Когда б вы знали, из какого шума растут белки, не ведая стыда…

ideogram.ai
ideogram.ai
Борис Штерн
Борис Штерн
Михаил Гельфанд
Михаил Гельфанд

Борис Штерн и Михаил Гельфанд продолжают диалог о важнейших вопросах эволюции, возникновении жизни, проблемах, тупиках, встающих на пути исследований и вариантах выхода из этих тупиков. Видеозапись беседы на канале ТрВ-Наука: youtu.be/BdtsrE-5nww (запись и монтаж Алексея Кудря). Предыдущие беседы цикла: trv-science.ru/tag/proisxozhdenie-zhizni.

— Вот первый вопрос: есть четкое ощущение, что эволюция всё время упорно ведет к развитию, к усовершенствованию, к усложнению. Но ведь критерий, по которому эволюция отбирает успешный организм и отличает его от неуспешного, — это приспособленность в смысле максимального темпа воспроизводства. Казалось бы, это необязательно связано вообще со сложностью и с совершенством. Мы видим простые, прекрасно приспособленные организмы. И есть локальные минимумы, если говорить в терминах экологического ландшафта, где организму хорошо. Тогда почему все не свалились в эти локальные минимумы, локальные тупики, где не нужно дальше эволюционировать, где и так всё хорошо? Почему эволюция такая «прогрессивная»?

— Тут философская путаница, потому что сложность отождествлена с прогрессом и придумано много метафор, которые содержательного смысла не имеют, а если имеют, то оказываются неправильными. Есть масса чудесных организмов, которые действительно очень слабо меняются, потому что, как было правильно замечено, им и так хорошо. Проблема в том, что если есть много тех, кому хорошо в простых экологических нишах, значит, туда не все поместились. И первое, что приходит в голову: новые приспособления появляются ровно за счет того, что старые экологические ниши заняты, и тот, кто не выдерживает конкуренции, должен пытаться вырваться куда-то еще. Фраза «кто-то должен пытаться вырваться» не имеет телеологического смысла, это просто жаргонное выражение для длинного, ортодоксального рассуждения, почему естественный отбор работает так, а не сяк. Кроме того, есть некоторые иллюзии относительно того, что отбор отбирает, исходя из совершенства конструкции. Если бы существовал Верховный Генный Инженер, он бы действительно делал совершенные механизмы, и всё было бы замечательно. Есть известная фраза Гельмгольца, которую я очень люблю повторять. Он изучал строение человеческого глаза и сказал, что Господь Бог очень плохой оптик. Эволюция не знает про идеал, она работает в сторону ближайшего локального оптимума.

Ландшафт приспособленности, естественно, тоже рассматривают как метафору, но в последнее время как раз появились работы на эту тему. Если мы говорим не про яркие внешние признаки, а про молекулярные, то там уже словам «ландшафт приспособленности» люди умеют придавать вполне содержательный экспериментальный смысл: просто измеряют эффективность работы разных вариантов одного белка в количестве нескольких десятков тысяч — и получают вполне себе ландшафт. Так вот, ландшафт приспособленности всё время меняется, потому что меняются условия, и, соответственно, эти локальные оптимумы немножечко сдвигаются: оптимально стало не то, что было оптимально несколько лет назад. Сейчас климат поменяется — и довольно большому количеству живых существ придется приспосабливаться к изменениям с нечеловеческой скоростью, и получится у них это или нет — вопрос интересный.

А сложность — вещь на самом деле, видимо, измеримая: для одноклеточных можно считать, что сложность — это густота сети регуляторных взаимодействий. А для многоклеточных существ, наверное, показатель сложности — разнообразие типов тканей или — еще лучше — типов клеток. Дальше оказывается, что эволюция ступает маленькими шажками, эволюция «близорука» и видит только, идем ли мы вверх или вниз, но не видит, насколько высоко мы дойдем, если будем двигаться всё время вверх. Оказывается, довольно часто проще не откатить назад и пойти в другом направлении, а сделать надстройку над тем, что есть.

Здесь можно привести еще одну метафору: когда бюрократ плохо работает, довольно часто локальным решением оказывается нанять другого бюрократа, который будет помогать следить за неэффективным работником и поправляет его косяки, что, несомненно, ведет к большому усложнению системы. В конечном счете она становится абсолютно неадекватной и неуправляемой, но каждый раз происходило локальное улучшение, потому что нанять ассистента проще, чем выгнать начальника. И, по-видимому, основной механизм того, что мы склонны считать прогрессивной эволюцией, — это механизм постепенного надстраивания и небольших улучшений, каждое из которых локально оптимально, а глобально — совершенно не обязательно. Впечатление, что вся эволюция идет в сторону усложнения, видимо, не совсем правильное, потому что мы видим яркие контрпримеры. Если я вас попрошу назвать произвольное животное, вы скажете или «лев», или «слон», но вряд ли скажете «таракан». Те, кто на виду, они действительно сложные и прекрасные, но большинство не таково.

Вот, скажем, сейчас я вообще никакой не программист, а 25–30 лет назад я программировал, но очень плохо. Поэтому мой код не был продуман, а состоял весь из патчей и заплаток. Когда мне надо было что-то инициализировать, я не делал специальную процедуру инициализации, а просто копировал кусок основного кода и какие-то параметры руками загонял в начальные значения. Получалось то, что в геномике называется тандемной публикацией. Эволюция действует схожим образом. Нужно долгое время, чтобы «задизайнить» новый белок, а схватить старый и какими-то мелкими хаками и патчами его сделать чуть лучше — это быстрая процедура.

— Хорошо, а есть примеры упорной деградации каких-нибудь таксонов, примеры того, что эволюция идет в обратном направлении? Чтобы на достаточно долгое время в каком-то таксоне эволюция взяла и повернула назад?

— Сколько угодно. Есть паразиты, которые теряют вообще все органы. Ситуаций, когда изначально сложный вид деградирует, сколько угодно. Был свободно живущий вид, и вот он перешел к паразитическому образу жизни — и очень сильно упростился. Иногда мы видим промежуточные состояния: скажем, возбудитель проказы: видно, что треть генов когда-то были, но сейчас они уже не работают.

— Возбудитель проказы — это бактерия? А более сложные организмы?

— Возбудитель проказы — это бактерия Mycobacterium leprae, палочка Хансена, родственница туберкулезной палочки Коха. Есть чудесные работы у Владимира Алёшина, Панчина-старшего и Панчина-младшего. Вот эта компания как раз изучает паразитов, уже многоклеточных, и видит довольно много вторично деградирующих больших таксонов. Можно и без паразитизма: скажем, живут какие-нибудь мухи на островах, где сильный ветер, и они там бескрылые — бегают по этим островам, а не летают, потому что иначе тебя снесет моментально. Палочники крылья то теряют, то обретают. Какие-то виды теряют самцов, но потом, правда, вымирают сами довольно быстро. Не знаю, считать ли отсутствие самцов за деградацию или нет, но я склонен считать.

Палочка Хансена (Mycobacterium leprae). United States Department of Health and Human Services
Палочка Хансена (Mycobacterium leprae). United States Department of Health and Human Services

— Можно ли сказать, что деградация происходит от того, что организм попадает в долговременные благоприятные условия: выбрал себе такую нишу, которая долго существует и благоприятна?

— Что благоприятно, а что нет — вопрос философский. Существенно даже не то, что ниши благоприятные, сколько то, что они стабильны и однообразны, условия всегда одни и те же. Ну, видимо, так, да.

— И тогда вытекающий вопрос. Коррелирует ли темп эволюции с благоприятностью среды? Можно здесь ожидать отрицательной корреляции? И верно ли утверждение, что в быстро меняющейся среде быстрее идет эволюция?

— А как вы измеряете скорость эволюции?

— Число образования новых видов, классов, других таксонов в единицу времени, скажем так.

— Конечно, когда резко меняются условия, то сначала кто-то вымирает, а потом увеличивается разнообразие тех, кто остался. Верно другое: скажем, молекулярная эволюция идет с более-менее постоянной скоростью, потому что большинство изменений, которые мы наблюдаем на уровне последовательности ДНК и белков, нейтральны, и они накапливаются более-менее постоянно. А то, что эволюция происходит быстро в сильно меняющихся условиях… Опять возьмем те же патогены. Иммунную систему хозяина можно рассматривать как быстро меняющуюся среду, потому что она всё время приспосабливается к патогенам. И патоген эволюционирует очень быстро, потому что ему некуда деваться. Если он будет медленно эволюционировать, иммунитет сожрет.

