Прослежена эволюционная история одного из человеческих генов

У орангутана ген CDC14Bretro, появившийся около 20 млн лет назад, выполняет свою «исходную», предковую функцию. У немного более близкой к нам гориллы этот ген, как и у нас, занят совсем другими делами. Фото с сайтов www.zoo-berlin.de и www.denverzoo.org
У орангутана (слева) ген CDC14Bretro, появившийся около 20 млн лет назад, выполняет свою «исходную», предковую функцию. У немного более близкой к нам гориллы (справа) этот ген, как и у нас, занят совсем другими делами. Фото с сайтов www.zoo-berlin.de и www.denverzoo.org

В ходе эволюции у приматов появилось много новых генов (в основном в результате удвоения старых), однако о функциях этих генов и о деталях их эволюционной истории известно очень мало. Один из таких генов, CDC14Bretro, появился у общего предка человекообразных обезьян в результате деятельности ретротранспозонов. Позднее, у общего предка гориллы, шимпанзе и человека, ген претерпел быстрые изменения под действием отбора, сменив свою «профессию» и «место работы».

Хорошо известно, что новые гены обычно появляются в результате удвоения (дупликации) старых. Появление в геноме «лишней» копии гена открывает свободу для эволюционного экспериментирования: пока одна из копий продолжает выполнять исходную функцию, вторая может под действием мутаций и отбора приобрести новые свойства и заняться чем-то другим. Дупликация генов, таким образом, является важнейшей предпосылкой для появления новых функций.

С теоретической точки зрения тут всё достаточно хорошо проработано, и конкретных примеров тоже хватает. Правда, в большинстве случаев дело ограничивается тем, что по сходству нуклеотидных последовательностей ученые выявляют семейства генов, произошедшие от общего гена-предка, а затем, анализируя эволюционные деревья, оценивают хронологическую последовательность дупликаций. Проследить во всех деталях эволюционную судьбу отдельного гена от момента его «рождения», а также выяснить, как менялись его функции по мере накопления отличий от гена-предка, удается нечасто.

Статья бельгийских и швейцарских биологов, опубликованная в журнале PLoS Biology, интересна сразу в двух отношениях. Во-первых, ученым удалось подробно реконструировать эволюционную историю гена, появившегося сравнительно недавно и успевшего за это время сменить функцию. Во-вторых, речь идет не о каких-нибудь дрожжах или мушках, а о группе, к которой относимся мы сами, то есть о человекообразных обезьянах. Поэтому у данного примера есть все шансы стать хрестоматийным.

Существует два основных механизма удвоения генов: «обычная» дупликация фрагментов ДНК и ретродупликация. Последнее означает дупликацию в результате деятельности ферментов — обратных транскриптаз. Гены обратных транскриптаз входят в состав мобильных генетических элементов — ретротранспозонов, которых в геноме любого млекопитающего насчитываются тысячи. Ретротранспозоны размножаются так: сначала клетка осуществляет транскрипцию (прямую, а не обратную) ретротранспозона, то есть синтезирует на матрице ДНК молекулу РНК. Затем эта РНК используется для синтеза закодированного в ней белка — обратной транскриптазы. Последняя, в свою очередь, может синтезировать на матрице РНК комплементарный ей фрагмент ДНК и встроить его в хозяйскую хромосому (подробнее см.: Данные сравнительной геномики проливают свет на происхождение ретровирусов).

Время от времени обратные транскриптазы переписывают в ДНК хозяина информацию не только со «своих» молекул РНК, создавая новые копии ретротранспозонов, но и с «хозяйских» РНК, создавая тем самым «лишние» копии хозяйских генов. Отличить такие ретродуплицированные гены от обычных можно по отсутствию в них некодирующих вставок — интронов. Дело в том, что после транскрипции интроны из молекулы РНК вырезаются (см. сплайсинг). В результате получаются «зрелые матричные РНК», которые используются, с одной стороны, клеткой для синтеза белка, с другой — обратными транкриптазами для создания ретрокопий. В зависимости от того, в какой генетический «контекст» попадет ретрокопия, она может оказаться либо работающей (тогда ее называют ретрогеном), либо, чаще, она работать не будет, и тогда ее называют ретропсевдогеном.

В эволюции приматов, в том числе человекообразных, или гоминоидов (к которым относятся гиббоны, орангутаны, гориллы, шимпанзе и люди) ретрогены появлялись довольно часто. Авторы ранее выявили целый ряд таких случаев, и вот теперь один из них они сумели разобрать во всех деталях.

Ген CDC14Bretro появился 18–25 млн лет назад у общих предков гоминоидов в результате ретродупликации. Его «родителем» был ген CDC14B, расположенный на другой хромосоме. Ген CDC14B — очень древний, его первые варианты появились еще у одноклеточных эукариот. Функция этого гена (точнее, кодируемого им белка) состоит в регуляции клеточного деления (митоза), в особенности его завершающих стадий. Ген весьма консервативен (то есть мало меняется в ходе эволюции, что говорит о важности выполняемой им функции). Варианты CDC14B настолько похожи у разных организмов, что если у дрожжей удалить этот жизненно необходимый ген и вместо него вставить человеческий аналог, то дрожжевые клетки совершенно нормально живут и делятся.

Как же сложилась судьба ретрокопии этого гена, которая появилась у высших приматов?

Для начала необходимо уточнить, что исходный ген CDC14B у приматов подвергается альтернативному сплайсингу, то есть из незрелой матричной РНК, считанной с этого гена, может быть «нарезана» не одна, а несколько — в данном случае четыре — разных зрелых матричных РНК (которые используются затем для синтеза четырех различающихся вариантов белка). Подробнее о явлении альтернативного сплайсинга см.: Сравнение геномов человека и мыши помогло обнаружить новый способ регуляции работы генов, «Элементы», 21.04.2007. Предком CDC14Bretro является один из четырех сплайс-вариантов, который исследователи обозначили как CDC14Bpar (от «parent» — «родитель»). Остальные варианты получили названия CDC14B1, CDC14B2 и CDC14B3. Два из этих сплайс-вариантов были известны ранее, два другие обнаружены авторами статьи.

