Про горизонтальный перенос в эволюции

[diletant]

Интересуюсь палеонтологией, особенно систематикой животных, особенно хордовых, особенно тетрапод... Не имею никакого образования связанного с темой – так что с биологией, геологией и палеонтологией знаком по большей части по научно-популярным книгам и статьям. Поэтому сразу прошу прощения за возможные неточности в формулировках, либо за явные ошибки.

Отмечу, что моё знание систематики по большей части ограничено архивом Mikko Haaramo и с чем-то помимо кладистики я знаком слабо. Сайт «Проблемы эволюции» открыл для себя только вчера, чем и породил для себя некоторое количество вопросов. Особенно озадачила возможность горизонтального переноса генов...

Вот, допустим, такой пример. Появились в раннем эоцене такие хищники, как нимравиды. Жили-были, процветали, но в миоцене появились настоящие кошки, которые позже вытеснили нимравид. Семейства родственные, но почему-то нимравиды как две капли воды похожи на саблезубых кошек, причём похожи так, что раньше их считали одним подсемейством кошачьих. А теперь считается, что ложные саблезубые кошки отстоят от настоящих даже дальше, чем мангусты. Возникает вопрос: каким образом возникла такая поразительная схожесть у довольно дальних родственников?

По идее, у этих семейств общая генетическая база, то есть кошки просто повторили эволюцию нимравид за счёт того, что в их генах уже были заложены все эти приспособления вроде характерной формы черепа, скелета и верхних клыков в частности. И, как я понимаю, теоретически возможна эволюция очень похожих на каких-нибудь смилодонов животных из той же фоссы, которая так же далека от нимравид, как и кошки, но кошкой не является.

Первый вопрос: Если это возможно, то почему параллелизм расходится с дарвиновской теорией?

Предположу, что я всё-таки неправ и признаки в зачаточном состоянии передаются редко либо вообще не передаются. Кошки и нимравиды существовали параллельно, а значит, мог иметь место горизонтальный перенос генов посредством какого-либо вируса. При высокой схожести генома это должно быть вполне реально – новые молекулы ДНК могут оказаться вполне «жизнеспособными».

Второй вопрос: Но если это реально, то почему горизонтальный перенос не считается одной из важнейших видообразующих сил, а считается чем-то маловероятным и редко встречающимся?

[Nestor notabilis]

интересный пост!
мне тоже любопытно прочитать ответ специалистов будет :с)
(в принципе, аналоги могут иногда формироваться и без переноса генов, просто сходные ниши: тилацин и шакал, тилакосмил и мегантереон. хотя, конечно, на общей базе или с переносом все быстрее)

[Юрич]

Первый вопрос: Если это возможно, то почему параллелизм расходится с дарвиновской теорией?

IMHO, не расходится. Конвергенция, параллелизмы... Всё это имеет место и никакого расхождения с теорией эволюции в этом нет.

Параллелизмы и их эволюционное значение

[diletant]

Вот и мне кажется, что никакого расхождения с теорией эволюции тут нет, но чем тогда в этом плане ученых не устраивает синтетическая теория? Зачем нужно придумывать что-то ещё, если противоречий нет?

Спасибо за ссылку, интересно было почитать, хотя ответов на свои вопросы я там не нашёл.

Возник ещё вопрос, созвучный с предыдущими. На сайте я несколько раз встречал критику Александра Маркова в адрес кладистики. В качестве примера приводится происхождение млекопитающих. Суть такова, что млекопитающие произошли не от одного вида рептилий, а от нескольких родственных, и, по правилам кладистики, их нужно разбить на несколько классов, несмотря на то, что они очень схожи морфологически. Не могу понять, а почему бы их и не разбить на парочку классов? Какие препятствия? То, что они молоком детёнышей кормят, и поэтому называются млекопитающими? Но ведь разделение групп млекопитающих произошло задолго до того, как они стали представителями нового класса. Тогда нужно либо объединить зверозубых рептилий с млекопитающими в один таксон, либо разделить зверей на несколько классов. Зачем нужны «сборные» таксоны вроде того же отряда дневных хищных птиц, где далеко не родственные виды долгое время были объединены в одну кучу? По-моему, это вносит большую путаницу в систематику.

Насколько я понимаю, наследование генов от прямого предка играет гораздо более важную роль, чем возможный горизонтальный перенос, а поэтому кладистика вполне правильно отображает эволюционный процесс.