Я давно хотел сделать такой эксперимент, и мы как-то всё подбираемся, подбираемся, и никак не получается начать — смоделировать регуляторную эволюцию. Взять одну регуляторную связь, сломать мутациями место посадки белка-регулятора на ДНК, а потом посмотреть, что будет. Потому что если этот сайт был, то он нужен, а у мутантной бактерии его нет, стало быть отбор должен действовать так, чтобы он восстановился или появился новый примерно там же. Есть гипотеза, что скорость восстановления будет зависеть от того, как меняется среда, на которой мы будем этих бактерий растить: если она будет стабильна, то сайт не восстановится, а если будет меняться — то восстановится, и довольно быстро.Есть классические примеры быстрой эволюции — это лекарственная устойчивость у раковых опухолей и, аналогично, устойчивость к антибиотикам у бактерий. Как только возникает новый фактор отбора, он закрепляет соответствующие варианты, которые всё время появляются случайно.

— А скорость мутаций вообще насколько постоянна? Она ведь тоже может зависеть от каких-то внешних условий. Например, ионизирующее излучение или что-нибудь в этом роде. Температура среды… Много чего можно придумать.

— Ну, поэтому она в разных линиях может быть разная, но такое ощущение, что при этом зависимость все-таки не очень большая. В том, что мы наблюдаем, есть две компоненты: скорость мутации как химического изменения и то, насколько хорошо работает система исправления этого химического изменения. Мутация — это не когда буква А превратилась в букву Б, а когда буква А превратилась в несуществующую букву Z. А потом, когда ее чинили, то бывало так, что починили правильно и получилась А, или починили неправильно — получилась Б, и вот это уже мутация в геноме, на которую действует отбор. Химические изменения зависят от условий, а починка, видимо, нет, как и ошибки при копировании.

Обложка журнала Genome Biology and Evolution с картинкой по мотивам статьи “Mutational signatures in wild type Escherichia coli strains reveal predominance of DNA polymerase errors”
Обложка журнала Genome Biology and Evolution с картинкой по мотивам статьи “Mutational signatures in wild type Escherichia coli strains reveal predominance of DNA polymerase errors”

У нас буквально недавно, в апреле, вышла статья 1 в Genome Biology and Evolution, где мы сравнили паттерны замен — не скорость мутации, но то, какие системы отвечают за существующие мутации, — у лабораторных кишечных палочек, которые 30 лет жили в лаборатории, и у диких кишечных палочек, которые то живут в хозяине, то плавают где-нибудь в лужах. Оказалось, что у природных и лабораторных штаммов за подавляющее большинство мутаций отвечают пробои в одних и тех же системах, хотя условия совсем разные: скажем на свободе есть ультрафиолет, а в лаборатории нет. По мотивам нашей статьи даже картинку поместили на обложку журнала. Но мы работали над этой публикацией где-то лет шесть-семь.

По-видимому, история состоит в том, что серьезные мутации, которые вызывают явные, видимые глазом изменения, — это мутации в регуляторных системах. Банальный пример: у эмбрионов всех млекопитающих есть перепонка между пальцами, которая потом рассасывается. Это наследие наших очень древних предков — каких-нибудь лягушек. А теперь представим себе, что механизм, который включает рассасывание перепонки, сломался. (Сломать ничего не стоит, достаточно изменить одну «букву».) И вот у вас получились люди с перепонками между пальцами. Если им, скажем, надо почему-то плавать, то они будут плавать лучше. И дальше естественный отбор это подхватит и потащит. А может быть наоборот: скажем, такая регуляция, которая заставляет что-то работать дольше. В норме оно бы перестало работать, а в результате мутации оно работает дольше, и, например, конечность становится длиннее.

То, что так происходит, исследователи осознали довольно давно. Есть несколько красивых примеров, когда такого сорта вещи удавалось показать экспериментально. Но есть подозрение, что сейчас начинается та эпоха, когда мы сможем это наблюдать массово, поскольку появляются данные про то, как работают гены в развитии, причем на уровне единичных клеток — даже не органов и тканей. Можно взять миллион клеток из зародышей на разных стадиях и посмотреть, как у них гены работают. Затем их классифицировать, посмотреть, как идет дифференцировка, вот это всё… Но сейчас все-таки это достаточно редкие работы. Впрочем, когда расшифровали первые геномы, тоже было очень трудно. Смотришь на геном: ну вот он, а что с ним делать? А когда геномов расшифровали десять, сто, а потом тысячу, то оказалось, что просто сравнивая последовательности, можно вытащить кучу всякой чудесной биологии — как раз то, чем мы занимались последнюю четверть века. И сейчас точно так же будет с биологией развития: когда у вас эти карты клеточной дифференцировки будут для мыши, крысы, кролика, белки, я не знаю, суслика — ну отлично, вы будете понимать, почему у крысы длинный хвост, а у хомяка — короткий.

В общем, ваш вопрос правильный, но несколько преждевременный. Приходите лет через двадцать, я думаю, будет много красивых ответов. Даже, может быть, раньше.

— Можно ли проследить мутации, ведущие к глобальным изменениям? Например, к повышению интеллекта? «Археология» в этом смысле возможна? Или это слишком сложная задача?

— На уровне даже не молекулярно-генетическом, а на уровне появления признаков, скажем, эволюция глаза исследована очень хорошо. И видно, почему он не такой замечательный, как если бы его изготовил опытный оптик. Опять же, это не моя область, я просто знаю, что это классический пример очень хорошо прослеженных постепенных изменений.

Интеллект — это вообще не очень понятно, что такое. Это взаимодействие какого-то бесконечного количества генов. Там понять, что на что влияло, невозможно. И я не уверен, что реалистично даже и в будущем. Что сломать, чтобы перестало работать, это понятно. В любом случае это опять-таки то же самое накопление единичных элементов.

Есть довольно хорошо прослеженная история, как у бактерий возникал жгутик. Жгутик же чудесная вещь: это ротор, который сделан из белковых молекул. И видно, как он постепенно усложнялся, как добавлялись новые белки. Не так, конечно, что их покупали в хозмаге. Основной механизм: ген дуплицировался, у одного гена функция закодированного белка сохранялась, а другой был свободный, начинал меняться и постепенно подстраивался под новую функцию. Опять-таки отдельные примеры есть, общая теория тоже есть — собственно, я ее и рассказал, она вмещается в один абзац, — а отследить промежуточные стадии, по-видимому, довольно тяжело. И у меня нет оптимизма, потому что слишком много всех вымерло, у нас эволюционные деревья недостаточно «пушистые», чтобы мы видели промежуточные стадии. Мы на это нарывались. Когда появляется сложный признак, то он эволюционирует очень быстро, потому что момент появления очень неоптимальный, и, соответственно, есть очень сильное давление отбора на улучшение, потому что каждое улучшение радикально. Когда у вас уже всё хорошо, то каждое новое улучшение будет «тоненькое», а когда вы только-только на подножье очередного оптимума, то вы забираетесь вверх очень быстро. На самом деле про это люди с правильным образованием умеют писать диффуры. Поэтому промежуточные стадии просто очень трудно заметить. Всё самое интересное происходит настолько быстро, что мы этого не замечаем.

Мы с коллегами пытались сделать похожую вещь. Есть белки, которые влияют на работу генов, я их выше упоминал. Это факторы транскрипции, у каждого есть несколько участков в ДНК (сайтов), которые он узнаёт; они не идентичные, но похожи друг на друга. Мы умеем такие сайты искать, сравнивая последовательности. И вот, у нас есть семейство родственных факторов транскрипции — несколько тысяч. Они все похожи по аминокислотной последовательности и по структуре, но при этом они узнают разные сайты ДНК.

Дальше я могу взять факторы транскрипции из одного семейства. Рядом с каждым написать, какие сайты он узнавал. И посмотреть, где есть корреляции между аминокислотами в последовательностях белка и нуклеотидами в последовательностях дээнковых сайтов. Для этого я пишу эти белки друг под другом так, чтобы занимающие одно место в структуре аминокислоты были в одном столбце, и сайты также пишу друг под другом — и тогда я могу увидеть пары позиций, в которых определенным аминокислотам соответствует определенный нуклеотид. А если для кого-то из этих факторов решена структура в комплексе с ДНК, то я могу проверить: оказывается, что действительно коррелируют те пары позиций, которые контактируют в структуре.

Это был пролог. А история вот такая.

Разные родственные факторы транскрипции узнают разные сайты. Это означает, что в ходе эволюции они менялись. И вопрос такой: как происходят эти изменения? Мы же не можем сразу сделать несколько мутаций, так не бывает. Фактор транскрипции меняется, и все сайты, которые он узнавал, тоже должны поменяться. И модель, которую мы придумали, была такая: фактор транскрипции действительно меняется случайно, а сайты, которые он узнавал, он узнавать продолжает, но чуть хуже. И тогда появляется очень мощный отбор на то, чтобы сайтам быстро подстроиться под новый белок.