Затем авторы проверили, в каких тканях производятся соответствующие молекулы РНК. Картина получилась весьма любопытная. Оказалось, что все четыре сплайс-варианта исходного гена CDC14B производятся во всех тканях человеческого организма, однако его ретрокопия CDC14Bretro работает (экспрессируется) только в мозге и семенниках. Особенно интересно, что ретроген активно работает во время раннего эмбрионального развития в переднем мозге эмбриона, в той области, из которой впоследствии развивается кора больших полушарий.

Похоже на то, что пока «родительский» ген продолжал заниматься своей старинной работой — регуляцией клеточных делений во всех тканях — его ретрокопия занялась чем-то более специфическим в мозге и в семенниках. Эта смена тканевой локализации, по-видимому, произошла еще до отделения предков гиббонов от общего ствола гоминоидов, то есть вскоре после дупликации, 18–25 млн лет назад. Это подтверждается тем, что у гиббонов, шимпанзе и людей ретроген экспрессируется в одних и тех же тканях — в семенниках и в мозге (горилл и орангутанов пока не проверяли).

Интересные результаты дал также анализ изменений нуклеотидной последовательности ретрогена в ходе эволюции. Сопоставив последовательности гена CDC14Bretro разных гоминоидов с эволюционным древом этой группы (которое на сегодняшний день является вполне точным), авторы реконструировали «ископаемые» варианты этого гена, которые имелись у вымерших предков, а также установили, какие нуклеотидные замены и в каком количестве произошли в каждой отдельной веточке. Как известно, нуклеотидные замены делятся на синонимичные (не ведущие к изменению структуры кодируемого белка) и несинонимичные, или значимые. Первые находятся вне сферы внимания естественного отбора и могут накапливаться свободно. Вторые влияют на фенотип и поэтому либо отсеиваются отбором (если они вредны), либо, наоборот, распространяются в популяции и в конце концов фиксируются (если они полезны). Поэтому по соотношению синонимичных и значимых замен можно судить о том, находился ли данный ген под действием одного из двух вариантов отбора. Если синонимичных замен много, а значимых мало, то ген находился под действием очищающего (стабилизирующего) отбора, который отбраковывал большинство значимых замен. Если доля значимых замен выше обычного, то ген находился под действием положительного (движущего) отбора, который способствовал фиксации полезных изменений.

Так вот, оказалось, что ген CDC14Bretro в ходе эволюции гоминоидов почти всегда находился под действием очищающего отбора, и только однажды он подвергся кратковременному, но сильному действию движущего отбора. Этот период соответствует веточке древа, которая соединяет общего предка орангутанов и африканских человекообразных обезьян (= горилла + шимпанзе + человек) с общим предком последних. Движущий отбор действовал на данный ген только в промежутке между 14-ю и 7 млн лет назад и только в одной эволюционной линии, которая соответствует общим предкам африканских человекообразных обезьян (после отделения от этой линии предков орангутанов и до разделения ее на линии, ведущие к горилле и к предку шимпанзе и человека). За этот период в гене зафиксировалось 12 значимых замен и ни одной синонимичной.

Большинство значимых замен, зафиксировавшихся у предков африканских человекообразных, расположены в концевых участках гена, от которых зависит, в какие части клетки будет доставляться белок. Поэтому авторы решили проверить, в каких частях клетки работают белки, кодируемые четырьмя сплайс-вариантами CDC14B и ретрогеном CDC14Bretro. Оказалось, что два из четырех сплайс-вариантов скапливаются в клеточном ядре, а два другие, в том числе «предковый» вариант CDC14Bpar, локализуются в цитоплазме и прикрепляются к микротрубочкам — особым внутриклеточным структурам, играющим важную роль в клеточном делении.

Белки, кодируемые ретрогеном CDC14Bretro, у гиббона и орангутана ведут себя так же, как их молекулярный предок — сплайс-вариант CDC14Bpar, то есть прикрепляются к микротрубочкам. Однако белки, кодируемые тем же ретрогеном у гориллы, шимпанзе и человека, ведут себя совершенно иначе: они игнорируют микротрубочки и вместо этого прикрепляются к мембранам эндоплазматической сети.

Авторы не поленились изготовить «ископаемые» белки по реконструированным последовательностям генов, которые имелись у (1) общего предка орангутана и африканских человекообразных и (2) общего предка африканских человекообразных. Таким образом, были воссозданы белки, существовавшие до и после периода интенсивного движущего отбора. Эти белки затем внедрили в живые клетки. Оказалось, что первый (более древний) воскрешенный белок липнет к микротрубочкам, как у орангутана и гиббона, а второй — к эндоплазматической сети, как у гориллы, шимпанзе и человека.

Дополнительные эксперименты подтвердили, что основной «смысл» тех двенадцати значимых замен, которые зафиксировались в период действия движущего отбора, состоял именно в том, чтобы изменить внутриклеточную локализацию белка — направить его от микротрубочек к эндоплазматической сети. Кроме того, три из этих замен должны были немного изменить свойства активного центра белка — фосфатазного домена. К сожалению, конкретная биохимическая функция всех этих родственных белков неизвестна, но определенно можно сказать следующее. «Изначальный» вариант белка, кодируемый сплайс-вариантом CDC14Bpar, занимался отрезанием фосфатных групп у какого-то вещества в окрестностях микротрубочек и тем самым управлял клеточным делением. Примерно то же самое поначалу делал и белок, кодируемый вновь образовавшимся ретрогеном CDC14Bretro, но уже не во всех тканях, а только в мозге и семенниках (почему произошло изменение тканевой специфичности, пока не ясно). У гиббонов и орангутанов он продолжает этим заниматься до сих пор.