Собственно вопрос: зачем пытаться переделать существующую ныне (и довольно строгую) систему, где у каждого таксона может быть только один предок, и превращать эволюционное «дерево» в «сеть», если горизонтальный перенос не так уж явно воздействует на эволюционное развитие?

[Юрич]

Вот и мне кажется, что никакого расхождения с теорией эволюции тут нет, но чем тогда в этом плане ученых не устраивает синтетическая теория? Зачем нужно придумывать что-то ещё, если противоречий нет?

По-моему, ученых она вполне устраивает. Вот именно, что незачем.

Но ведь разделение групп млекопитающих произошло задолго до того, как они стали представителями нового класса.

Как это?..

[Nestor notabilis]

разделение групп млекопитающих произошло задолго до того, как они стали представителями нового класса.

Ну да. Вы имеете в виду, что процессы маммализации зверозубых "парарептилий" шли одновременно широким фронтом в самых разных группых этих палеозойских существ? - Примерно, как параллельная орнитизация многих линий динозавров позднее. Или попытка выбраться на сушу - среди многих групп кистеперых рыб ранее.
Вроде бы, именно так и было, и более того - современные подклассы млекопитающих действительно произошли от разных зверозубых ящеров, а не просто "остановились на разном уровне развития". - Т.е. яйцекладущие млеки, сумчатые и плацентарные - не просто разные стадии процесса маммализации, а вообще разные ветви и друг другу прямо не родствены. Это альтернативные варианты, а не последоваттельные. - Насколько я понимаю.

[Андрей Пустовалов]

Вообще интересная темматика. Затронут и горизонтальный перенос генов и проблемы кладизма.

По поводу параллелизма посмотрите в библиотеке сайта работы Мейена:
Беседа А.Ю.Розанова и С.В.Мейеном о роли факторов среды в эволюции (Знание-Сила, 1968. №2).

С.В.Мейен. Дальновидная амблистома, или шаг назад, два шага вперед. Об эволюционной роли неотении (отбрасывание взрослой стадии, переход к размножению на стадии личинки). (Знание-Сила, 1968. №1).

С.В.Мейен. Где ты был, Адам? О выходе растений на сушу. (Знание-Сила, 1968. №11).

С.В.Мейен. Корова и сено. К общему предку. Поиск общего предка растений и животных. (Знание-Сила, 1970. №2).

С.В.Мейен. Путь к новому синтезу, или куда ведут гомологические ряды? О роли закона гомологических рядов наследственной изменчивости Н.И.Вавилова в построении новой системной теории эволюции. (Знание-Сила, 1972. №8).
Сейчас, правда зашел на сайт - сноски не открываются, надеюсь это временная проблема. Мейекен как раз один ин тех, кого в СТЭ, насколько я понимаю, не все устраивало.


О кладизме. Тут
http://www.palaeoentomolog.ru/Publ/Rasn/methodology.html
статья А.П. Расницина
ПРОЦЕСС ЭВОЛЮЦИИ И МЕТОДОЛОГИЯ СИСТЕМАТИКИ
Думаю, Вам будет интересно ее прочитать. Как я понимаю, на самом деле все не так просто. В конце концов кладистика не учитывает никак степень изменения разошедшихся таксонов.

[Марков Александр]

В классическом кладизме многих не устраивают, прежде всего, следующие вещи:
1) Использование принципа парсимонии (максимальной экономии) при построении филогенетических реконструкций. При этом "экономятся" изо всех сил в первую очередь параллелизмы. Но никто не доказал, что эволюция всегда стремится делать свое дело наиболее "экономным" путем. Никто не доказал, что древо с минимумом параллелизмов - самое вероятное. Похоже, как раз наоборот, параллелизмы - это правило, а не исключение.
2) Попытки отменить "парафилетические" таксоны. Значит, если птицы произошли от архозавров, то архозавры уже не таксон! Или надо включить в них и птиц, тогда они снова станут таксоном. И кому нужны такие таксоны? Это, конечно, дело формальное, но уж очень неудобно с такими кладистическими таксонами дело иметь.
3) Убежденность, что "хорошая" реконструкция непременно должна включать только дихотомии. А если из одной точки сразу три или четыре ветви - плохо, "неразрешенная" кладограмма, нужно дорабатывать. Между тем вполне возможно, что эволюция иногда именно так и идет - от одной предковой популяции сразу (или с очень небольшими промежутками) отделяется несколько ветвей. Особенно в начале становления крупных таксонов, во время адаптивной радиации.