Есть теория, предложенная Михаэлем Лессигом (Michael Lässig), профессором Института теоретической физики при Кёльнском университете. Он физик, поэтому я его работы плохо понимаю — локально понимаю, но потом немедленно забываю… Я его слушал несколько раз на конференциях, и у нас были совместные проекты. Грубо говоря, устроено так. Нужно, чтобы возник новый сайт связывания для транскрипционного фактора: какой-то ген раньше не регулировался, но условия поменялись, и теперь ему полезно регулироваться. Тогда сначала очень долго, за счет случайных мутаций, возникает что-то, хоть немножко похожее на сайт (хоть немножко узнается белком), а после этого он до оптимального вида доводится очень быстро. Долгая история блуждания по степи, пока вы не придете на склон горы: если вы уже оказались на склоне горы, то дальше вы бежите с дикой скоростью. В нашей ситуации должно быть так и устроено. Белок поменялся, сайты для него стали неоптимальными, но все-таки это не случайные последовательности: белок поменялся не радикально и продолжает их узнавать. Дальше, по Лессигу, все сайты очень быстро под белок подстраиваются. Я думал, что можно будет найти пример, когда белок уже поменялся, а сайты еще старые. Но нет, мы берем эти чудесные «пушистые» эволюционные деревья, в которых несколько тысяч факторов транскрипции, и не видим ни одной ветки в промежуточном состоянии — видимо, они существуют очень недолго, потому что всё происходит с нечеловеческой скоростью.

Я люблю мысленные эксперименты. Если бы у нас были все геномы всех живых существ — не тех, которые сейчас живут, это банально, а все геномы всех живых существ, которые когда-либо жили, — вот тогда я бы смог ответить на этот вопрос, потому что я видел бы промежуточные состояния.

— Что значит «быстрая подстройка»? Насколько быстрая? Хотя бы число поколений?

— Откуда мне знать…

— Ну, порядок величины.

— Нет-нет-нет, Борис, это бессмысленный вопрос, потому что мы не оговорили, какое явление мы обсуждаем. Они очень разные. Появление глаза — до хрена поколений. Появление какой-то одной регуляторной связи — меньше поколений.

— Нет, я вот как раз про эти регуляторные связи. Про подстройку сайтов, так скажем.

— Мы сейчас как раз очень хотим измерить, с какой скоростью идет подстройка сайтов. Пока что, похоже, никто не знает. А из известных вещей — пожалуйста: раковая опухоль приспосабливается к химиотерапии за месяцы.

— То есть это сколько делений клеток, скажем?

— Я не знаю, у меня плохо с вашими физическими оценками по порядку величины; ну, от десятков до сотен, наверно. Вы с Куниным разговаривайте, вот он пытается думать, как физик, а я думаю как лингвист, поэтому для меня это просто не очень естественный язык. Но пример химиотерапии показывает, что подобные процессы могут проходить очень быстро. Не выше сотни, потому что иначе опухоль была бы размером со Вселенную.

— У меня вопросы кончились. Но нас тут на самом деле трое. У нас есть еще оператор Алексей Кудря, который записывает наш разговор. У него, кажется, назрел вопрос. Алексей, давай.

Алексей Кудря: Илон Маск нам обещает колонизацию Марса. Вопрос такой: насколько быстро там появится новый вид людей и будут ли они отличаться от земных? Маск говорит, что нам надо становиться межпланетным видом…

— Любая репродуктивная изоляция ведет к тому, что виды начинают расходиться. Характерные времена для людей, по-видимому, — порядка миллиона лет. С неандертальцами мы разошлись 500 тыс. лет назад, и общих детей вполне могли иметь, хотя уже была частичная репродуктивная несовместимость: мальчики от этих браков были, видимо, не очень фертильные, а девочки — ничего себе. Но полного отсутствия гибридизации не было. Поэтому если Маск со своей сектой будет жить на Марсе и не общаться с землянами (если на Земле еще кто-то останется и она не превратится хрен знает во что стараниями наших выдающихся политических деятелей), то, видимо, через миллион лет они уже даже, может быть, и захотят иметь общих детей, но не смогут. И тогда это будут два разных вида. Но они в первое время будут, естественно, похожи. А если обратно летать на Землю, встречаться и делать детей, то будет межпланетный вид, как Маск и велел.

Другое дело, что все-таки когда мы говорим про такие времена, то технологии меняются настолько, что сколько-нибудь разумно предсказывать, как будет устроена эволюция на ближайшие сотни лет, я бы не взялся. Но в качестве опять-таки мысленного эксперимента — вот.

Озерные регионы Центральной Африки (1881). Рис. Джона Гедди (1848–1937)
Озерные регионы Центральной Африки (1881). Рис. Джона Гедди (1848–1937)

Есть примеры очень быстрой эволюции, примерно за десятки тысяч лет — причем за малые десятки тысяч лет. Есть Великие Африканские озера, из них самое известное — озеро Виктория. Они возникли по геологическим причинам: запрудило реку, образовалось озеро. И один вид — серенькие местные цихлиды, которые жили в этой реке, — очень быстро занял разные экологические ниши, которые образовались в этом озере, и разветвился в разные виды. Опять же, там полной репродуктивной изоляции нет. Если вы посадите двух цихлид разных видов из одного озера в аквариум и не дадите им своих, то они волей-неволей будут делать гибридов, при этом потомство будет больше похоже на предковый вид, чем оба родителя. Это как собаки: дворняги больше похожи на волков, чем чистопородные. Однако в норме эти цихлиды живут в одном озере, но не скрещиваются, и они совсем разные: разного цвета, разного поведения, у них разное строение рта (кто-то пищу подбирает с поверхности, кто-то — соскребает со стенок, кто-то вообще хищник). Так что, в принципе, это может быть очень быстро, малые десятки тысяч лет. Кстати, Борис, это, видимо, частичный ответ на ваш вопрос тоже.

Я как-то его сходу не сформулировал, а теперь сообразил.

— Так, ну что ж, теперь, Михаил, ваше заключительное высказывание.

— Я уже несколько раз об этом говорил в разных местах: есть штука очень интересная и плохо осознанная. Во-первых, роль случайности, не эволюционной случайности, когда произошла случайная мутация, потом отбор ее подобрал, а случайности программируемой. В нас на самом деле встроена — и мы сейчас это видим — масса датчиков случайных чисел. Есть решения, которые принципиально принимаются случайно. Это эволюционно полезно, потому что создает фенотипическое разнообразие — разнообразие признаков у генетически идентичных существ. Это сильно повышает стабильность популяции. Как может быть устроена эволюция таких систем, я примерно понимаю. А вот про то, как возникает такой генератор случайности, было бы полезно думать.

Во-вторых: откуда вообще берется что-то новое? Если новый белок возникает, потому что ген дуплицировался, — это хорошо видно и понятно. А если ген возник на месте, которое до того геном не было, т. е. никакого белка не кодировало? Такие примеры есть. Откуда берется это новое? Из шума. Потому что наблюдение состоит в том, что у нас, скажем, всё время вся ДНК работает, включая ту, которой работать, вообще говоря, не нужно, так как ничего разумного она всё равно не делает. Она работает, с нее считываются эрэнковые копии, которые тут же деградируют, потому что они не нужны. Но вот из этой пены, из этого шума время от времени отбираются принципиально новые гены, которые кодируют новые белки. Точно так же, если у случайного белка есть хоть какая-то функциональность, включается отбор. Мы можем это проследить. Мы видим участок генома, который у человека что-то кодирует, а у других млекопитающих ничего не кодирует, хотя последовательности еще похожи, они не успели сильно разойтись.

Представим идеальный геном: работает то, что должно работать, а что не должно работать, того и нет. Такой организм эволюционировать не сможет. А «разболтанная» система, где бесполезные гуманитарии пишут романы или что-то рисуют непонятно зачем, вместо того, чтобы землю пахать или хотя бы станки проектировать, — такая «разболтанная» система, в которой очень много всего делается «лишнего», способна меняться, в ней появляется что-то новое. По-моему, это очень поучительно. На уровне метафор мы это понимаем, вот на уровне конкретных биологических механизмов это было бы очень интересно посмотреть.

— Ой, спасибо. Ваши слова мне прямо на душу ложатся, потому что моя научная карьера на самом деле связана с интенсивным использованием датчика случайных чисел, он мне очень помогает и делает всякие сложные вещи гораздо более простыми. Метод Монте-Карло — один из мощнейших методов в физике. Так что большое спасибо за это заключительное замечание.