Затем 14–7 млн лет назад у предков африканских человекообразных обезьян ретроген попал под действие движущего отбора и быстро накопил 12 значимых замен, которые привели к смене внутриклеточной локализации и функции белка. Теперь белок стал присоединяться к мембранам эндоплазматической сети и отрезать фосфатные группы у какого-то другого вещества (об этом свидетельствует изменение активного центра). Скорее всего, всё началось с какой-то одной случайной замены, которая чуть-чуть изменила свойства белка, так что это изменение оказалось полезным и создало «зацепку» для отбора — возникло слабое полезное отклонение в новом «удачном» направлении. После этого отбор быстро оптимизировал структуру гена для выполнения новой функции, закрепив еще 11 мутаций.

Разобранный пример показывает, как в результате дупликации генов и последующей игры случайности (мутаций) и необходимости (отбора) может возникнуть — а может и не возникнуть! — белок с новыми свойствами и функциями.

Источник: Lia Rosso, Ana Claudia Marques, Manuela Weier, Nelle Lambert, Marie-Alexandra Lambot, Pierre Vanderhaeghen, Henrik Kaessmann. Birth and Rapid Subcellular Adaptation of a Hominoid-Specific CDC14 Protein // PLoS Biology. 2008. V. 6. P. e140.

О генетических изменениях, произошедших в ходе эволюции человека и его ближайших предков, см. также:
Будут ли расшифрованы генетические основы разума?, «Элементы», 09.10.2006.

Александр Марков


23
Показать комментарии (23)
Свернуть комментарии (23)

  • feb7  | 17.06.2008 | 18:16 Ответить
    Сейчас Михаил устроит цирк с "темной материей" и "Разумными автоволнами", как он это сделал в статье Александра Маркова про псевдо клетки.....Маэстро,на бис!!!.......)))))))
    Ответить
    • Imperor > feb7 | 25.06.2008 | 09:29 Ответить
      feb7. Ну не знаю. А мне именно Вы (судя по Вашим комментариям) показались совершенно неосведомленным в проблеме абиогенеза.
      Ответить
      • feb7 > Imperor | 25.06.2008 | 11:16 Ответить
        Вы правы.Я технарь,а не биолог,что не мешает мне с интересом читать все статьи на эту тему.Что касается устоенного тут шоу с "темной материей" и прочими инвестициями в сокровищницу мировоззрения,это напоминает мне,простите,анекдот про блондинку,где импозантная дама пыталась надуть спустившее колесо автомобиля через выхлопную трубу.Другая дама (тоже блондинка) обозвала ее дурой на том основании,что она никогда не сможет накачать колесо таким образом...потому что в салоне стекла опущены....

        Я никого не хочу оскорбить или поглумиться,но налицо непонимание не только методологии науки,но и смешение,а зачастую подмена терминологии....Как известно,темная материя,как термин,появилась в астрономии для обьяснения кажущегося противоречия - масса галактик и скоплений галактик,определенная из динамики, оказалась больше, чем масса, полученная из произведения числа светящихся звезд на массу этих звезд....Учет погасших звезд,коричневых карликов и прочих обьектов не спасает ситуацию. Приходится признать,что существует материя,которая не излучает (или излучает очень слабо),поэтому зафиксировать ее с помощью современных инструментов мы не можем......

        Может мне кто растолкует, с какого бока здесь биогенез?

        ЗЫ. В свое время (на заре перестройки) очаровательная Татьяна Миткова, освещая в эфире авиационную катастрофу,ляпнула фразу про "черные ящики",видимо,пытаясь проявить осведомленность....хотя любой авиатор Вам скажет,что они никакие не черные, и никакие не ящики. Это бортовые самописцы параметров полета,в бронированном (чаще шарообразном) корпусе яркооранжевого цвета.Содержащаяся в них информация активно изучается после каждого полета.

        Термин "черный ящик" принадлежит кибернетике,и означает обьект,содержимое которого нас совершенно не интересует.Нас интересует функция,которая описывает состояние выходов обьекта в зависимости от состояния входов.....

        Воистину,без черной магии,черной материи и закопченной выхлопной трубы,через которую блондинка надувает колесо, явно не обошлось....
        Ответить
        • Imperor > feb7 | 25.06.2008 | 19:51 Ответить
          "Шоу с "темной материей" и прочими инвестициями"... устраивается потому, что гипотеза абиогенеза в настоящий момент терпит полный крах, не выдерживая эмпирической проверки.

          Поэтому и приходится прибегать к "темной материи", Богу, инопланетянам, и "далеким планетам с абсолютно неизвестными условиями":

          Академик А.С. Спирин: "Вопрос не в том, как из нуклеотидов могли сложиться первые РНК, а в том, как могли появиться сами нуклеотиды. Я два года пытался разобраться в этой проблеме и в конце концов пришел к выводу, что жизнь на Землю могла быть занесена только из космоса. Я убежден, что синтез нуклеотидов невозможен ни при каких условиях - тех, которые мы знаем. Единственное, что остается предположить, что они возникли каким-то неведомым нам образом. Пожалуйста, хотите, думайте о божественном вмешательстве, но это для нас непривычно, а хотите, так просто отделывайтесь фразой о том, что условия в космосе настолько разнообразны, что среди них найдутся и такие, каких мы и вообразить-то не в состоянии..."

          и именно об этом Вам и говорил Михаил - махать бритвой Оккама следует только там, где можно найти более простое объяснение. А вот где нельзя...
          Ответить
          • feb7 > Imperor | 25.06.2008 | 21:37 Ответить
            Вот Вам простое обьяснение.
            http://elementy.ru/lib/25618/25620
            Ответить
            • Imperor > feb7 | 26.06.2008 | 00:40 Ответить
              Объяснение чего?
              Что конкретно Вас так впечатлило в приведенной Вами статье?
              Ответить
              • feb7 > Imperor | 26.06.2008 | 06:09 Ответить
                Пример небиологического появления биологичеких веществ(сахаров,которые,как известно,являются основой нуклеотидов) из небиологического (формалин) сырья. Вы пытаетесь внушить,что спонтанное появление нуклеотидов невозможно. В этом источнике утверждается обратное.

