Koks bus skirtumas tarp gautų hermafroditų kirminų palikuonių. Eksperimentai su kirmėlėmis įrodė, kad patinai yra naudingas dalykas. Dviguba vyrų kaina

Tik perėjimas prie genomo masto abipusių genetinių mainų gali sukelti intensyvią organizmų rekombinaciją evoliuciškai stabilus, ty apsaugotas nuo savanaudiškų alelių kaip tr−. Manome, kad tai atsitiko senovės eukariotuose.

Gali būti tarpinė grandis kelyje nuo HGT iki amfimikso tarpusavio konjugacija formuojantis citoplazminiams tiltams ir dviejų ląstelių genominės DNR rekombinacijai ( Grossas, Bhattacharya, 2010 m). Kažkas panašaus į tokį tarpinį produktą, būtent konjugacija su citoplazminių tiltelių formavimu, genominės DNR perkėlimu ir galimybe kiekviena ląstelė būti ir donore, ir recipiente, buvo rasta halofilinėse (druską mėgstančiose) archėjose. Haloferax (Halobacterium) vulcanii (Rosenshine ir kt., 1989; Ortenberg ir kt., 1998 m).

Taigi lytinis eukariotų dauginimasis galbūt yra ne tik analogas, bet ir tiesioginis prokariotinio sekso paveldėtojas.

Mokėjimas už seksą arba dviguba vyrų kaina

Pastebėjome, kad seksas yra nepaprastai naudingas visam gyvenimui. Jis yra stabilumo mūsų nestabiliame pasaulyje garantija. Bet, kaip žinia, nemokamas sūris – tik pelėkautuose. Kaip gyvos būtybės moka už gebėjimą greitai prisitaikyti?

Mikrobai, kurie retkarčiais pakeičia keletą savo genų kopijų, pasiskolintų iš kaimynų, už seksą gali mokėti mažai. Ypač, kai pagalvoji, kad komplementarumu paremtas homologinės rekombinacijos mechanizmas sumažina riziką, kad kažkas visiškai netinkamo pateks į genomą, o galimybė panaudoti svetimą DNR tiesiog maistui yra papildoma premija. Kaina nedidelė, bet pelnas iš tokio sekso nedidelis. Jis yra didesnis amfiktiniuose, dvinamiuose organizmuose. Tačiau už seksą jie taip pat moka daug daugiau. Už patinus reikia mokėti, o kaina padvigubėja.

Esmė ta, kad jei kiti dalykai yra vienodi, nelytinis kloninis dauginimasis (arba savaiminis apvaisinimas) yra lygiai dvigubai efektyvesnis nei kryžminis apvaisinimas, kuriame dalyvauja patinai (žr. pav.). Šią problemą savo knygoje svarstė žymus evoliucionistas Johnas Maynardas Smithas (1920–2004). Sekso evoliucija (1978).

Diagrama, iliustruojanti „dvigubą vyrų kainą“. Dvinamiuose organizmuose pusė kiekvienos patelės palikuonių yra patinai, kurie patys negali susilaukti palikuonių. Nelytinio dauginimosi metu visi palikuonys susideda iš patelių (savaiminio apvaisinimo atveju – savaime besidauginančių hermafroditų). Todėl, ceteris paribus, dauginimasis be patinų dalyvavimo yra dvigubai efektyvesnis nei su patinais. Paveikslėlyje parodyta situacija, kai kiekviena patelė susilaukia lygiai po du palikuonis.

Pasirodo, vyrai gyventojams kainuoja nepaprastai brangiai. Jų atmetimas žymiai padidina reprodukcijos greitį. Jau žinome, kad perėjimas nuo dioetijos ir kryžminio apvaisinimo prie nelytinio dauginimosi arba savaiminio apvaisinimo yra techniškai visiškai įmanomas. Yra daug to pavyzdžių tiek augaluose, tiek gyvūnuose. Tačiau nelytinės rasės ir savaime apvaisinančių hermafroditų populiacijos kažkodėl dar neišstūmė tų, kurie dauginasi „įprastu“ būdu, dalyvaujant patinams.

Iš to išplaukia, kad seksas apskritai (ir ypač atskiros lyties seksas) turėtų suteikti tokių svarbių pranašumų, kad jie padengtų net dvigubą reprodukcinio efektyvumo praradimą. Be to, šie pranašumai turėtų pasirodyti greitai, o ne kažkada po milijono metų. Vėlgi, natūrali atranka nesirūpina ilgalaikėmis perspektyvomis.

Daugiau apie sekso naudą arba geriau mažiau yra daugiau

Apsvarstykite pavyzdį, rodantį, kad dvinamis organizmų lyties nauda vis dar yra didesnė už dvigubą palikuonių skaičiaus praradimą. Tokį pavyzdį reikia rinktis ypač atsargiai, nes geras kontrolė. Šiuo atveju reikia dviejų organizmų grupių (dviejų populiacijų), kurios yra identiškos viskuo, išskyrus vieną – gebėjimą mylėtis. Ir biologams pavyko sukurti tokias populiacijas.