— Тогда у меня будет еще более заключительное: метод Монте-Карло на самом деле используется всюду, где мы не можем посчитать аналитически, и в эволюционной биологии тоже. Вместо статистических критериев вы просто перемешиваете данные много раз, получаете распределение, а потом смотрите, значим ваш эффект или нет.

А про датчики случайных чисел есть замечательная байка. В Институте проблем передачи информации работал замечательный ученый, Михаил Моисеевич Бонгард (мы сейчас готовим обширный материал в «Троицком варианте» к его столетнему юбилею). Самого Бонгарда я не застал, но у нас на семинаре однажды выступал с докладом его сотрудник, Михаил Сергеевич Смирнов. Он деконструировал датчик псевдослучайных чисел ЭВМ, кажется, «Искра-226» — разглядывал цепочки чисел, искал закономерности и в конце концов понял, как устроен алгоритм их порождения. Незачем, ему было просто интересно. Мы потом шутили, что надо скинуться и купить ему билет в Лас-Вегас. А с Бонгардом они в свое время нашли статистические аномалии в таблице целых чисел IBM, которая была получена с помощью счетчика Гейгера. Бонгард со Смирновым поняли, в чем дело: два очень близких щелчка принимались за один, и этого оказалось достаточно, чтобы какие-то последовательности встречались чаще, чем надо. Или, наоборот, разбегались, я уже не помню. Так что про случайные числа есть много чудесных историй.

— Большинство задач устойчивы ко всяким корреляциям внутри датчиков.

— К мелким деталям датчика, конечно, всё устойчиво, если только специально его не ломать. Это я понимаю. Но истории, по-моему, всё равно хорошие. Бонгарду со Смирновым это нужно было, чтобы телепатию изучать: один в нее верил, другой нет, но оба понимали, что для того, чтобы поставить опыт, нужна хорошая последовательность случайных чисел.

— Спасибо вам и всем, кто нас смотрит, слушает и читает. До новых встреч!


1 Garushyants S. K. et al. Mutational signatures in wild type Escherichia coli strains reveal predominance of DNA polymerase errors // Genome Biol Evol. 16(4): evae035 (2024) doi: 10.1093/gbe/evae035

Подписаться
Уведомление о
guest

110 Комментария(-ев)
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
Паша
Паша
26 дней(-я) назад

Совершенно не ясно из заголовка, кто не ведает стыда, белкИ или бЕлки?

res
res
26 дней(-я) назад
В ответ на:  Паша

Вейсманисты-морганисты ;)

Владимир Аксайский
Владимир Аксайский
26 дней(-я) назад
В ответ на:  Паша

«Когда б вы знали, из какого сора
Растут стихи, не ведая стыда…»
Анна Ахматова,1940 г.
https://www.culture.ru/poems/9948/mne-ni-k-chemu-odicheskie-rati-otryvok-iz-proizvedeniya-tainy-remesla
По ритму вроде бы должно быть «белкИ», но вот почему «зна ли» с пробелом — это загадка.

Паша
Паша
26 дней(-я) назад

Довольно заезженная аллюзия на стих ААА сомнений вызвать не должна, если что :)

Последняя редакция 26 дней(-я) назад от Паша
Лёня
Лёня
26 дней(-я) назад

“но вот почему «зна ли» с пробелом — это загадка.”
Это, очевидно, пример случайной мутации в буквенной последовательности.

”Есть решения, которые принципиально принимаются случайно.”

res
res
26 дней(-я) назад

Иной раз, возьмешь интеграл аналитически, а вычислить его геморрой (гипергеометрическая функция какая-нибудь). Считаешь его численно или МК.
Такие времена, когда аналитика всё больше уступает численным методам …

Паша
Паша
25 дней(-я) назад
В ответ на:  res

Мы ценим гипергеометрию не за красивые глазки, а за то, что
там есть связь между рядами в особых точках и интегральные представления. Последние допускают эффективное численное
вычисление, между прочим. Дисклеймер — ценим обычную, Гаусса то есть, ну и вырожденную, разумеется, обобщенные это гимор, кто бы спорил.. Хотя есть коллеги в ФЭЧ, которые
и обобщеные ценят :)

Последняя редакция 25 дней(-я) назад от Паша
res
res
25 дней(-я) назад
В ответ на:  Паша

Я вообще заметил, что раньше хотелось вывести красивую аналитическую формулу. А сейчас больше хочется, чтобы «хоть чучелком, хоть тушкой» получился численный результат, прилично совпадающий с данными ;)

Паша
Паша
25 дней(-я) назад
В ответ на:  res

Ну, человечество всегда гораздо бросаться в крайности, благо что
генерировать на компе похожие на эксперимент или наблюдения и красивые картинки вроде легче, чем травмировать себе мозг, выводя формулы. Тем более, что и времени последнее занимает больше, и понимает их существенно меньше народу, а от этого страдает цитируемость и прочие, весьма важные, как учили нас некоторые авторы этой статьи, наукометрические показатели.. но всегда найдутся отморозки, которые поступают не как все :)

res
res
25 дней(-я) назад
В ответ на:  Паша

Я к тому, что внутренне мне важнее число интеграла чем его красивое аналитическое выражение. Как сказал мне один опытный теоретик — Сейчас вывести формулу мало, надо еще её точно сосчитать ;)
Насчет генерирования на компе, открылись колоссальные возможности. Сейчас облучение пациента всякими ионными пучками можно моделировать, видя не только картинки, но и фильм. Как это всё в динамике работает. И внутри задействована нетривиальная физика, просто вместо неё вы видите красивый цветной фильм. Медики в восторге ;)
А процент излеченных существенно вырос!

Паша
Паша
24 дней(-я) назад
В ответ на:  res

Ну, это для кого как, для теоретика написать оригинальную правильную и нетривиальную формулу, это означает, что ты впервые понимаешь определенные аспекты того или иного процесса, это результат его работы. Для людей, которые ближе к эксперименту, несомненно, важнее числа, но числа ничего не говорят о внутренней структуре теории.
Ну а для потребителей, вероятно, хороши фильмы и картинки.. Важно, имхо, чтобы один род деятельности не задавливал другие,
иначе начинается неизбежная деградация и на удивление быстро :)

Denny
Denny
24 дней(-я) назад
В ответ на:  Паша

За неимением гербовой пишут на простой. Как-то так. Безусловно, правильная аналитическая формула отражает суть процесса и позволяет делать обоснованные предсказания. Но если не выходит, используем простое численное решение.

А в биологической эволюции модель Марковской цепи МК на самом деле соответствует сути процесса. Если случайное изменение (мутация) приводит к улучшению, оно принимается и берется за следующую исходную точку. В общем, конечно. Есть целый ряд специальных поправок для оптимизации процесса.

Паша
Паша
23 дней(-я) назад
В ответ на:  Denny

Ну, тут я как раз согласен, да и вообще, вроде есть консенсус среди коллег, что алгоритмы должны рассматриваться наравне с формулами.. но, все равно, желательно иметь качественное понимание того, что происходит, чтобы это не значило

Denny
Denny
23 дней(-я) назад
В ответ на:  Паша

Это 100%, ессно. Фишка, что качественное понимание происходящего может привести как к появлению формулы, так и к появлению алгоритма. Но и обратное бывает. Когда формула или алгоритм вначале. В биологии таких примеров много. Сначала подбирали алгоритм исходя из соответствия эмпирическим данным. А потом разобрались, что параметры отражают суть процесса.

Насколько я помню, в физике такое было с излучением черного тела. Была классическая и формула Релея-Джинса, выведенная абсолютно чисто. Беда только, не соответствовала реальности. И была формула Планка, которая высосана из пальца — просто, чтобы получалось соответствие с экспериментальными данными. А поди ж ты, что потом началось.

res
res
21 дней(-я) назад
В ответ на:  Denny

Ну, этак мы каждое новое предположение будем называть высосанным из пальца. Все же и непрерывность потерь энергии, и порционность их сначала как-бы одинакового уровня высосанности ;)
Часто ведь бывает — «Accepted by repetition» …

Лёня
Лёня
21 дней(-я) назад
В ответ на:  res

Когда б вы знали, из какого пальца… )
Тут главное, чтобы этот палец был «У того, у кого надо палец».

res
res
20 дней(-я) назад
В ответ на:  Лёня

… растет КМ, не ведая стыда ;)

Denny
Denny
20 дней(-я) назад
В ответ на:  res

Я о том, что и формула Планка и постулаты Бора, и квантовая модель фотоэффекта не имели под собой серьезных теоретических оснований. Это было «соглашательством» с экспериментом, который надо же было как-то объяснить.

