ у «тождественности» генома у функционально разных клетках. Но также не вижу и преимущества (Если не считать таковым горизонтальный генетический дрейф), если не брать в расчет вегетативно размножающихся.  Для того, чтобы «тождественность» закреплялась в процессе эволюции необходимы какие-то её преимущества. Иначе в случае безразличия мы бы имели у не вегетативных многоклеточных самые разные варианты от «больших» различий до «малых». Чего не наблюдается. Значит надо искать преимущества «тождественности», коль отбор отбирает именно его. Регенерация у многих многоклеточных, не вегетативных позвоночных по-видимому была уже утрачена давным-давно (типа регенерации конечности у ящерицы). Так что это преимущество, никак не объясняет устойчивое «отсутствие» различий генома между функционально разными клетками (Как уже говорил, о различие говорю в относительном смысле).

Цитата: " sss"
Кроме того, эволюция ведь не закончилась в XXI веке. Возможно, в дальнейшем у продвинутых видов и появится полноценная "генетическая специализация".

Геном способен, если этом благоприятствует отбор, относительно быстро изменяться. Например, многие симбиотические бактерии, вступающие в симбиоз с теми или иными существами зачастую сильно сокращают свой геном. Т.к. исчезает необходимость самой бактерии вырабатывать нужные вещества, получаемы ею в готовом виде от своего симбиота. Тогда как «тождественность» геномов существует куда более длительное время, которого вполне достаточно для его исчезновения если бы тому способствовал отбор или же появления различий если бы отбор к этому был бы безразличен.

sss

Что-то я потерял нить рассуждений. О какой тождественности, собственно, идёт речь? Одинаковость генетического кода (точнее, почти одинаковость)? Сходство в организации генома у эукариот (интроны, экзоны)? Можно уточнить мысль, желательно в двух-трех предложениях?

И вообще, почему Вас не удивляет, например, "тождественность" биохимии (цикл Кребса - он и в Африке цикл Кребса), или общей организации клеток (фосфолипидная мембрана, цитоплазма, ядро)?

Alexeyy

Цитата: "sss"
Что-то я потерял нить рассуждений. О какой тождественности, собственно, идёт речь? Одинаковость генетического кода (точнее, почти одинаковость)?
Да. Для функционально разных клеток одного и того же организма. Например, клеток эпителиальной ткани человека и клеток, ну... не знаю... , скажем, мышц.

Цитата: "sss"
И вообще, почему Вас не удивляет, например, "тождественность" биохимии (цикл Кребса - он и в Африке цикл Кребса), или общей организации клеток (фосфолипидная мембрана, цитоплазма, ядро)?
На счет того, что цикл Кребса и в Африке – цикл Кребса, так имел в виду сходство внутри одного организма, а не разных. А на счет сходства строения функционально разных клеток внутри одного организма ... Меня удивил этот вопрос. Удивил тем, что ранее меня он не удивлял (Точнее, ранее даже в голову не приходил). Даже не могу найтись что сходу ответить :>) Нахожусь в некоторой растерянности. Впрочем... Все-таки структура, оболочка клетки в целом, по идее, должна определяться, в основном,... А, вот понял как ответить. Речь то ведь идет не о прост о тождественности (примерной) геномов функционально разных клеток одного и того же организма, а о тождественности, которая несет с собой функционально не нужный переизбыток, если исключить идею важной роли горизонтального генетического дрейфа. Да, структура всех клеток имеет много общего. Но как правило функционально клетки каждой конкретной специализации более-менее приспособлены для решения своих относительно узко специализированных задач. На то они и функционально дифференцированы, что клетки эпителия не могут выполнять функции клеток печени или сердца и т.п. В противоположность же этому генетический набор, который содержится в таких разных функционально дифференцированных клетках не имеет столь же сильных различий.
   Кстати, для способности к регенерации вовсе нет необходимости в том, что генетический набор всех клеток данного организма был тождественным (примерно). Вполне мыслим такой вариант, что когда нужна регенерация какого-то органа – с кровью в область этого органа приносятся клетки с набором хромосом, необходимых для регенерации соответствующего органа. А для регенерации, каких-то относительно специализированных органов (Например, хвоста ящерицы), в принципе, достаточно было бы иметь лишь относительно не большую часть полного генетического набора организма, содержащего все необходимое для роста лишь соответствующих органов (хвоста ящерицы). Ведь на примерах симбиотов происходит же довольно быстрое, по эволюционным меркам, сокращение лишнего генетического кода в процессе возникновения симбиоза. Тогда как в многоклеточных организмах такого сокращения почему-то не практически не происходит.