                Кстати,если Вы цитируете академика,будте так добры,приведите ссылку.Как известно,цитата,вырванная из контекста, свидетельствует о лукавстве цитирующего.
                Ответить
                • Imperor > feb7 | 26.06.2008 | 20:37 Ответить
                  feb7: "Пример небиологического появления биологических веществ..."

                  Я не понимаю, какой смысл Вы в данном случае вкладываете в термин: "биологическое вещество"? ;)

                  Я продолжаю не понимать, что Вас так поразило в реакции Бутлерова?
                  Что некоторые сахара образуются по механизму автокатализа?
                  И это Вы уже считаете "объяснением абиогенеза"? :)))

                  feb7: "Вы ПЫТАЕТЕСЬ ВНУШИТЬ, что спонтанное появление нуклеотидов невозможно."
                  1. А Вы обладаете какими-то другими данными? :) Поделитесь, пожалуйста. А то мы тут все в полном расстройстве - не понимаем, откуда взялись на нуклеотиды:
                  А.С. Спирин. "КОГДА, ГДЕ И В КАКИХ УСЛОВИЯХ МОГ ВОЗНИКНУТЬ И ЭВОЛЮЦИОНИРОВАТЬ МИР РНК?":
                  "...Заключение, которое можно сделать из всех имеющихся данных, не утешительно: несмотря на все ухищрения и моделирование различных условий первобытной Земли, к настоящему времени не удается воспроизвести полный абиогенный синтез ни одного из нуклеотидов, являющихся компонентами (мономерами) РНК (Orgel, 2004; Joyce and Orgel, 2006)."

                  feb7: "кстати, если Вы цитируете академика, будьте так добры приведите ссылку..."

                  Привожу: http://www.ng.ru/science/2004-04-14/13_life.html

                  Feb7. Не обижайтесь, но Вы АБСОЛЮТНО некомпетентны в этой проблеме. Подчеркиваю - не просто некомпететентны, а АБСОЛЮТНО некомпетентны.
                  Нам с Вами не о чем разговаривать (Вы просто не поймете о чем идет речь).
                  Могу помочь только ссылками (и далее по приведенным ссылкам):
                  http://www.paleo.ru/forum/viewtopic.php?t=973&postdays=0&postorder=asc&start=150
                  Ответить
                  • feb7 > Imperor | 27.06.2008 | 01:18 Ответить
                    Я и не претендую на точное знание терминологии,поскольку не биолог,а авиационный инженер.Насколько мне известно,когда Вы поднимаетесь на борт самолета,чтобы лететь из Москвы в Самару,у Вас тоже не спрашивают диапазон предельных центровок или обьем регламентных работ при 100 часов налета,в случае неудовлетворительного ответа заворачивая обратно.

                    Кричать,что я некомпетентен Вы можете сколько хотите,сути дела это не меняет.Я хочу разобраться в этой проблеме и что же Вы мне даете? Ту ссылку,котору вы мне дали,привела меня на сайт "Независимой газеты",где приводится выдержка из интерьвью с академиком А.С.Спирином.Как известно,это не является доказательством,поскольку слова академика приводится третьим лицом.Я ожидал,что это будет статья самого академика в "Nature" либо в "Природе",а вместо этого Вы показали мне фигу в кармане.

                    Вторая ссылка привела меня на форум,где может высказаться каждый желающий.Очедидно,доказательств Вашей правоты я там тоже не найду.

                    Что в итоге? Вы обосновано обьяснили мне,что я не биолог,но это я и сам знаю.Привели доказательство своей правоты? Нет,более того,окончательно заставили меня убедиться в своем лукавстве.Вы утверждаете,что нам с Вами теперь говорить не о чем? Позволю себе согласиться с Вами - действительно,не о чем.
                    Ответить
                    • Imperor > feb7 | 27.06.2008 | 02:42 Ответить
                      Я порекомендовал Вам ветку профильного форума (палеонтологического института) в которой шло (и идет) подробное обсуждение проблемы абиогенеза.
                      Еще я порекомендовал Вам "пройти далее по ссылкам".

                      Вы, вероятно, как-то криво просмотрели рекомендованную мной ветку. Если бы Вы просмотрели ее не криво, а нормально, то увидели бы (на 12 странице) ссылку на интересующую Вас работу:
                      Игорь Антонов: "Известный адепт гипотезы РНК-мира, академик Александр Спирин, опубликовал осенью минувшего года новую статью в "Палеонтологическом журнале" (? 5, Сентябрь-Октябрь 2007, С. 11-19).

                      "КОГДА, ГДЕ И В КАКИХ УСЛОВИЯХ МОГ ВОЗНИКНУТЬ И ЭВОЛЮЦИОНИРОВАТЬ МИР
                      РНК?"

                      Вот её аннотация:

                      Рассмотрены условия внешней среды, необходимые для существования, амплификации и эволюции мира РНК, трудности абиогенного синтеза РНК и парадоксальные ситуации, возникающие в отношении стабильности РНК, ее функционирования и места мира РНК в геологической истории Земли. Обсуждается, во-первых, несовместимость химической нестабильности ковалентной структуры РНК в водной среде и необходимости воды для формирования ее функционально активных конформаций ('водный парадокс'); во-вторых, несовместимость стабильной двуспиральной структуры РНК, требуемой для репликации РНК, и стабильных компактных конформаций одноцепочечных РНК, необходимых для каталитических функций (конформационный парадокс); в третьих, чересчур малый промежуток времени, или его отсутствие, в геологической истории Земли между окончанием массированной метеоритной бомбардировки (3.9 млрд. лет назад) и появлением первых свидетельств клеточной жизни (бактерий) в земных породах (3.8-3.85 млрд. лет назад или даже несколько ранее) (геологический парадокс). Сделан вывод о невозможности возникновения, существования и эволюции мира РНК в клеточные формы жизни на Земле. Кратко обсуждается проблема космического происхождения мира РНК и его внеземной эволюции, с последующим распространением в космосе, в основном с помощью комет, клеточной формы жизни как более устойчивой к внешним условиям по сравнению со свободной РНК."