Возможно я ошибаюсь. Мое знакомство с этой областью ограничено весьма. С удовольствием послушаю более продвинутых людей.

res
res
20 дней(-я) назад
В ответ на:  Denny

Это редко когда есть серьезные теоретические основания. Есть т.н. первые принципы типа причинности, локальной однородности-изотропности, локальности симметрий взаимодействия и т.п., но на первом плане всегда данные.
Как бы удивительны они не были …

Denny
Denny
20 дней(-я) назад
В ответ на:  res

ОК, не буду спорить.

Рабочий-с
Рабочий-с
25 дней(-я) назад

Когда б вы знали, из какого сора, растут статьи не ведая стыда…

Denny
Denny
24 дней(-я) назад
В ответ на:  Рабочий-с

Респект! Еще «растут Хирши… «

Denny
Denny
24 дней(-я) назад

Можно высказать крамольную и провокационную идею о том, что усложнение систем есть на самом деле порок эволюции, а вовсе не прогресс. С точки зрения приспособляемости к условиям среды оптимум достигнут уже на уровне бактерий. Они способны выживать в таких условиях, какие нам и не снились. И в случае (тьфу-тьфу) ядерной катастрофы, у них будет куда больше шансов выжить.

Сравнение с бюрократами я бы предложил улучшить. Рассмотрим законодательную систему, в которой новые законы и поправки принимать можно, а старые отменять нельзя. Получиться непрерывное усложнение. Тут фокус не только в том, что эволюция не видит далеко вперед, но и в том, что у нее память плохая. Нельзя откатить систему назад и пересобрать, выкинув лишние и ставшие ненужными детали.

eugen
eugen
24 дней(-я) назад
В ответ на:  Denny

«…выкинув лишние и ставшие ненужными детали (гены?) «. Технически сейчас можно пытаться «отредактировать» некоторые «детали», но есть принципиальная, на мой взгляд, проблема — мы никогда не знаем всех функциональных связей любой «детали».
Т.е. насколько она лишняя.

Denny
Denny
23 дней(-я) назад
В ответ на:  eugen

Это как раз не принципиально. Мы пока не знаем. Я чуток о другом. Эволюция не может пересобрать, к примеру, глаз, чтобы сделать его более эффективным. На каждом шаге можно только надстраивать уже существующую зрительную систему. Раз «войдя не в ту дверь», уже не отыграть назад.

eugen
eugen
21 дней(-я) назад
В ответ на:  Denny

«…не отыграть назад», но можно просто ликвидировать. Мы все знаем, что даже в течение жизни организм может потерять функцию, которой не пользуется и при этом нарушится структура , которая эту функцию реализует. Как пример — потеря зрения при достаточно долгой жизни без света.

Denny
Denny
21 дней(-я) назад
В ответ на:  eugen

Увы, потомки все равно получат по наследству самый обычный глаз. Нужно очень много поколений без света, чтобы зрительная система исчезла совсем. Тогда ее эволюцию можно было бы начать сначала. Но это будет не перестройка с оптимизацией на основе накопленного опыта, а просто повторение пути проб и ошибок со всеми теми же заморочками.

Но и так скорее всего не получится. ИМХО, без света эволюция начнет приспосабливать глаз, его элементы, белки к восприятию каких-то других стимулов. И это, естественно, будет очень сложный и кривой детектор.

Лёня
Лёня
21 дней(-я) назад
В ответ на:  Denny

Эволюция тем и отличается от революции, что не допускает “разрушения до основания”, “перестройки” и прочих радикальных преобразований.

Denny
Denny
20 дней(-я) назад
В ответ на:  Лёня

Да, но это ведет в многочисленные тупики. Я к тому, что эволюция отнюдь не синоним совершенствованию.

Лёня
Лёня
20 дней(-я) назад
В ответ на:  Denny

Эволюция не совершенна, поскольку совершенный процесс ведёт к совершенству, т.е. к тому, чему развиваться дальше некуда. Совершенство это глобальный тупик, который очевидно хуже локальных тупиков, пусть даже многочисленных.

Denny
Denny
20 дней(-я) назад
В ответ на:  Лёня

Это слишком философский для меня вопрос: ведет ли совершенствование к совершенству.

Из старого: … и когда увидел бог, что все созданное им хорошо, то подумал: «А хорошо ли это?»

Лёня
Лёня
20 дней(-я) назад
В ответ на:  Denny

Совершенно согласен ;)

Rattus
Rattus
18 дней(-я) назад
В ответ на:  Лёня

Кому хуже-то?
Девять каталитически совершенных ферментов — это не глобальный максимум?
https://en.wikipedia.org/wiki/Diffusion-limited_enzyme

Лёня
Лёня
17 дней(-я) назад
В ответ на:  Rattus

В несовершенной системе отдельные компоненты могут быть (квази)совершенны.

Rattus
Rattus
15 дней(-я) назад
В ответ на:  Лёня

Так тут исходно и так обсуждался отдельный компонент (глаз).
И что значит «квазисовершенны» конкретно?
Существует какой-то ещё критерий оценки эффективности (т.е. совершенства) молекулярных машин (ферментов)?

Лёня
Лёня
14 дней(-я) назад
В ответ на:  Rattus

Ну, так обсуждалось как раз несовершенство глаза. Причём, отдельные компоненты глаза могут быть (квази)совершенны. Приставка ”квази” — для сложных биологических объектов, критерии совершенства которых размыты. Чем сложнее объект тем, очевидно, более размыто понятие его совершенства.

Rattus
Rattus
14 дней(-я) назад
В ответ на:  Лёня

Приставка ”квази” — для сложных биологических объектов, критерии совершенства которых размыты. Чем сложнее объект тем, очевидно, более размыто понятие его совершенства.

В таком случае и о НЕсовершенстве следует говорить с неменьшей осторожностью.
Я вот, например, вовсе не уверен, что на архитектуре эмбриогенеза позвоночных вообще можно сделать сложный орган зрения без выворачивания наизнанку закладки сетчатки с неизбежным «технологическим отверстием» слепого пятна. Как и на архитектуре моллюсков, у которых такой проблемы нет, — высокоактивную и разнообразную сухопутную фауну подобную позвоночным.
Хотя мы со знаменитой работы Гулда и Левонтина 1979 года и живём в эпоху «презумпции неадаптивности» наблюдаемых признаков, также не исключено и обратное — что представление о «несовершенстве» каких-либо вынужденных и неизбежных инженерных решений макроэволюции основано просто на нашем невежестве.

Лёня
Лёня
13 дней(-я) назад
В ответ на:  Rattus

Насчёт осторожности и невежества не поспоришь, но есть и очевидные наблюдения. Как говорил мой приятель: «После восьми часов полёта в эконом-классе понимаешь, что человеческое тело несовершенно». Тому же глазу явно не хватает адаптивных механизмов хрусталика для компенсации возрастных изменений, которые элементарно корректируются простыми линзами очков.

Rattus
Rattus
13 дней(-я) назад
В ответ на:  Лёня

Тому же глазу явно не хватает адаптивных механизмов хрусталика для компенсации возрастных изменений, которые элементарно корректируются простыми линзами очков.

Возрастные изменения к совершенству отношения не имеют: эволюции всё равно что будет с организмом после того, как он вырастит детей или в крайнем случае внуков. А астигматизм нянчить внуков не особенно мешает.
Ну и я бы хотел посмотреть хоть на один промышленным способом изготовленный объектив, где фокусное расстояние меняется изменением кривизны линзы. И чтобы его срок работы без обслуживания при этом измерялся десятилетиями.

Как говорил мой приятель: «После восьми часов полёта в эконом-классе понимаешь, что человеческое тело несовершенно».

Интересно: этому приятелю известен робопривод, который может ходить и бегать по разнообразным поверхностям, потребляя при этом не более полутора сотен ватт и также работая без обслуживания десятки лет.

Лёня
Лёня
13 дней(-я) назад
В ответ на:  Rattus

Эволюции может и всё равно, а организму обидно (моему, по крайней мере). Упомянутым Вами промышленным аналогам тоже обидно, ибо не имели они такого же времени для совершенствования, какое имел организм.

Rattus
Rattus
12 дней(-я) назад
В ответ на:  Лёня

>обидно

Стоит ли говорить, что такая мотивация — не лучшее основание для построения объективных характеристик явлений природы (a la «совершенство» и «несовершенство»)? ;~]

Лёня
Лёня
11 дней(-я) назад
В ответ на:  Rattus

Наличие обиды это индикатор несовершенства, поскольку совершенство неисправимо и, стало быть, обида на него бессмысленна. Вот, скажем, у организма, вырастившего детей и внуков, репродуктивные функции ещё работают, а зрение уже подводит. Эдак можно и впросак попасть, что обидно, согласитесь.

