Загадки эволюции

Питер · апреля 15, 2005, 12:12:30

Цитата: "Москвич"Да елы-палы! Ну вот вам абсолютно направленное (регулярно воспроизводимое) изменение гена:
http://www.nature.com/news/2005/050321/full/050321-8.html

Эту статью пора бы всем знать, ей уж скоро месяц стукнет. Все ждал, упомянет кто-нить ее или нет. А между прочим тянет (возможно) на нобелевку (и это не только мое мнение). Гы!

Насчет молекулярных механизмов....в чем, собсно, проблема? - у клетки вполне достаточно даже уже известных механизмов для перестройки ДНК вдоль и поперек. Тут тебе и перемещение блоков (напр. МГЭ), и кроссинговер, и обратная транскрипция + все модификации на стадии сплайсинга. Механизмов - море.
Все никак не могу понять сверхзадачу Питера - доказать, что клетка НЕ в состоянии поменять нуклеотиды в ядерной ДНК?
Так любой генетик скажет, что в состоянии.
Доказать, что ВСЕ "вносимые" изменения в ДНК - суть случайные сбои в работе? - ню-ню...

По "адаптивным" мутациям накоплена масса статей. Клетки адаптивно (в зависимости от хар-ра кризиса) перестраивают ДНК порой даже не делясь (это важно). Случайность во внутриклеточных манипуляциях с ДНК присутствует в довольно управляемом формате. И то - мы говорим "случайность", просто когда не можем указать предполагаемый алгоритм или закономерность.
Но случайность - штука непростая, ее точно так же надо доказывать.
Пока - это гипотеза от незнания.

По поводу статьи - я ее знаю. И в полном варианте - а не только в виде краткого комментария. Там еще копать и копать - объяснение Прюита отнюдь не единственно возможное, есть более простой вариант - обход мутации за счет второй мутации в генах соответсвующей тРНК.

Но это - в сторону от дискуссии с Игорем Антоновым. Москвич, я отлично знаю, что ДНК меняется. Спор идет о том, существуют ли данные в пользу НАПРАВЛЕННОГО изменения КОНКРЕТНОГО участка ДНК. Имеено точность и заданность процесса. Ни в одном из упомянутых вами процессов этого нет. МГЭ прыгают ? Бесспорно да. Их перемещение высоко точный процесс или нет ? Нет. Да, есть предпочтительные точки прыжка. Но даже в этих предпочтительных сайтах нет однозначно точного сайта интеграции.
Обратная транскрипция. Фермент точно ошибается при ревертировании - но не закономерно.
Кроссинговер. Идет по всей длине хромосомы и нет механизма, который мог бы точно выбрать заданный участок кроссинговера. Да, опять все не равномерно - есть горячие и холодные точки кроссинговера, где частота отличается на пару порядков. Но если взять самую горячую точку - то и там не будет точности до нуклеотида. И нельяз задать точку, по которой должен пройти этот кроссинговер в конкретной клетке.
И мутации точечные тоже идут не случайно - CpG мутируют чаще любых других динуклеотидов.
И так - по всем механизмам.
Адаптивные мутации. Вот тут как раз и есть два варианта - или всегда есть варианты ответа на изменение среды (те самые даптивные к данным условиям мутации) и выживает часть клеток, уже несущих этот вариант. Или направленное изменение генома в ответ на изменение условий среды - причем очень быстрое. И точное.
В схеме Игоря принципиальна важна именно точность - клетка знает что нужно поменять в геноме и делает это. Москвич, ну может вы назовете хоть один механизми точного изменения генома в заданном месте ?

Москвич · апреля 17, 2005, 20:18:40

Питер
"По поводу статьи - я ее знаю."
Очень хорошо. Тем удивительнее категоричность ваших утверждений.

"Там еще копать и копать - объяснение Прюита отнюдь не единственно возможное"
Безусловно. Прюит просто был обязан выдвинуть хотя бы какую-то версию - как это принято в публикации.

"есть более простой вариант - обход мутации за счет второй мутации в генах соответсвующей тРНК"
Вы уверены, ничего не путаете? Ведь проводился целенаправленный сиквенс гена - он показал, что именно мутировавший ген восстанавливается. Это суть статьи.

