о внутренней биологической эволюции
Oct. 5th, 2003 02:22 am![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
jayrandomНавеяно дискуссией Аввы об эволюции
Пожалуй, выложу и я свои предварительные размышления.
Конечно же, эволюцию не стоит воспринимать так буквально. Это всего лишь принцип, он очень общий и работает при развитии любых систем в агрессивных средах (![[livejournal.com profile]](https://www.dreamwidth.org/img/external/lj-userinfo.gif)
pikitan, например, смакует параллелизм между эволюцией многоклеточных организмов и эволюцией обществ, где никак не скажешь, что культура - эквивалент ДНК - развивается тупыми мутациями и геноцидной проверкой оных на выживание). Итак, верный принцип нужно просто правильно применять.
Обычно смущает проблема нехватки времени для отбора, при этом предполагается, что мутации (или -kostia_inochkin совершенно прав - тут надо рассматривать все виды передаваемых детям изменений) происходят исключительно случайно для самого организма, и никак с его мнением по этому вопросу не согласованы. Тут нужно все же отказаться от "ортодоксального дарвинизма" и допустить хотя бы умеренный "ламаркизм", намеки на оправданность которого появляются в отчетах о биологических экспериментах уже достаточно часто, чтобы задуматься.
Давайте рассмотрим само понятие отбора. Классически, "отбор" - это всего лишь вид обратной связи со стороны среды, причем наиболее жесткий вариант: "испортился" = "умер". В случае одноклеточных мы действительно никуда не продвинемся. В случае многоклеточных "испортился" чаще всего означает какую-нибудь дисфункцию, не обязательно летальную, но в подавляющем большинстве это все же отрицательное изменение. Передавать этот признак бесполезно, а у наиболее высших организмов едва ли получится, ибо работает пресловутый "половой отбор" (см., например, популярные тексты Дольника и Протопопова).
В случае одноклеточных уже не принято удивляться, что колонию бактерий, дышавших в оригинале кислородом, можно постепенно "переучить", добавляя в дыхательную смесь метан, вплоть до дыхания чистым метаном. Да, происходит миниатюрная эволюция, при которой перестраивается геном. Есть агрессивная среда, надо к ней адаптироваться. Кто не адаптировался, либо умер, либо просто очень снизил свои шансы на размножение. Но речь пока шла об одноклеточных.
Почему бы теперь не запихнуть часть эволюции вовнутрь организма?
Мы представляем из себя достаточно сложно организованную колонию клеток, каждая является носителем всего генома и реализует определенную часть возможностей (остальные блокируются переходом хроматина из "эу" (активного) состояния в "гетеро" (заблокированное) состояние в момент специализации клетки из стволовой в тканевую).
Допустим, что определенная часть организма (мне хочется думать, что нейроткань, но это предположение взято с потолка) ставит на другой части огранизма микро-эксперимент, создавая для нее локальную агрессивную среду. Так как есть обратная связь ("организм в целом" знает, какое изменение он хочет получить), то в конце эксперимента (или периодически в его процессе) остается перенести получившиеся подсистемы (новые модификации генов и даже новые гены вместе с элементами управления экспрессией) в половые клетки или систему их размножения.
Традиционно переносом частей генома из клеток в клетки (и даже зачастую повышением приоритета их последующей экспрессии) занимаются вирусы.
Заодно мы можем предположить, откуда взялся механизм вирусов и откуда возникают новые. Это пока тоже открытый вопрос, ибо, в отличие от живых клеток, вирусам вне клетки даже мутировать *негде* - это химическое соединение, несущее информацию без интерпретирующего механизма.
В заключение - мне было приятно узнать, что до некоторой степени изобрел велосипед - см. монографию Петрашова (1988г)
Правда, Петрашова занесло слишком далеко при явном недостатке информации. Сейчас мы знаем, что специализация клеток одного организма все же не является следствием перестройки генома, а всего лишь блокировкой эухроматина/гетерохроматина. Но общий принцип "внутренней эволюции" продолжает быть интересным.
Добавка:
Занимательна мысль о том, что даже если все организовано не так, то оно может быть так организовано, т.е. этот механизм скорее всего будет использован в генной инженерии в недалеком будущем. Если у нас имеется некоторый генетический "патч", который требуется распространить по всему организму, то лучшего способа, чем сынжинеренный вирус, не представить.
Пожалуй, выложу и я свои предварительные размышления.
Конечно же, эволюцию не стоит воспринимать так буквально. Это всего лишь принцип, он очень общий и работает при развитии любых систем в агрессивных средах (
pikitan, например, смакует параллелизм между эволюцией многоклеточных организмов и эволюцией обществ, где никак не скажешь, что культура - эквивалент ДНК - развивается тупыми мутациями и геноцидной проверкой оных на выживание). Итак, верный принцип нужно просто правильно применять.Обычно смущает проблема нехватки времени для отбора, при этом предполагается, что мутации (или -
kostia_inochkin совершенно прав - тут надо рассматривать все виды передаваемых детям изменений) происходят исключительно случайно для самого организма, и никак с его мнением по этому вопросу не согласованы. Тут нужно все же отказаться от "ортодоксального дарвинизма" и допустить хотя бы умеренный "ламаркизм", намеки на оправданность которого появляются в отчетах о биологических экспериментах уже достаточно часто, чтобы задуматься.Давайте рассмотрим само понятие отбора. Классически, "отбор" - это всего лишь вид обратной связи со стороны среды, причем наиболее жесткий вариант: "испортился" = "умер". В случае одноклеточных мы действительно никуда не продвинемся. В случае многоклеточных "испортился" чаще всего означает какую-нибудь дисфункцию, не обязательно летальную, но в подавляющем большинстве это все же отрицательное изменение. Передавать этот признак бесполезно, а у наиболее высших организмов едва ли получится, ибо работает пресловутый "половой отбор" (см., например, популярные тексты Дольника и Протопопова).