Rattus
Rattus
11 дней(-я) назад
В ответ на:  Лёня

Юмор понятен. Говоря же сухо, наличие обиды на неодушевлённый объект — это индикатор недостаточного интеллекта наблюдателя.

Лёня
Лёня
11 дней(-я) назад
В ответ на:  Rattus

А недостаток интеллекта, в свою очередь — тоже признак несовершенства. Всё логично.

Rattus
Rattus
11 дней(-я) назад
В ответ на:  Лёня

Так отдельные особи, виды и даже более крупные таксоны и не обязаны быть совершенными.

Но это не значит, что во многих случаях природой совершенство уже давно может быть достигнуто и где-то его даже можно измерить объективным параметром.

Лёня
Лёня
11 дней(-я) назад
В ответ на:  Rattus

Дискуссия достигла совершенства и зациклилась, придя к уже сказанному выше: “В несовершенной системе отдельные компоненты могут быть (квази)совершенны.”

eugen
eugen
13 дней(-я) назад
В ответ на:  Rattus

Можно ли ставить вопрос о совершенстве фермента? Если речь не идет о промышленном производстве чего-то в ферменторе. В норме фермент существует в клетке и должен быть под контролем регуляторного механизма. Как пример история с мутацией рецептора эпидермального фактора роста, обладающего тирозинкиназной активностью, когда в результате мутации пропадает регуляторный домен активность ферментативного домена взлетает на порядки. Фермент стал совершенным? И начинается рак.

Rattus
Rattus
12 дней(-я) назад
В ответ на:  eugen

Можно ли ставить вопрос о совершенстве фермента?

Ну если его уже давно определяют как таковой авторы и множество цитирующих профильных специалистов, то со стороны комментаторов на непрофильном издании это уже не вопрос.
Хвилософы могут сомневаться в том, можно ли считать. например, универсальным закон всемирного тяготения, только физикам и инженерам это будет совершенно никак не интересно.

В норме фермент существует в клетке и должен быть под контролем регуляторного механизма.

В норме фермент в клетке находится под какой-либо регуляцией (например — аллостерической), если в этом есть нужда. Но далеко не все ферменты обладают особым регуляторным центром. И гены их синтеза тоже далеко не всегда находятся под строгим контролем.

Фермент стал совершенным?

Если бы Вы дали себе труд прочитать материал по приведённой ссылке прежде изложения собственных мыслей по мотивам одного слова, то смогли бы уяснить, что объективно определяемое совершенство у фермента бывает только одно — каталитическое. Когда количество взаимодействий субстрата с активным центром практически равно количеству катализируемых реакций и потому ограничено только скоростью диффузии согласно давно известному физическому уравнению (с поправкой на относительный размер и положение активного центра к объёму всей молекулы фермента и электростатических взаимодействий между ними).

Rattus
Rattus
18 дней(-я) назад
В ответ на:  Лёня
Лёня
Лёня
17 дней(-я) назад
В ответ на:  Rattus

А откуда известно, что митосомы возникли в результате разрушения до основания, полной перестройки, или других радикальных преобразований?

Rattus
Rattus
15 дней(-я) назад
В ответ на:  Лёня

По молекулярным маркерам. Если Вы дадите себе труд прочитать по представленной ссылке дальше первого раздела, то узнаете — каким.

Последняя редакция 15 дней(-я) назад от Rattus
Лёня
Лёня
14 дней(-я) назад
В ответ на:  Rattus

Биологи научились по молекулярным маркерам восстанавливать процесс эволюции(революции)? Снимаю шляпу. Для меня это как по химсоставу чернил маркера восстановить его эволюцию от гусиного пера.

Rattus
Rattus
14 дней(-я) назад
В ответ на:  Лёня

Биологи научились по молекулярным маркерам восстанавливать процесс эволюции(революции)?

Именно так. Собственно на этом и основана вся молекулярная филогения и биохимическая палеонтология.

Для меня это как по химсоставу чернил маркера восстановить его эволюцию от гусиного пера.

Аналогия некорректная — в живых системах все изобретения возникают только внутри их на основе каких-то уже имеющихся образований, что и делает возможным изучение эволюционной истории.

Лёня
Лёня
13 дней(-я) назад
В ответ на:  Rattus

OK, если я правильно понял: по молекулярным маркерам установлено, что митосомы возникли в результате неких процессов типа “разрушения до основания”, “перестройки” или других радикальных преобразований. Можно пояснить, хотя бы вкратце, что это за процессы, и чем они принципиально отличаются от эволюции по схеме случайных мутаций с отбором?

Rattus
Rattus
12 дней(-я) назад
В ответ на:  Лёня

А там разве где-то указано, что принципиально отличаются?
Митосомы получились эволюционно из митохондрий. Путём транслокации оставшихся важных генов в ядерный геном клетки и делеции неважных. Целиком. Таким образом бывший организм-симбионт полностью перестал существовать как таковой, превратившись чисто в органеллу — деталь клеточного механизма.
Если это — не пример сведения «до основания» — тогда что?

Лёня
Лёня
11 дней(-я) назад
В ответ на:  Rattus

Ну, стало быть, и тут никаких революционных преобразований допущено не было, а была та же череда малых модификаций. То, что за достаточно длительный период эволюции такие постепенные модификации способны изменить объект радикально до неузнаваемости — вполне очевидно.

Denny
Denny
13 дней(-я) назад
В ответ на:  Лёня

Тут нет ничего принципиально сложного. Отслеживаются изменения в генах и выясняется, кто от кого и (условно) когда. Есть тонкости, но в общем простой кластерный анализ дает уже очень приличный результат.

Лёня
Лёня
13 дней(-я) назад
В ответ на:  Denny

Подозреваю, что кроме тонкостей должны быть ещё сложности с объективной верификацией результатов анализа (если таковая вообще возможна). Обратные задачи в общем некорректны.

Denny
Denny
13 дней(-я) назад
В ответ на:  Лёня

Объективной верификации в общем случае нет. Обычно берут массой. У каждого белка (его гена) можно более-менее проследить историю его мутаций в разных организмах. Трудность тут в том, что многие организмы не сохранились. Еще могут быть независимо возникшие одинаковые мутации, обратные мутации и пр.

Но если сравнить историю большого количества разных белков, можно чисто статистически снизить вероятность ошибки и получить консенсус-модель.

Насколько я себе представляю, это одна из задач биоинформатики в области эволюции.

Лёня
Лёня
13 дней(-я) назад
В ответ на:  Denny

Отсутствие возможности объективной верификации придаёт фразе ”Тут нет ничего принципиально сложного” дополнительный оттенок ;)

Denny
Denny
13 дней(-я) назад
В ответ на:  Лёня

Таков удел любой исторической науки, неспособной напрямую заглянуть в прошлое за отсутствием машины времени.

Лёня
Лёня
12 дней(-я) назад
В ответ на:  Denny

Тут в свежей статье утверждается, что биоинформатика это вообще не наука, а набор инструментов.

Rattus
Rattus
12 дней(-я) назад
В ответ на:  Лёня

Да в принципе и неорганическая химия — раздел физики должен быть. Органическая — это просто +комбинаторика, а биология — ещё и +дарвиновский механизм. И биоинформатика, также как палеонтология и экология — действительно просто разделы биологии. Биоинформатика — просто новое название для геномики, филогенетики и палеогенетики. Также как нанонауки — для химии.

eugen
eugen
20 дней(-я) назад
В ответ на:  Denny

Вы правы в том смысле, что ламаркизм в таком виде решения не предлагает (не работает). Но у эволюции есть какой-то механизм ликвидации признаков. Например мы (и не только мы!) почему то утратили хвост, что по моему мнению практично. Мелкие обезьяны хвостами продолжают владеть, хотя не всегда очевидно зачем он им.

Лёня
Лёня
20 дней(-я) назад
В ответ на:  eugen

Во-первых, это не совсем утрата хвоста, а скорее сокращение его длины (до размера копчика). Во-вторых, исчезновение чего-либо в процессе эволюции принципиально не отличается от возникновения. Исчезновение признака можно рассматривать как возникновение его отсутствия (или постепенная атрофия).

Denny
Denny
20 дней(-я) назад
В ответ на:  eugen

Да, я же упоминал такой механизм. Вот только если нам снова понадобится хвост, у нас он будет создаваться и эволюционировать заново. Использовать эволюционный опыт обезьян не получится, так как он будет забыт вместе с хвостом.

Лёня
Лёня
20 дней(-я) назад
В ответ на:  Denny

Рудимент таки остаётся, а от рудимента плясать будет вероятно легче и быстрее, если понадобится.