"Спор идет о том, существуют ли данные в пользу НАПРАВЛЕННОГО изменения КОНКРЕТНОГО участка ДНК. Имеено точность и заданность процесса."
После статьи Прюита спор не актуален. Данные существуют.

"Ни в одном из упомянутых вами процессов этого нет."
Мне интересно, как добросовестный экспериментатор вообще должен рассудить, что вот это изменение генома - случайно, а вот это - целенаправлено?
Каковы должны быть данные, чтобы вы посчитали мутацию направленной?

Ели изменения днк воспроизводимо происходят:
1) в ответ на изменение условий (а не когда попало);
2) преимущественно в генах, связанных с определенными признаками/свойствами;
3) у большинства организмов одновременно;
4) как правило приводят к повышению выживаемости

то для меня это реальное свидетельство наличия неких механизмов, алгоритмов управления геномом и его экспрессией в целях преодоления кризиса.
Что касается точности до нуклеотида (в смысле 100% одинаковости всех мутаций у всех организмов), то это чепуха. Такого и не должно быть.

Питер · апреля 18, 2005, 13:51:11

Москвичу

По поводу Прюита - спор актуален. Даже и в Nature бывают ошибки. Навскидку - статья по дегрануляции тромбоцитов в присутствии исчезающе малых концентраций сооответствующих агентов (научное доказательство гомеопатии) и статья по выявлению гена шизофрении в кажется исландской популяции. Повторение - мать учения, так что подождем чуть-чуть.

По поводу 4 пунктов. На самом деле они ничего не доказывают - аналогичная картина будет наблюдаться и при отборе случсайных мутаций, и при направленной эволюции. Возможности реагирования организма на определенные условия окружающей среды ограничены особенностями всего метаболизма. И есть два варианта - отбор из популяции случайных предсуществовавших вариантов или направленное изменение генома.
И опять о чем говори - об изменении СТРУКТУРЫ генома или его ЭКСПРЕССИИ ? Я все время говорб только о направленном изменении структуры.

Москвич · апреля 18, 2005, 23:03:31

Питер,
конечно и в Nature бывают поспешные сообщения, впоследствии дезавуируемые. Причем не обязательно в силу недобросовестности экспериментаторов, просто любой метод имеет ограничения. Это научный процесс.
Что касается Прюита...готов подождать, интересно дальнейшее развитие ситуации (тем более, что он не дает объяснений, только факты). Но обратите внимание на свою формулировку: "существуют ли данные в пользу...?"
Так вот я говорю - "данные в пользу" существуют. И ничего сверх этого.

Цитировать"По поводу 4 пунктов. На самом деле они ничего не доказывают - аналогичная картина будет наблюдаться и при отборе случайных мутаций"

Вы не ответили на мой главный вопрос: как добросовестный экспериментатор вообще должен рассудить, что вот это изменение генома - случайно, а вот это - целенаправлено?
Пока вы сами не определитесь, как различать две эти ситуации, спор будет беспредметен.

Цитировать"Я все время говорб только о направленном изменении структуры"

Я тоже. Просто понятие "управление геномом" включает в себя и управление экспрессией в т.ч. (модификации эпигенома). Это тоже могут быть механизмы направленных изменений, о которых мы говорим (эпи-модификации наследуются).

Питер · апреля 19, 2005, 14:53:37

С точки зрения экспериментатора надо ставить эксперимент.
Скажем, такой.
Берем не способный к росту на лактозе штамм кишечной палочки. И случайным образом из жидкой культуры на полной среде высеваем 1000000 клеток по одной на минимальную среду только с лактозой. Расти будут ревертанты к Lac плюс фенотипу.
Парралельно берем 1000000 других клеток также по одной и секвенируем.
Сравниваем частоту мутаций в геноме в целом, гене Lac и число выросших ревертантов. При направленном изменении генома в ответ на среду лактозой мутаций в гене Lac должно быть больше в клетках на чашках с лактозой, чем в минимальной среде.
Дело за малым - поставить такой сиквенс.

Игорь Антонов · апреля 19, 2005, 16:35:49

Цитата: "Питер"С точки зрения экспериментатора надо ставить эксперимент.
Скажем, такой...