                      Кроме этой статьи, на странице 11 данной ветки Вы бы увидели выложенный зарубежный обзор по проблеме РНК-мира (один из последних).
                      А так же (чуть выше) мои подробные комментарии к этому обзору.
                      Ответить
                  • Вячеслав Рогожин > Imperor | 16.12.2012 | 14:05 Ответить
                    Imperor, приветствую. Занимательно, не правда ли, как ответы на многие Ваши вопросы оказываются не свидетельством наличия каких-то "высших причин". а всего лишь дальнейшим этапом научного изучения. Эту фразу Вы написали в 2008-м году именно в этом сообщении:
                    "...Заключение, которое можно сделать из всех имеющихся данных, не утешительно: несмотря на все ухищрения и моделирование различных условий первобытной Земли, к настоящему времени не удается воспроизвести полный абиогенный синтез ни одного из нуклеотидов, являющихся компонентами (мономерами) РНК (Orgel, 2004; Joyce and Orgel, 2006)."

                    А вот что случилось всего через год, в 2009-м: http://elementy.ru/news/431082 ("Химики преодолели главное препятствие к абиогенному синтезу РНК") - этот синтез продемонстрирован. причем в "грязной" среде. "Бог белых пятен" - не лучшая основа для оправдания собственных представлений, не так ли? http://ru.rationalwiki.org/wiki/%D0%91%D0%BE%D0%B3_%D0%B1%D0%B5%D0%BB%D1%8B%D1%85_%D0%BF%D1%8F%D1%82%D0%B5%D0%BD
                    Ответить
  • Imperor  | 25.06.2008 | 09:48 Ответить
    Александр. Если Вы читаете комментарии, то у меня вопрос к Вам.

    А Вы сами верите, что копия гена, получившаяся в ходе его "случайной" дупликации, затем хранится много поколений (выйдя из под действия естественного отбора, но тем не менее, не разрушаясь вредными мутациями), чтобы потом "случайно" обрести полезные "мутации", кардинально меняющие функцию?
    Ответить
    • Марков Александр > Imperor | 25.06.2008 | 11:15 Ответить
      1) См. новость про геном ланцетника.
      2) Большинство генов, появившихся в рез-те дупликации, действительно теряются, поскольку до того, как они приобретут другую функцию, очищающий отбор не будет отсеивать их повреждения
      3) вероятность того, что ген успеет сменить функцию до того, как будет испорчен или потерян, довольно высока. См. новость про цветное зрение. Многие мутации опсинового гена приводят к небольшому изменению длины волны, на которую реагирует белок, и в случае обезьян с дихроматическим зрением ЛЮБАЯ такая мутация будет полезна и сразу будет поддерживаться отбором. Вероятность того, что такая мутация возникнет раньше, чем мутация, выводящая ген из строя, довольно велика. Другой пример: новая копия гена, естественно, попадает в новое генетическое окружение, и поэтому почти наверняка она будет экспрессироваться немного иначе - в других тканях, в другом возрасте, немного в других условиях. Это по сути - автоматическая и мгновенная "смена функции". И это сразу же может оказаться либо полезным, либо вредным.
      4) Слово "кардинально" в вашем посте настораживает: оно свидетельствует либо о непонимании сути дела, либо о намерении заняться креационистской пропагандой. Никакой кардинальности тут не нужно. Достаточно, чтобы функция изменилась самую малость.
      Ответить
      • Imperor > Марков Александр | 25.06.2008 | 19:35 Ответить
        1. Новость про геном ланцентника просмотрел. Ничего случайного не увидел. А увидел большой объем проделанной "генно-инженерной" работы. Я еще раз повторяю свой вопрос - почему Вы считаете, что все эти изменения - случайны? В каких экспериментах было показано, что столь масштабные генные перестройки могут осуществляться методом случайного "тыка"?

        2. На мой взгляд, после экспериментов Холла (и Кейрнса) говорить о случайном характере всех этих дупликаций и нуклеотидных замен, по меньшей мере, странно.
        Тем более странно это слышать от Вас, после вот этой статьи:
        http://elementy.ru/news/430576
        и этой тоже:
        http://elementy.ru/news/430576
        Это ведь Вы писали:
        "Наконец, эволюционистов-теоретиков не может не волновать крамольный вопрос: что если механизм гипермутирования иногда включается не только в лимфоцитах?"
        И вот это:
        http://elementy.ru/news/430246
        "В обоих случаях, таким образом, множественность генома (полиплоидия) развилась в связи с необходимостью внесения каких-то осмысленных изменений в ДНК".

        Совершенно очевидно, что клетки ведут активный генетический поиск. И о случайных мутациях здесь не может быть и речи. Случайности здесь не больше, чем в подборе компьютерного пароля к нужной базе данных каким-нибудь компьютерным хакером.

        Я поэтому и спрашивал Вас - неужели Вы, действительно, продолжаете верить, что столь масштабные перестройки генома с возникновением новых полезных функций возможны методом случайных поломок старых функций?

        Это ведь всё равно, что верить, что функция "LIST" (компьютерного языка "Бейсик") постепенно превратится, например в функцию "RANDOM" путем случайной перестановки букв машинного кода.
        Понятно, что здесь нужна именно кардинальная (системная) перестройка, а про "достаточно, чтобы функция изменилась самую малость" - это Вы, я надеюсь, не всерьез?
        Если Вы объективные трудности, которые возникнут, если Вы попробуете "постепенно перетрясти" (т.е. случайным перебором) функцию "LIST" в функцию "RANDOM" называете "креационистской пропагандой", то пусть будет креационисткая пропаганда. Но какой ярлык не навесь, проблема от этого никуда не денется.