В случае одноклеточных уже не принято удивляться, что колонию бактерий, дышавших в оригинале кислородом, можно постепенно "переучить", добавляя в дыхательную смесь метан, вплоть до дыхания чистым метаном. Да, происходит миниатюрная эволюция, при которой перестраивается геном. Есть агрессивная среда, надо к ней адаптироваться. Кто не адаптировался, либо умер, либо просто очень снизил свои шансы на размножение. Но речь пока шла об одноклеточных.
Почему бы теперь не запихнуть часть эволюции вовнутрь организма?
Мы представляем из себя достаточно сложно организованную колонию клеток, каждая является носителем всего генома и реализует определенную часть возможностей (остальные блокируются переходом хроматина из "эу" (активного) состояния в "гетеро" (заблокированное) состояние в момент специализации клетки из стволовой в тканевую).
Допустим, что определенная часть организма (мне хочется думать, что нейроткань, но это предположение взято с потолка) ставит на другой части огранизма микро-эксперимент, создавая для нее локальную агрессивную среду. Так как есть обратная связь ("организм в целом" знает, какое изменение он хочет получить), то в конце эксперимента (или периодически в его процессе) остается перенести получившиеся подсистемы (новые модификации генов и даже новые гены вместе с элементами управления экспрессией) в половые клетки или систему их размножения.
Традиционно переносом частей генома из клеток в клетки (и даже зачастую повышением приоритета их последующей экспрессии) занимаются вирусы.
Заодно мы можем предположить, откуда взялся механизм вирусов и откуда возникают новые. Это пока тоже открытый вопрос, ибо, в отличие от живых клеток, вирусам вне клетки даже мутировать *негде* - это химическое соединение, несущее информацию без интерпретирующего механизма.
В заключение - мне было приятно узнать, что до некоторой степени изобрел велосипед - см. монографию Петрашова (1988г)
Правда, Петрашова занесло слишком далеко при явном недостатке информации. Сейчас мы знаем, что специализация клеток одного организма все же не является следствием перестройки генома, а всего лишь блокировкой эухроматина/гетерохроматина. Но общий принцип "внутренней эволюции" продолжает быть интересным.
Добавка:
Занимательна мысль о том, что даже если все организовано не так, то оно может быть так организовано, т.е. этот механизм скорее всего будет использован в генной инженерии в недалеком будущем. Если у нас имеется некоторый генетический "патч", который требуется распространить по всему организму, то лучшего способа, чем сынжинеренный вирус, не представить.
![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
взаимно :)
Date: 2003-10-06 09:18 am (UTC)А я в Англии, делаю PhD по биоинформатике. Занимаюсь науськиванием самообучающихся алгоритмов на распознавание всяких геномных сигналов. Сначала это были sigma-70 промотеры E.Coli, коих мексиканцы из RegulonDB собрали порядка 700 штук. Теперь сплайсинговые донор-акцепторные пары Арабидопсиса. Тут входных данных побольше, так что и результаты получше. Но все же нам пока далеко до того, чтобы одним махом найти разметку неизвестного гена по эксонам и интронам. А хочется :)
Вы, как я понял, wet-lab scientist? И изучаете что-то связанное с цианобактериями? А что именно и как?
Re: взаимно :)
Date: 2003-10-06 06:33 pm (UTC)нашел :)
Date: 2003-10-12 04:48 pm (UTC)Интересная у Вас тема. Что-то припоминается... это когда один белок торчит вовнутрь через мембрану, и если по нему щелкнуть, то отдает свой фосфор и включает чью-то чужую транскрипцию? Или это не из той оперы?
А чем можно, например, помучать цианобактерь? На что они вообще реагируют, кроме света? (прошу прощения за темноту :)
Re: нашел :)
Date: 2003-10-13 03:39 am (UTC)А я тут с 26 июня, поэтому меня в списке нет.
Про фосфоры всё правда. Сигнал_воспринимается гистидин-киназой, она активируется, фосфорилирует_респонс-регулятор, который связывается с ДНК и регулирует транскрипцию.
Респонс-регуляторы - мои:)
Стрессов много -_гиперосмотический(сжать их сорбитолом, к примеру), солевой (соли налить - получается осмотический и химический одновременно), тепловой, холодовой, дефицит какой-нибудь фигни в среде, оксидативный (как это по-русски? перекись водорода, вобщем, злой кислород делает), дефицит СО2 (они автотрофы), ну есть чем развлечься.
злобные воздействия
Date: 2003-10-13 07:27 pm (UTC)А насколько они автотрофы? Т.е. какой у них необходимый минимум, чтобы вообще жить могли? Ну там... кислород могут при разложении воды получить, или это уже из области фантастики?
Хотя, кислород, наверное, проще фотосинтезом получить... :)
А [распаляется] електричеством, електричеством их - что будет? :)
Re: злобные воздействия
Date: 2003-10-13 07:41 pm (UTC)Кислород, по большому счету, и так из разложения воды образуется - есть такой процесс в фотосинтезе:)http://phm.bio.msu.ru/edocs/micro/14.html
А забирают они кислород из окружающей среды в процессе дыхания (это не то_же, что фотосинтез).Это два разных, не связанных процесса, то-есть если их кислорода как-то лишить, то долго не протянут:)
электричеством - не знаю, мы же модулируем стрессы, которые в природе_могут возникнуть, и значит, для ответа на них какие-то механизмы в бактерии точно должны быть:)