Голубовский не о подобных экспериментах пишет? :

В 1988 г. в журнале "Nature" появилась статья Дж.Кэйрнса с соавторами о возникновении у бактерии E.coli отборзависимых "направленных мутаций". Брали бактерии, несущие мутации в гене lacZ лактозного оперона, неспособные расщеплять дисахарид лактозу. Но эти мутанты могли делиться на среде с глюкозой, откуда их через один—два дня роста переносили на селективную среду с лактозой. Отобрав lac+ реверсов, которые, как и ожидалось, возникли еще в ходе "глюкозных" делений, нерастущие клетки оставляли в условиях углеводного голодания. Сначала мутанты отмирали. Но спустя неделю и более наблюдался новый рост за счет вспышки реверсий именно в гене lacZ. Как будто клетки в условиях жесткого стресса, не делясь (!), вели генетический поиск и адаптивно меняли свой геном.

В последующих работах Б.Холла использовались бактерии, мутантные по гену утилизации триптофана (trp). Их помещали на среду, лишенную триптофана, и оценивали частоту реверсий к норме, которая повышалась именно при триптофановом голодании. Но причиной этого феномена были не сами условия голодания, ибо на среде с голоданием по цистеину частота реверсий к trp+ не отличалась от нормы.

В следующей серии опытов Холл взял уже двойных недостаточных по триптофану мутантов, несущих одновременно мутации в генах trpA и trpВ, и вновь поместил бактерии на среду, лишенную триптофана. Выжить могли только особи, у которых реверсии возникали одновременно в двух триптофановых генах. Частота появления таких особей была в 100 млн раз выше, чем ожидалось при простом вероятностном совпадении мутаций в двух генах. Холл предпочел называть этот феномен "адаптивные мутации" и впоследствии показал, что они возникают и у дрожжей, т.е. у эвкариот."

Сергей · апреля 19, 2005, 16:42:12

Цитата: "Питер"С точки зрения экспериментатора надо ставить эксперимент.
Скажем, такой.
Берем не способный к росту на лактозе штамм кишечной палочки. И случайным образом из жидкой культуры на полной среде высеваем 1000000 клеток по одной на минимальную среду только с лактозой. Расти будут ревертанты к Lac плюс фенотипу.
Парралельно берем 1000000 других клеток также по одной и секвенируем.
Сравниваем частоту мутаций в геноме в целом, гене Lac и число выросших ревертантов. При направленном изменении генома в ответ на среду лактозой мутаций в гене Lac должно быть больше в клетках на чашках с лактозой, чем в минимальной среде.
Дело за малым - поставить такой сиквенс.

Питер, в таких условиях частота мутаций в Lac-гене скорее всего действительно будет действительно выше. Вот возможный механизм. Во-первых, при пересеве с богатой среды на среду без сахара клетки 1-2 раза ещё смогут поделиться: запасов предшественников может хватить, но в условиях голодания при этом будет происходить больше сбоев репликации и, соответственно, будет быше общий уровени мутаций. Во-вторых, если мутация затрагивает один из структурных генов Lac, то в присутствии лактозы с этого гена будет непрерывно считываться мРНК, соответственно он будет больше 'экспонирован' для повреждений - ведь при считывании РНК-полимеразой происходит частичное расплетание ДНК, а однонитевая больше подвержена повреждениям химическими радикалами, кроме того, и ДНК-полимераза перед активно транскрибируемым геном с большей вероятностью затормозится, по сравнению с другими генами.

Питер · апреля 19, 2005, 17:12:19

Сергею
Вполне справедливо. Но можно продумать чуть детальнее схему опыта - чтобы убрать этот фактор. Скажем, провести клетки после богатой среды через минималку и на низкой температуре - снять весь метаболизм и высевать уже с чистой минималки. Насччет повывшения частоты мутаций при расплетании - наверно, да. Но я не случайно говорю про сиквенс - мы же ищем направленные мутации и частота именно их должна быть выше фоновых не значащих мутаций. Секвенируем-то все - не только ревертантов.

Игорь, этот пример с LacZ говорит о наличии разных вариантов реверсивных мутаций с разной активностью восстановленного фермента. При полной реверсии все растет быстро, при прочих мутациях - много медленнее. В реальности скорость роста ревертантов резко отличается и в таком эксперименте - за ночь при 37 вырастают колонии очень разного размера. Да, на среде с лактозой дефектные по LacZ клетки не гибнут сразу - и это позволяет даже чуть-чуть утилизирующим лактозу клеткам начать расти.