Питер

Алексей,   вы  представьте  сложность  системы,  которая  должна  перестраивать  геном в  тканеспецифичной  манере.   Это  такая  надстройка -  мало  не  покажется.
И  по  переносу  вообще.   Его у  многоклеточных       нет  или  совсем,  или  это  экзотика  жуткая.   Я  вот  просил - просил  -  и  никто  так  и  не  привел  ни  одного  нормального    примера   горизонтального  переноса  у высших  организмов.  Это  такаое  заклинание - "горизонтальный  перенос  играет  важную  роль в  эволюции" Если  вообще  -   ерунда.   Если у  прокариот -  подпишусь.
А  оно  вам  надо  ?

Alexeyy

Цитата: " Питер"
Алексей, вы представьте сложность системы, которая должна перестраивать геном в тканеспецифичной манере.
А почему бы и нет? Ведь счет идет то на миллиарды лет. Потом речь, вообще говоря, идет, собственно, не о перестройке. Не о том, что, например, геном печени должен измениться в тканеспецифической манере. Ведь в миллиарднолетней  эволюции многоклеточных постоянно появлялись новые органы на месте старых. Речь, не в малой степени, идет не о том, чтобы геном старых органов перестроился в тканеспецифической манере (упростился, освободился от избыточной информации), а о том, чтобы новые органы уже сразу возникали с упрощенным геномом. Ведь посмотрите на некоторые видов ос – древних генных инженеров: они могут генетически модифицировать цветки некоторых растений так, что из них вырастают не плоды, а куколки-домики для личинок ос. В рамках одного организма генная модификация у разных органов, в принципе, эволюционно куда легче осуществима, чем для ос. К тому же времени для этого было несопоставимо куда больше, чем у ос. Но этого почему-то не произошло.
   Конечно... прямых свидетельств «важной» роли горизонтального дрейфа генов у многоклеточных нет...

Питер

Алексей,  причем  тут  миллиарды   лет ?  Мы  имеем      зиготу с  одним  геномом. Из  этого   одного  генома  должно    получиться  N    видов  диффренцированных  клеток с   "специализированным"  геномом.  Упрощенным.  И  вот  тут  нет  миллионов  лет -   есть    только  несколько  десятков  клеточных  делений.  И в  каждом  таком  делении  надо   убирать   часть  генома.   Причем  если  из  одной    плюрипотентной  клетки  образуется  две  мультипотентных -  то в  каждой  дочерней   клетке  должен  быть  по-своему  упрощенный  геном.
А  оно  вам  надо  ?

sss

Цитата: "Alexeyy"А почему бы и нет? Ведь счет идет то на миллиарды лет.
Какие миллиарды? От силы - несколько сот миллионов лет, пока существуют многоклеточные.
Цитата: "Alexeyy"а о том, чтобы новые органы уже сразу возникали с упрощенным геномом.
То есть - выкинули часть генов из клеток пищевода и получилось легкое?
Цитата: "Alexeyy"ос – древних генных инженеров: они могут генетически модифицировать цветки некоторых растений
Алексей, а Вы ничего не путаете? Например - ос с бактериями р. Agrobacterium?
Цитата: "Alexeyy"Конечно... прямых свидетельств «важной» роли горизонтального дрейфа генов у многоклеточных нет...
Складывается впечатление, что продвинутые эукариоты как раз всеми силами стремятся защитить свой геном от чужеродной ДНК. Даже от ДНК близких видов.