        3. По поводу мутаций опсиновых генов - это явный частный случай параметрической настройки. А вот существуют ли экспериментальные данные, чтобы какая-нибудь каталаза случайно мутировав, вдруг стала выполнять функции полимеразы?
        Т.е. зафиксирован ли современной наукой случай случайного появления работающего нового домена?
        Ответить
        • feb7 > Imperor | 26.06.2008 | 05:59 Ответить
          Верить (равно как и не верить) - вопрос чисто религиозный, и к науке (и научному мышлению) не относится.

          Тем более зря Вы приплели сюда Бейсик и программирование.Бейсик относится к языкам высокого уровня и процессор его совершенно не понимает.Хочу Вам напомнить,что каждый оператор Бейсика представляет собой целую подпрограмму из системы команд,которые процессор "понимает".Для того,чтобы нам программировать на бейсике,а компьютер нас слушался,существует программа - транслятор,которая переводит операторы бейсика в микрокоманды. Пример микрокоманды 01100110 11011101 11100110. Пример другой микрокоманды 01101110 11011101 11100110. Чувствуете разницу? А тем не менее процессор выполнит с операндами (они одинаковы в этих двух примерах)совершенно разные действия (я писал комбинации нулей и единиц от балды,но сути это не меняет).

          Вот вам пример кардинальной перестройки,то есть абсолютное изменение результатов работы. Так что Ваш пример с программированием не только не доказал Вашей правоты,а наоборот,показал две вещи: 1)При случайной мутации кардинальная перестройка возможна. 2) Вы ничего не понимаете в программировании ни на языках высокого уровня,ни тем более в машинных кодах.

          ЗЫ.Поскольку при передаче данных всегда возможна случайная ошибка, например,в одном разряде вместо нуля прописалась единица,существует целая система проверки информации (избыточное кодирование,вычисление контрольных сумм и т.д.)Так что работайте за своим компом спокойно. Что касается генетического аппарата,там тоже,насколько мне известно,существуют системы исправления и выявления неверной информации.Спросите биологов.
          Ответить
          • Imperor > feb7 | 26.06.2008 | 21:10 Ответить
            Feb7. "Хочу Вам НАПОМНИТЬ,что каждый оператор Бейсика представляет собой целую подпрограмму из системы команд,которые процессор понимает".

            Я не очень понимаю, к чему Вы мне всё это "напоминаете"?
            Именно это и имелось в виду. Каждый домен белка - это полный аналог описанной Вами функции, где отдельными "буквами" кода являются нуклеотиды, а "словами" - кодоны. Например, последовательность АГГГЦЦТАААТЦГТТЦТГ - кодирует одну функцию (например, домен фермента гидролазы), а "ТТТГАТТГГГЦТАТТ...ГГГ" - другую "функцию" (например, домен фермента полимеразы). Если мы меняем несколько "букв" нуклеотидов, мы получаем иную последовательность аминокислот в белковом домене. Это будет либо бессмысленная последовательность (не выполняющая никакой функции), либо работающая последовательность (или модифицированный старый домен, или новый домен, выполняющий какую-то полезную химическую работу). Средняя длина белкового домена не менее 100 нуклеотидов. Таким образом, вероятность случайно получить нужную нам последовательность домена какой-нибудь каталазы при длине домена 100 нуклеотидов - составляет 1/4^100. Ну и как Вам эта цифра? :)
            Вот поэтому я и написал, что это все равно, что из функции "LIST" (в Вашем примере): 01100110 11011101 11100110 получить функцию "RANDOM" (в Вашем примере): 01101110 11011101 11100110 методом СЛУЧАЙНЫХ ПОЛОМОК.
            На самом деле, здесь проблема сложнее, так как мы НЕ ЗНАЕМ точно, сколько работающих (хотя бы немного) генетических последовательностей может быть ПОТЕНЦИАЛЬНО. Т.е. мы можем предположить - а вдруг там из 1/4^100 вариантов - 1/4^90 степени будут хотя бы что-то делать (хотя бы чуть-чуть эффективно).
            Однако такое предположение будет чистой воды спекуляцией.
            Т.к. мы знаем, что доменов (реальных) в природе существует не более 20.000. Даже если мы предположим, что каждый такой домен может существовать не в нескольких (известных), а, например, в миллиарде ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ вариантов, то и в этом случае мы получим лишь 2*10^13 возможных вариантов. И это при общем числе 4^100 вариантов. Понятно, что предположенная цифра в 10^13 потенциально работающих последовательностей - лишь капля в море, бесследно теряющаяся в 4^100 всех вариантов. Бесследно теряются в этом "море" и триллионы возможных вариантов для каждого домена, и квадраллионы...
            Поэтому, повторю - это все равно, что в программировании пытаться написать новую функцию путем случайной перестановки единичек и нулей в старой функции.

            Feb7. Вы чрезвычайно далеки от проблем современной биологии, поэтому у меня к Вам просьба - не засоряйте данную ветку.
            Т.к. мне, действительно, интересна точка зрения А.Маркова - продолжает ли он в лучших традициях середины 20 века считать, что в деле возникновения принципиально новых ферментов "правит бал" полная случайность, или же начал склоняться к точке зрения, что система осуществляет активный генетический поиск (что можно предположить из его отдельных фраз в разных статьях).
            Ответить
            • feb7 > Imperor | 27.06.2008 | 02:29 Ответить
              Еще раз напоминаю,что я не биолог,однако,обьясните,почему мне нельзя интересоваться этой проблемой.Данный сайт позволяет высказываться всем желающим.Если Вам интересна личная точка зрения А.Маркова,пишите ему на мыло.