Tinkoff · апреля 21, 2005, 15:53:28

Павел

Цитировать
<Психика протоплазмы> - это разве не дополнительная сущность к имеющимся материальным отношениям между молекулами в клетке.

Дополнительная не значит лишняя.
Антоновым приводились эксперименты,которые наталкивают на подобные мысли.

Цитировать
Азазель, ну хватит насчет механического материализма и других ярлыков.

Как, механический материализм для вас оскорбление?
А просто материализм тоже?

Цитировать
Меня интересует конкретный материальный механизм.

Но, ведь степень конкретности,возможности редукции зависит от того какой материализм.
Разве можно назвать механизм, для явлений например квантовой механики?

Цитировать
По поводу ненаправленных случайных мутаций. Я то же не сторонник такого подхода, как всеобщего и полностью верного.

Как вы отреклись от СТЭ, согласилиcь с Антоновым ?!
Так тогда вопрос есть психики или нет у протистов уже второстепенный.

pavel · апреля 21, 2005, 18:18:30

Азазель
В данном случае лишняя. Предположение о психике протоплазмы не решает никаких проблем а только умножает их, тем более если вы вводите ее как некую первоначальную сущность (а вы я так понимаю это имеете ввиду когда говорите что у нее нет механизма). Создание квантовой механики у некоторых ученых породило мысль о наличии «свободы воли» у элементарных частиц, тогда давайте считать что психика принадлежит и электрону.
Ситуация с введением психики протоплазмы похожа на то если бы Нильс Бор предположив существование стационарных уровней движения электрона в атоме в качестве механизма такого явления предположил что у атома есть психика и он своей волей удерживает электроны на орбитах, чтобы они не падали на ядро атома (что неизбежно по законам классической физики). Нильс этого не сделал и был прав, со временем была создана теория органически объясняющая этот эффект. Так и в случае клетки – есть какие-то механизмы перестройки генома, но надо искать теоретическое объяснение им, а не отодвигать решение этой проблемы введением дополнительной сущности, которую опять надо объяснять.
Насчет отречения от СТЭ и согласия с Антоновым. Я не вижу здесь никакой связи. Признание закономерностей в перестройках генома не означает введения понятия психики протоплазмы (см. пример с Бором выше) и соответственно согласие с Антоновым.

Игорь Антонов · апреля 21, 2005, 19:12:44

Цитата: "pavel"Насчет отречения от СТЭ и согласия с Антоновым. Я не вижу здесь никакой связи. Признание закономерностей в перестройках генома не означает введения понятия психики протоплазмы (см. пример с Бором выше) и соответственно согласие с Антоновым.

Тут уж извиняйте, Павел -
несостоятельность СТЭ Антонов утверждает и на ней твёрдо настаивает, а вот существование "психики протоплазмы" он лишь допускает , ни от кого согласия не требуя, как самую перспективную из материалистических гипотез исполнительного механизма процесса предполагаемой эволюции.

Так что, какое-никакое, а согласие получается.

Питер · апреля 21, 2005, 19:23:15

Игорь, вот именно что УТВЕРЖДАЕТЕ. Ваши доказательства несостоятельности ?

Игорь Антонов · апреля 21, 2005, 19:44:36

Цитата: "Питер"Игорь, вот именно что УТВЕРЖДАЕТЕ. Ваши доказательства несостоятельности ?

Мои доказательства сводятся к тому, что предполагаемый СТЭ механизм эволюции абсолютно противоречит известным общесистемным закономерностям, является противоестественным и не имеет никаких подтверждений - ни эмпирических, ни модельных.

Вот, собственно о том же пишет генетик А.П.Акифьев, "ОСТРОВА В ОКЕАНЕ, ИЛИ ПАРАДОКСЫ ЭВОЛЮЦИИ ГЕНОМА" :

"При диминуции хроматина у циклопов одновременно работают несколько различных процессов; их контролируют разные гены, которые могут находиться в разных хромосомах. Если какой-либо из этапов процесса из-за мутаций в этих генах выпадает, то организму угрожает катастрофа. Например, малейшие неточности в маркировке элиминируемых участков способны привести к потере жизненно важных частей структурных генов или генетических регуляционных систем и в итоге — к гибели организма. Следовательно, генам, контролирующим отдельные этапы описанных процессов, необходимо быть жестко связанными в функциональном отношении. Более того, с самого начала появления таких процессов, к моменту возникновения диминуции хроматина, все гены для нее должны быть «заготовлены» одновременно. Рождение подобной связи на основе случайных мутаций (как это постулируется синтетической теорией эволюции) потребовало бы нереально большого времени.