Что касается горизонтального переноса, то он, похоже, все-таки иногда (очень редко) происходит у животных. Но зато - кто знает - может быть "редко да метко". В последнее время что-то слишком часто, когда генетики докапываются до какого-нибудь гена, связанного с крупным ароморфозом, то происхождение этого гена оказывается связано с мобильными элементами - транспозонами и ретротранспозонами. А по крайней мере для некоторых ретротранспозонов показана возможность эпизодического горизонтального переноса (т.е. иногда они могут вести себя подобно обычным вирусам). Три примера - в новости, которую я только что написал и послал на elementy.ru, должны скоро вывесить. Это гены теломеразы (бывший ретротранспозон), RAG-гены (бывшие транспозазы) и вот теперь еще - нашли ген, который, возможно, сыграл важную роль в развитии плацентарности. Тоже ретротранспозонного происхождения.

Ну, и еще межвидовая гибридизация. По-видимому, эпизодический обмен генами между видами в пределах рода - не исключение, а правило. Есть примеры и межродового обмена. С этим тоже связаны большие трудности в последовательном применении принципа строгой монофилии.

[Питер]

Александр,   а  можно  ли  договориться   о  терминах ?
То  есть  об  определении  горизонтального  переноса.  Если  под  этим  понимать    использование    организмом в  своих  целях    последовательностей    вирусов  (то  есть  ретровирусные   блоки  в  геномах) -  то   таки  да,  он  есть.
Но  если  пож  этим  понимать  перенос     гена  от  вида  А  к  виду  В  с  использованием  какого-то   транспорта  (вируса,   бактерии,   демона   Максвела) -  то  скорее  нет  чем  да.

Кстати,  два  слова  в  сторону. Про АРОЕ  из  элементов  -  очень  древняя  новость.  Например,  вот  это  из 1998  года  -  PMID 9508061.  Про   плохой 4 аллель   уже  и  наши  врачи  выучили  и  требуют  его  массово  тестировать.

[Марков Александр]

Александр,   а  можно  ли  договориться   о  терминах ?
То  есть  об  определении  горизонтального  переноса.  Если  под  этим  понимать    использование    организмом в  своих  целях    последовательностей    вирусов  (то  есть  ретровирусные   блоки  в  геномах) -  то   таки  да,  он  есть.
Но  если  пож  этим  понимать  перенос     гена  от  вида  А  к  виду  В  с  использованием  какого-то   транспорта  (вируса,   бактерии,   демона   Максвела) -  то  скорее  нет  чем  да.

Кстати,  два  слова  в  сторону. Про АРОЕ  из  элементов  -  очень  древняя  новость.  Например,  вот  это  из 1998  года  -  PMID 9508061.  Про   плохой 4 аллель   уже  и  наши  врачи  выучили  и  требуют  его  массово  тестировать.

"Скорее нет, чем да" - верно, сейчас пока такая картина, но, может быть, просто еще не найдены эти случаи. Ведь их не так-то просто идентифицировать.

Я в данном случае имел в виду самое широкое понимание горизонтального переноса - то есть передача генов от одного организма другому в том случае, когда реципиент не является прямым потомком донора и/или они относятся к разным видам. Хотелось бы включить сюда и возможные случаи притока генов от близкородственных видов в результате эпизодической гибридизации.

Что касается новости про APOE - да, конечно, связь этого гена с болезнью Альцгеймера давно известна. "Новостной повод" в данном случае состоял всего лишь в том, что был сделан доклад об этом. Это дает формальное право рассказать в ленте новостей о чем-то интересненьком.  В докладе рассказывалось о результатах конкретного исследования (которое, впрочем, по-видимому, тоже не слишком новое - в статье 2002 г. все эти результаты уже описаны). Но я не думаю, что более 1% читателей что-либо слышали об этих исследованиях или о гене АРОЕ, так что для них это будет новость.

[Питер]

По   этой  логике  и  образование  митохондрий  -  пример  горизонтального  переноса  генов.  Все-таки  определение  оно и  есть  определение ..
В  принципе  найти  такие  события    будет  вполне  возможно  -   когда   будет  секвенировано   больше  геномов.  Признаки  такой  перенесенной  последовательности   достаточно  очевидны  -    фланкирование  повторами,  относительно  короткие  последовательности,  скорее всего    не  содержащие  интронов,   гомологичные  ДНК  отдаленных  видов.  Главная  проблема  на  пути  переноса  -   ни  одна  природная   система  не  умеет  такскать  на  себе  большие  блоки  ДНК. Да, все  сказанное  -  про  эукариот, у  про - совсем  другая  история.