Denny
Denny
20 дней(-я) назад
В ответ на:  Лёня

Ну ессно. Степень деградации признака и определяет базу следующего цикла развития. Тут важно, что признак деградирует не по пути последовательного отказа от эволюционных «наворотов». Это чисто случайный мутационный процесс распада.

Лёня
Лёня
20 дней(-я) назад
В ответ на:  Denny

Насчёт ЧИСТО случайных процессов, это скорее идеализация для удобства теоретизирования. В каждой случайности есть доля случая. Вопрос ”из какого шума растут” далеко не праздно-поэтический. “Шум” бывает очень разный. Кстати, у Ахматовой – не шум, а сор, что наверное ближе к сути обсуждаемых явлений.

Denny
Denny
20 дней(-я) назад
В ответ на:  Лёня

Да, это так. Там много хитростей при репликации, репарации и рекомбинации ДНК. Но в целом это слепое тыканье, по методу Монте-Карло. А дальше вступает в дело отбор. Но отбор действует исходя из сиюминутной пользы для популяции. Поэтому система сползает в ближайший оптимум, который часто оказывается тупиковым.

Паша
Паша
19 дней(-я) назад
В ответ на:  Denny

Поэтому система сползает в ближайший оптимум, который часто оказывается тупиковым. — чем-то управление наукой с помощью формальных показателей напоминает :)

но, тем не менее, хотя я тут не специалист, хочется поделиться тем удивлением, которое вызывает явление конвергентной эволюции.. То бишь, вроде, если на рынке несколько систем совершенно разного происхождения, то весьма эффективно отбор в определенной среде приводит к наличию существ, внешне похожих даже детялями. Поди, отличи сумчатого крота от златокрота без бутылки. Тем, возможно, компенсируется неэффективность эволюции вдоль одной линии развития.

Последняя редакция 19 дней(-я) назад от Паша
В.П.
В.П.
19 дней(-я) назад
В ответ на:  Паша

Подозреваю, что в случае с кротами действует экосистема, которая задаёт весьма жёсткие ограничения на эту нишу. То есть, если из природы изъять всех кротов, то новый крот эволюционизирует из землеройки, ежа или даже крысы. А если совсем всех убрать, то вместо ти-рекса будет тигр.

Паша
Паша
19 дней(-я) назад
В ответ на:  В.П.

ну, как бы, это же не только с кротами, похоже во многих случаях рамки весьма жесткие, еще пример, который мне нравится — обыкновенная и сумчатые летяги..или погуглите — ежовый тенрек, тут и бутылка возможно не поможет его от ежика отличить.. хотя систематически он ближе к слонам, чем к ежам.. ну, и так далее, примеров тьма..

ЗЫ — златокрот, кстати, тоже систематически ближе к тенрекам и слонам, чем к кротам, ежам и землеройкам :)

Последняя редакция 19 дней(-я) назад от Паша
Denny
Denny
19 дней(-я) назад
В ответ на:  Паша

Вы совершенно правы. В один и тот же оптимум выживаемости скатываются существа с разных склонов сложного рельефа.

В учебниках приводятся примеры крыльев у птиц, насекомых и летучих мышей, чешую у рыб и рептилий. Очень сходные образования, но совершенно разной природы.

eugen
eugen
19 дней(-я) назад
В ответ на:  Denny

«…рекомбинации ДНК. Но в целом это слепое тыканье…». Вы наверное помните историю с обнаружением обратной транскрипции, когда заговорили о неоламаркизме. Когда заходит речь об эволюционном процессе мы вынуждены разделять процессы микроэволюции где действуют различные виды отбора и процессы возникновения видов, где заметно больше неясностей. В общем:»не все так однозначно» :)

res
res
19 дней(-я) назад
В ответ на:  eugen

Даже «случайность» мутаций можно объяснить влиянием внешней среды, например космическим или фоновым радиоактивным излучениями. Т.е. в какой-то мере среда выводит новые типы.
И вообще, мы еще на уровне линейных моделей.
Нам еще предстоит удивляться богатству нелинейных сценариев …

eugen
eugen
18 дней(-я) назад
В ответ на:  res

разговоры о неоламаркизме были потому, что Ламарк предполагал, что приобретенные признаки могут закрепляться и переходить по наследству. А открытие обратной транскрипции позволило предполагать, что этот механизм может некоторые признаки закреплять в геноме. Т.е. новые гены могут возникать не только через случайные мутации.

res
res
18 дней(-я) назад
В ответ на:  eugen

Тем более (?)

Паша
Паша
18 дней(-я) назад
В ответ на:  eugen

А есть ли общепринятые количественные, чисто генетические, методы выделения видов и других низших таксонов хотя бы для ограниченной группы организмов, ну, например, позвоночных?

Максим Борисов
ТрВ
18 дней(-я) назад
В ответ на:  Паша

об этом шла речь в этих интервью
https://www.trv-science.ru/tag/nadezhda-markina/

коротко говоря, числовые показатели у генетиков есть, но в общем случае разделять так таксоны малоосмысленно, да и специалисты из разных областей не сойдутся в своих потребностях:

«В принципе, можно для каждого семейства собрать людей, которые им занимаются, и они примут решение, что, скажем, у жуков мы выделяем один вид при таком-то сходстве такого-то гена, а у бабочек — при таком-то сходстве другого гена… Но, во-первых, я не очень понимаю, чем это будет полезно, — это всё равно не содержательное, а техническое определение. Во-вторых, всё равно будет куча исключений, потому что в биологии всегда бывает куча исключений, и всё равно таксономисты будут ругаться. В-третьих, это надо будет действительно делать отдельно для каждого таксона, что само по себе, по-моему, очень смешно. Будет толстый справочник: в таком отряде вид — столько-то процентов сходства по такому гену, а в другом отряде вид — другое количество процентов по другому гену. И на каждой странице печать соответствующего департамента».

Паша
Паша
18 дней(-я) назад
В ответ на:  Максим Борисов

Ну, я же не просто так спросил, возможно, понятие вида более осмысленно, если принять во внимание не только генетические различия, но и морфологические, разный метаболизм (пример, белый и бурый медведи, которые, как я понимаю,
генетически довольно близки), и даже поведенческие (ну, например, разные популяции генетически близких зверюшек могли бы дать жизнеспособное потомство, но не хотят совокупляться даже под дулом автомата). Но в любом случае, хочешь ты этого или нет, надо договориться об определенных критериях, если,
конечно, действительно все это имеет смысл..

Максим Борисов
ТрВ
18 дней(-я) назад
В ответ на:  Паша

Так все это конечно и бралось прежде в расчет, в результате получалось неизбежно множество спорных моментов. Генетические методы может и однозначные как бы, да ведь сами таксоны — это не их порождение, это был изначально вынуждено способ систематизации в отсутствие генетических методов, стало быть, в лучшем случае — это словно перевод грамзаписей в цифру или дискретизация аналоговых реалий — где-то будет ступенька, но где именно — решается конвенционально… В новых реалиях это не будет иметь такого основополагающего значения, останется лишь для человеческого удобства и «обратной совместимости».

Паша
Паша
18 дней(-я) назад
В ответ на:  Максим Борисов

Не понял, то есть, в новых реалиях иногда можно скрестить ужа с ежом?

Максим Борисов
ТрВ
18 дней(-я) назад
В ответ на:  Паша

в любом случае возможность/невозможность скрещивания не всегда однозначно разделяет виды, ну а с другими таксонами, как понимаю, еще больше вынужденного «произвола»…

Паша
Паша
18 дней(-я) назад
В ответ на:  Максим Борисов

Я немного о другом. В более известных мне науках старые понятия, как правило, включались в новые схемы, как некоторые «предельные случаи», от которых, на практике, и приходится зачастую отталкиваться, применяя новые подходы к конкретным случаям. Если в биологии это не так, то это немного странно, впрочем я не специалист.

В.П.
В.П.
17 дней(-я) назад
В ответ на:  Максим Борисов

Мне (неспециалисту) нравится следующее определение минимального таксона. Внутри вида (подвида) чем более различен геном родителей, тем более в среднем приспособлены потомки (гибридная сила). То есть максимальная популяция с таким свойством и есть минимальный таксон. Понятно, что если гибриды родителей из разных кластеров менее приспособлены, то отбор действует в направлении обособления этих кластеров. Конечно такое определение малопригодно на практике. Но хочется иметь хотя бы какое-то определение, поскольку виды животных — не иллюзия, не психологический артефакт классификации, они реально существуют.

Denny
Denny
18 дней(-я) назад
В ответ на:  Паша

Полагаю, это от лукавого. Природа никаких таксонов не знает. Эти названия придумали люди для систематизации своих очень условных знаний.

Теперь вся система таксонов устаревает, поскольку есть реально измеримые параметры сходств и различий.