              Я допускаю,что аналогии имеют место,но выбор аналогии надо делать осторожно.Ни один программист не пишет програму, пытаясь набрать набор символов - вдруг получится.Программист очень хорошо знает,что он хочет получить,при этом руководствуясь списком доступных команд.Неужели вы хотите сказать,что КТО-ТО сидит и тоже самое делает с генетическим кодом?

              Вы пытаетесь доказать,что случайным перебором нельзя получить осмысленную последовательность? Не совсем верно,просто вероятность такого единичного события очень низка.Однако я тоже чуть-чуть знаю математику и теорию вероятности.Верно, вероятность сразу получить осмысленную последовательность исчезающе мала.Однако,умножте эту малую вероятность на количество молекул,одновременно учавствующих в эксперименте.Напомню,число Авогадро(физический смысл - чило молекул в одном моле вещества) равно 6*10^23.Умножте получившееся число на количество лет (около 0.8^10*12,если судить по геологическим данным,т.е время между возрастом земли и появлением пород с первыми признаками жизни)и вы получите число 5*10^35,которое сопоставимо по порядку с теми выкладками,которые Вы привели.Маловато? Посчитайте,сколько литров в мировом океане.Пусть даже не весь обьем участвует в интересующем нас процессе,а только узкая полоска прибрежных вод,все равно цифра получится порядочной.
              Ответить
              • Imperor > feb7 | 27.06.2008 | 02:59 Ответить
                1. feb7: "Еще раз напоминаю,что я не биолог,однако,обьясните,почему мне нельзя интересоваться этой проблемой"
                Я не говорил Вам, что Вам нельзя интересоваться этой проблемой - я лишь попросил не засорять ветку моего диалога с А. Марковым. Т.к. с каждым новым ответом ширина полосы уменьшается, и воспринимать текст становится всё хуже.

                2. feb7: "Неужели вы хотите сказать,что КТО-ТО сидит и тоже самое делает с генетическим кодом?"
                Да, хочу сказать. И не я один. Почитайте же, наконец, современную научную литературу по этой проблеме.
                Да начните, хотя бы, прямо с этой ссылки:
                http://elementy.ru/news/430576

                3. По поводу расчетов - там не молекулы надо брать, а число особей и среднюю частоту мутаций у этих особей ( частоту мутаций можете посмотреть вот здесь: http://elementy.ru/lib/430413 )
                Ответить
                • feb7 > Imperor | 27.06.2008 | 03:24 Ответить
                  Вы хотите запретить мне высказывать свое мнение? Затыкание рта как аргумент не используется интеллигентными людьми.Вы еще на костер меня отправьте!!!Хотите вступить в приватный диалог с любым человеком - пользуйтесь почтой.

                  А ссылку я посмотрел.Это статья А.Маркова,где он пишей о случайности процесов гипермутации при подборе антитела,позволяющегося справится с антигеном.

                  После Вашего поста я могу,наконец-то пасть на колени и возопить! О боги! Теперь я знаю ваши имена! Это Msh2/6, Exo1, ДНК-полимераза ню-греческое! Это вы сидите там в клетке и подбираете такую мутацию,которая позволит справится с инфекцией!!!!

                  А если серьезно,мой здравый смысл не имеет никаких возражений против того,что нуклеотиды "сыпятся с неба" образовавшись в результате естественных процессов. Я не нашел в Тырнете статьи А.С Спирина,поэтому пока не найду ее,не смогу составить свое мнение.Замечу мимоходом,что "Палеонтологический журнал" позиционирует себя как центральное периодическое издание России в области палеонтологии, публикующее оригинальные работы по анатомии, морфологии и таксономии ископаемых организмов, их распространению, экологии и происхождению, а также эволюции организмов, сообществ и биосферы,т.е. представляет собой серьезное издание,наверняка позиционирующее себя вдалеке от креационизма.

                  Зато Ваше признание вызвало у меня приступ изумленного веселья,даже слегка приглушило разачарование от проигрыша нашей сборной в полуфинале. Браво,батенька! Почем опиум для народа?
                  Ответить
                  • Марков Александр > feb7 | 27.06.2008 | 16:02 Ответить
                    Imperor, мне очень жаль, но вы приводите типичный "джентельменский набор" аргументов, которые можно найти на любом креационистском сайте. Вот только забыли про "нередуцируемую сложность" упомянуть и про то, что "палеонтологи до сих пор не нашли ни одной переходной формы". Все это давно и подробно разобрано и опровергнуто, и я не могу в сотый раз пережевывать эти "доводы" и объяснять, в чем их ошибочность.

                    К этому вы добавляете и свои собственные оригинальные приемы. Например, вы передергиваете, говоря о доменах. В заметке речь шла об эволюции одного гена у гоминид. Какого черта, неужели вы думаете, что в эволюции гоминид возник хоть один новый белковый домен? Новые домены практически никогда не появляются в эволюции животных. Дело обходится именно тем, что вы называете "параметрическими настройками". Например, настройками регуляторных областей генов (особенно генов - регуляторов онтогенеза), небольшими изменениями кодирующих областей, в результате чего происходят именно НЕБОЛЬШИЕ изменения функций белков. Ну а уж если хотите редкий пример появления принципиально НОВОГО белка у животных, то пожалуйста - появление белков-антифризов независимо у антарктических и арктических рыб. В обоих случаях ген нового белка (довольно простой структуры, надо сказать) был составлен из обрывков других (разных в обоих случаях) генов. Из того, что подвернулось. И нет никаких оснований считать, что вероятность случайного появления такого гена слишком мала. Ситуация хорошо описана в книге Carroll. The making of the fittest. http://www.amazon.com/Making-Fittest-Ultimate-Forensic-Evolution/dp/0393061639

                    Очень советую добыть и прочесть. Там и вся ваша "математика" с вероятностями появления новых белков подробно разбирается и опровергается.