Приводимые мною факты не единичны — из них состоит вся эволюция. Это и образование эукариотической клетки, и билатеральная симметрия, и дифференциация головного конца у животных, и выход позвоночных на сушу, и развитие мозга у приматов. Здесь везде требуется появление большого числа совместно действующих новых генов, контролирующих новые структуры и функции. Основной постулат теории мутаций, на который опирается и синтетическая теория эволюции, состоит в признании их случайности.

Мне кажется (впрочем, сейчас уже не мне одному), что подобное понимание мутационного процесса относится лишь к молекуле ДНК как химическому субстрату мутагенеза. Если же говорить о крупных преобразованиях генома, за которыми следует (или не следует, как при диминуции хроматина) появление эволюционных новшеств, то здесь сама идея случайности, мягко говоря, не срабатывает. Она не может уже играть сколь-либо конструктивную роль."

pavel · апреля 21, 2005, 20:02:46

Игорь требуете вы согласия или нет это ваше личное дело. Но если выносите гипотезу на свет божий то и на ее критику надо отвечать.

Насчет материалистичности вашей гипотезы – это ваш миф. Есть материальные механизмы образования химической связи в различных ее модификациях, а вот материальный механизм психики протоплазмы несмотря на все мои и не только мои вопросы вы так и не привели. Даже никакого намека. Где же ваша конструктивность в дискуссии.
Если вы считаете что психика протоплазмы материальное явление то назовите механизм связи с известными материальными явлениями.

И еще один нюанс. Насколько я понимаю психика человека – это тоже психика протоплазмы его тела. Тогда почему человек не эволюционирует ПО СВОЕМУ ЖЕЛАНИЮ, почему он не может по СВОЕМУ ЖЕЛАНИЮ ИЗМЕНЯТЬ свой геном. Или его психика какая-то неполноценная.

Игорь Антонов · апреля 21, 2005, 22:29:20

Цитата: "pavel"Игорь требуете вы согласия или нет это ваше личное дело. Но если выносите гипотезу на свет божий то и на ее критику надо отвечать.

Где я не ответил?
И где альтернативная гипотеза, способная выдержать критику?

ЦитироватьНасчет материалистичности вашей гипотезы – это ваш миф.

Что в этой гипотезе нематериалистического?

ЦитироватьЕсть материальные механизмы образования химической связи в различных ее модификациях, а вот материальный механизм психики протоплазмы несмотря на все мои и не только мои вопросы вы так и не привели. Даже никакого намека. Где же ваша конструктивность в дискуссии. Если вы считаете что психика протоплазмы материальное явление то назовите механизм связи с известными материальными явлениями.

Я неоднократно отвечал на вопрос о предполагаемом материальном механизме психики, в том числе и в теме, в которой вы участвовали ("Эволюция информации"):

Возможно, что акты психики реализует спонтанная редукция крупных квантовых суперпозиций.
Эту гипотезу разрабатывают Пенроуз и Хамерофф -

"Тени разума: в поисках потерянной науки о сознании."

"События сознания как оркестрованный выбор пространства-времени."

Quantum Consciousness

ЦитироватьИ еще один нюанс. Насколько я понимаю психика человека – это тоже психика протоплазмы его тела. Тогда почему человек не эволюционирует ПО СВОЕМУ ЖЕЛАНИЮ, почему он не может по СВОЕМУ ЖЕЛАНИЮ ИЗМЕНЯТЬ свой геном. Или его психика какая-то неполноценная.

Психика человека конструктивно реорганизует его внешнюю среду. Это связано с конкретными органами восприятия и исполнительными механизмами, с которыми может взаимодействовать сознание человека. Никто и не обещал, что каждый носитель психики должен быть универсален по сфере её приложения и формам реализации.