Я это проходил на примере белков ионных каналов. Когда выяснили их молекулярное строение, старые системы классификации оказались бесполезны.

Именно из-за аналогий и гомологий. Сходные по строению белки частенько имеют разные свойства и наоборот. Сейчас переходят к классификации просто по типу фолдинга. Хотя идет не быстро.

Паша
Паша
18 дней(-я) назад
В ответ на:  Denny

Ну, это, типа для широкой публики хорошо звучит,
например, ученые открыли новый вид слонов или, там, дымчатых леопардов :) Ну, и биологам поиск новых видов хорошо ведь, для грантов, премий и членств в академиях :) А как классифицировать
по типу фолдинга даже, например, курей, публика действительно не знает :)

Паша
Паша
18 дней(-я) назад
В ответ на:  Паша

ЗЫ — для консервации зверюшек тоже такая классификация представляется весьма небесполезной.

Denny
Denny
18 дней(-я) назад
В ответ на:  Паша

Кстати, все (насколько я знаю) принципиальные укладки белков «разработаны» уже на уровне простейших. Многоклеточные организмы развивались с использованием этих готовых блоков. Комбинируя их друг с другом и меняя только мелкие детали.

eugen
eugen
18 дней(-я) назад
В ответ на:  Паша

насколько мне известно до сих пор даже само определение вида не имеет универсальной формулировки, особенно когда речь идет о низших организмах. Насчет количественных (молекулярно)генетических методов есть свежая, на мой взгляд очень хорошая популярная лекция проф. Рубцова Н.Б.
https://www.youtube.com/watch?v=vEY07jvByg0

Паша
Паша
18 дней(-я) назад
В ответ на:  eugen

Ок, всем большое спасибо за просветление, лекцию обязательно посмотрю!

eugen
eugen
13 дней(-я) назад
В ответ на:  Паша

Это не совсем моя область, но насколько мне известно термин «вид» строго определить не удается, тем более на генетическом уровне. Генетическими маркерами, вроде даже такие понятия как расы людей не удается разделять.

Максим Борисов
ТрВ
12 дней(-я) назад
В ответ на:  eugen

мне ситуация с генетическим анализом и видами чем-то напомнила знаменитое от Дэвида Мермина про «непостижимость» интерпретации квантовой механики: «заткнись и считай!»

Лёня
Лёня
12 дней(-я) назад
В ответ на:  Максим Борисов

Причём, в духе квантовой механики глагол “считай” тут может одновременно иметь три разных значения – счёта, считывания и полагания.

Лёня
Лёня
24 дней(-я) назад
В ответ на:  Denny

Если усложнение порочно, тогда идея о порочности усложнения, исходящая от такой экстремально сложной системы как человек, вероятнее всего порочна.

Rattus
Rattus
18 дней(-я) назад
В ответ на:  Лёня

+100500.
Идеи Эпименида правильны потому что верны!

В.П.
В.П.
23 дней(-я) назад
В ответ на:  Denny

Можно сравнить биологическую эволюцию с эволюцией математических доказательств. Доказательство каждого конкретного утверждения упрощается. В отличие от биологической эволюции нам известно, что авторы учебников целенаправлено стремятся к упрощению. Но самое сложное из известных доказательств становится всё сложнее, как минимум если измерять сложность длиной текста. Просто потому, что доказанных утверждений становится всё больше, а утверждений с короткими доказательствами конечное число.

Denny
Denny
23 дней(-я) назад
В ответ на:  В.П.

Да, такая аналогия возможна. Количество эволюционных ниш, которые могут быть заняты простыми организмами, ограничено. Тем бактериям, которые не смогли выдержать конкуренции с более сильными, пришлось собраться вместе и превратиться в человека. То есть усложнение не от хорошей жизни.

Но есть и различия. В математике можно доказать теорему в первый раз сложным способом, а потом найти и использовать более простые доказательства. Эволюция так не может. Раз найденный способ закрепляется и дальше используется как база.

Задача — вскипятить воду решается в два действия: налить воду в чайник и поставить на плиту. А если вода уже налита? Элементарно — вылить воду и задача сведется к предыдущей. Вот это аккурат про эволюцию.

Rattus
Rattus
18 дней(-я) назад
В ответ на:  В.П.

В отличие от небиологов, биологам уже известно, что эволюция прокариот стремится к упрощению, вернее — оптимизации:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3840695/

Лёня
Лёня
17 дней(-я) назад
В ответ на:  Rattus

Удаление лишнего далеко не всегда означает упрощение. Скульптор тоже отсекает лишнее от куска мрамора.

Rattus
Rattus
15 дней(-я) назад
В ответ на:  Лёня

Так обсуждаемые тут математические доказательства в принципе нельзя упростить дальше удаления лишнего — иначе они попросту станут неполны.
Поэтому и представил более точное слово — оптимизация.

Denny
Denny
18 дней(-я) назад

Маленький офтоп от биолога физикам и математикам. Биология работает со сверхсложными объектами, которые к тому же очень хрупкие. Представьте композицию из миллиона игральных карт. Чуть тронешь — рассыпается в кучу. Просто достоверное измерение становится сверхтрудной задачей. И прогресс в этой области науки оказывается связан с методическими достижениями.

Несколько примеров. Зарегистрировать ток через клеточную мембрану (основа всех нейрофизиологических процессов, нобелевская работа, Ходжкин и Хаксли) удалось позже, чем была создана атомная бомба. Зарегистрировать активность одиночного ионного канала (нобелевская работа Нейер и Сакман) смогли только в 80х. Получить кристаллическую форму ионного канала, пригодную для рентгеноструктурного анализа (нобелевская работа Маккиннон), удалось в конце 90х.

Каждый раз техническое достижение, дающее возможность что-то зарегистрировать без разрушения приводило к скачку в понимании.

eugen
eugen
15 дней(-я) назад
В ответ на:  Denny

«Представьте композицию из миллиона игральных карт. Чуть тронешь — рассыпается в кучу.» «Всякое сравнение хромает» — не помню кто сказал. Мне кажется объект вроде клетки еще сложнее чем карточный домик из 1Е6 карт, там явно больше миллиона связей, которые еще и меняются во времени, причем система остается живой даже после значительных повреждений, хотя может оставаться живой, но уже раковой.

Denny
Denny
15 дней(-я) назад
В ответ на:  eugen

Да, всякое сравнение хромает.

Владимир Аксайский
Владимир Аксайский
15 дней(-я) назад
В ответ на:  Denny

Композиция из миллиона обычных игральных карт весит примерно полторы тонны, — вряд ли она рассыплется, если её чуть тронуть.
Похоже, справедливо и такое утверждение:
каждый раз техническое достижение, дающее возможность что-то зарегистрировать в результате преднамеренного разрушения приводило к скачку в понимании.

Последняя редакция 15 дней(-я) назад от Владимир Аксайский
Denny
Denny
14 дней(-я) назад

Я имел в виду хрупкий карточный домик (не путать с сериалом). Впрочем, как было сказано, всякое сравнение хромает.

Сложность именно в том, чтобы зарегистрировать свойства и работу объекта в его природном состоянии, которое очень легко нарушить, ибо объекты работают в сложном динамичном комплексе.

Пара примеров.

Белковая молекула ионного канала сиди в мембране, то есть часть ее в гидрофобном окружении, а другие части торчат в водный раствор. Получить нативную кристаллическую форму было очень непросто. Да и сейчас точно нельзя сказать, какие детали страдают при кристаллизации.

Второй пример — FRET микроскопия. Когда научились привешивать на белки флуоресцирующие примочки, не теряя их функционала (нобелевская работа), стали доступны всякие приемы типа передачи энергии от одного хромофора к другому. Поскольку это работает только на коротких расстояниях, можно посмотреть, насколько в живой клетке колокализованы два белка, на которые привешены соответствующие хромофоры.

Я уж не говорю о всяких способах регистрировать электрическую активность отдельной клетки в ее более-менее естественном окружении.

Alеx
Alеx
7 дней(-я) назад

«новые приспособления появляются ровно за счет того, что старые экологические ниши заняты, и тот, кто не выдерживает конкуренции, должен пытаться вырваться куда-то еще

Видимо, распространённое явление в любой конкурентной среде. Например, в литературе и в живописи. А вот забавный пример:
https://inosmi.ru/20240608/eskort-268962395.html

res
res
7 дней(-я) назад
В ответ на:  Alеx

Хорошо бы эти отклонения не закреплялись в потомстве (( ;)

Лёня
Лёня
7 дней(-я) назад
В ответ на:  res

Да, если младенец будет в гипсе и на костылях, роды будут не из лёгких.

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (5 оценок, среднее: 4,00 из 5)
Загрузка...