                    И не надо передергивать мои высказывания. Вы совершенно превратно их толкуете. Да, в ходе эволюции могут развиться адаптации, направленные на оптимизацию генетических изменений. Но в основе и возникновения, и работы этих механизмов все равно лежат случайные мутации и отбор. На что вам совершенно справедливо указывает feb7.

                    Ваше требование превратить каталазу в гидролазу и т.п. до боли напоминают мне (не к ночи будь помянута) нашу теледискуссию со служителями культа. Они тоже говорили "ну что это за примеры эволюции - у вас тля осталась тлей, рыба - рыбой, муха - мухой. Плевать, что новый вид, все равно муха. Вы нам продемонстрируйте пример, чтобы муха превратилась в орла. Ну или, так и быть, хотя бы в стрекозу." Ну не понимают люди, что теория эволюции никогда не постулировала превращение мух в орлов. А что был общий предок, потомки которого, постепенно меняясь миллионы лет, постепенно превратились одни в мух, другие в орлов. А предок этот был не орлом и не мухой, а весьма просто устроенным морским червячком. Происхождение большинства белковых доменов уходит корнями глубоко в архейскую эру. Опыты по синтезу коротких пептидов с произвольными последовательностями аминокислот показали, что среди таких пептидов обнаруживаются практически все основные типы каталитической активности, свойственные современным надсемействам белков.

                    Imperor, еще раз хочу подчеркнуть, что у меня нет ни возможности, ни желания продолжать с вами дискуссии в этом формате. Поэтому заранее приношу свои извинения за то, что ваши последующие выступления будут оставлены без ответа.
                    Ответить
                    • Imperor > Марков Александр | 27.06.2008 | 21:26 Ответить
                      1. Ок. Спасибо, что пояснили свою позицию. Т.е. Ваша точка зрения - все основные домены произошли когда-то давным-давно, где-нибудь в глубинах архея, а дальше в основном шла лишь "перестановочная" и "параметрическая" работа, породившая всё остальное биоразнообразие?

                      "Новые домены практически никогда не появляются в эволюции животных"

                      2. По поводу "передергивания". Сожалею, что Вы так болезненно отреагировали на мои сообщения, но меня действительно интересует именно проблема появления НОВОГО домена (в том числе, вероятность такого события), поэтому я об этой проблеме и завел речь. Понятно, что к эволюции гоминид это не имеет прямого отношения.
                      Приведенные Вами примеры очень интересны именно в аспекте данной проблемы. Они, практически, снимают её. Поэтому рекомендованную Вами книгу я, безусловно, постараюсь найти и внимательно изучить. Кроме того, не могли бы Вы порекомендовать ссылку на первоисточник и вот этой информации:
                      "Опыты по синтезу коротких пептидов с произвольными последовательностями аминокислот показали, что среди таких пептидов обнаруживаются практически все основные типы каталитической активности, свойственные современным надсемействам белков."

                      Для меня такая информация была бы чрезвычайно важна. Или она приведена в той же книге, которую Вы только что порекомендовали?

                      3. Я по-прежнему, не понимаю Вашей категоричности в подобных утверждениях:
                      "Да, в ходе эволюции могут развиться адаптации, направленные на оптимизацию генетических изменений. Но в основе и возникновения, и работы этих механизмов все равно лежат случайные мутации и отбор".
                      Но почему бы не предположить, что именно "развитие адаптации, направленной на оптимизацию генетических изменений" спровоцировало... ну, например, кембрийский взрыв (или что было до него), т.е. резко ускорило и расширило возможные масштабы эволюции?
                      Например, Чайковский предполагает в качестве основного механизма эволюции именно активный генетический поиск живой системы (по принципу, аналогичному иммунному гипермутированию). Вы, как я понял, в этом вопросе категорически несогласны с Чайковским. Но почему?
                      Кроме того, еще раз - каким образом можно интерпретировать в свете СЛУЧАЙНОСТИ генетических изменений опыты Холла?

                      P.s.: по поводу "муха осталась мухой" в "не к ночи будь помянутой теледискуссии со служителями культа" :) Не переживайте. Там всё было нормально. Я чисто случайно оказался зрителем этой передачи, и Ваш аргумент с морскими ежами показался мне самым сильным. Я неспециалист в палеонтологии, поэтому меня несколько смущают доводы про "отсутствие переходных форм". И аргумент "с ежами" в данной ситуации попал в десятку (т.е., например, меня он убедил). Я только не очень понял, почему Вы не сказали аудитории, что морские ежи - это целый класс животных, и не уточнили ранг "признаков А и B"?
                      Ответить
  • Imperor  | 27.06.2008 | 21:38 Ответить
    feb7.
    "Я не нашел в Тырнете статьи А.С Спирина,поэтому пока не найду ее,не смогу составить свое мнение."
    В интернете Вы ее вряд ли найдете.
    Здесь можно поступить несколькими способами:
    1. Купить соответствующий номер палеонтологического журнала.
    2. Пойти в библиотеку и ознакомиться со статьей.
    3. Зарегистрироваться на форуме www.paleo.ru. Связаться там с участником форума Игорем Антоновым, и попросить его выслать Вам эту статью (участникам данного форума А.С. Спирин любезно предоставил для ознакомления русскоязычный вариант своей статьи).
    4. Наконец, я могу выслать Вам эту статью по e-mail :)
    Ответить
    • feb7 > Imperor | 29.06.2008 | 10:12 Ответить
      Ох,батенька,а стоит ли теперь? У нас с Вами пути разошлись.Я пойду самолетам хвосты крутить - а Вам на паперть,провозглашать осанну....

      ЗЫ.Неужели Вы думаете,что я с огорода медведей гоняю и не знаю,как найти нужный мне источник? Окститесь,Вы мне тут так все расписали - не хуже,чем в маршрутно-технологической карте.
      Ответить
Написать комментарий


Элементы

© 2005-2017 «Элементы»