Oregono universiteto biologai ( Morran ir kt., 2009 m) dirbo su mums jau pažįstamu kirminu C.elegans. Šie gražūs gyvūnai tarsi tyčia buvo sukurti norint patikrinti hipotezes apie sekso naudą. Kaip prisimename, jie neturi patelių. Populiacijas sudaro patinai ir hermafroditai, o pastarųjų yra daugiau. Hermafroditai gamina spermą ir kiaušinėlius ir gali daugintis be savęs apvaisinimo. Patinai gamina tik spermą ir gali apvaisinti hermafroditus. Dėl savaiminio apvaisinimo gimsta tik hermafroditai. Kryžminio apvaisinimo atveju pusė palikuonių yra hermafroditai, pusė – patinai. Kryžminio apvaisinimo dažnis populiacijose C.elegans paprastai neviršija kelių procentų. Norint nustatyti šį dažnį, nereikia stebėti intymaus kirminų gyvenimo – pakanka žinoti patinų procentą populiacijoje.

Apvaliosiose kirmėlėse Caenorhabditis elegantiškas nėra patelių, tik patinai(aukštyn) ir hermafroditai(apačioje) . Hermafroditus galima atskirti pagal ploną ilgą uodegą.

Reikia patikslinti, kad savaiminis apvaisinimas nėra visiškai tas pats, kas nelytinis (kloninis) dauginimasis, tačiau skirtumai tarp jų greitai išnyksta savaime apvaisinančių kartų serijoje. Po to palikuonys nustoja genetiškai skirtis nuo tėvų, kaip ir kloniniu dauginimu.

At C.elegansŽinoma, kad mutacijos turi įtakos kryžminio apvaisinimo dažniui. Vienas iš jų, xol-1, yra mirtina vyrams ir veiksmingai lemia tai, kad populiacijoje lieka tik hermafroditai. Kitas rūkas-2, atima iš hermafroditų galimybę gaminti spermą ir iš tikrųjų paverčia juos patelėmis. Populiacija, kurioje visi individai turi šią mutaciją, tampa normalia atskirta populiacija, kaip ir dauguma gyvūnų.

Eksperimentinės sąrankos schema. Kiekvienos naujos kartos jauni kirminai dedami į kairę puodelio pusę(baltas ratas) . Norėdami patekti į maistą(pilka ovali) , jie turi įveikti barjerą. Silpni asmenys, perkrauti kenksmingomis mutacijomis, nesusidoroja su šia užduotimi. Iš Morran ir kt., 2009 m.

Autoriai klasikiniais metodais (kryžminimo, o ne genų inžinerijos būdu) išvedė dvi kirminų veisles su beveik identiškais genomais, besiskiriančiomis tik mutacijų buvimu. xol-1 ir rūkas-2. Pirmoji veislė turėjo mutaciją xol-1, o nematodai dauginasi tik savaiminio apvaisinimo būdu. Antrasis turėjo mutaciją rūkas-2, todėl šios kirmėlės dauginasi tik kryžminio apvaisinimo būdu. Kiekvieną veislę lydėjo trečioji, neturinti abiejų mutacijų (laukinio tipo, DT). DT kryžminio apvaisinimo dažnis yra apie 5%. Šios dvi eksperimentų serijos buvo atliktos su šiais trynukais.

Pirmoje serijoje patikrino hipotezę, kad kryžminis apvaisinimas padeda atsikratyti žalingų mutacijų. Eksperimentas truko 50 kartų (sliekų, žinoma, ne eksperimentuotojų). Kiekviena kirminų karta buvo veikiama cheminio mutageno – etilo metansulfonato. Tai keturis kartus padidino mutacijų greitį. Jauni gyvūnai buvo patalpinti į Petri lėkštelę, padalytą per pusę mažyčių plytelių užtvaru (žr. paveikslą), o kirmėlės buvo dedamos į vieną lėkštelės pusę, o jų maistas (bakterijos) E. coli) buvo kitoje pusėje. Taigi, norėdami gauti maisto, taigi turėti galimybę išgyventi ir palikti palikuonių, kirminai turėjo įveikti barjerą. Taigi eksperimentuotojai padidino valymo selekciją, kuri pašalina kenksmingas mutacijas, efektyvumą. Įprastomis laboratorinėmis sąlygomis atrankos efektyvumas yra mažas, nes kirmėles iš visų pusių supa maistas. Tai leidžia išgyventi net labai silpniems gyvūnams, perkrautiems kenksmingų mutacijų. Naujoje eksperimentinėje sąrankoje šis išlyginimas buvo nutrauktas. Kad įveiktų sieną, sliekas turi būti sveikas ir stiprus.

Savaime apvaisinantys gyvūnai dauginasi, kai kiti dalykai yra vienodi, dvigubai greičiau nei dvinamiai. Kodėl gamtoje vyrauja dioetizmas? Norint atsakyti į šį klausimą, buvo dirbtinai išvestos apvaliųjų kirmėlių veislės. Caenorhabditis elegantiškas, kai kurios praktikuoja tik kryžminį apvaisinimą, kitos – tik savaiminį apvaisinimą. Eksperimentai su šiomis kirmėlėmis patvirtino dvi hipotezes apie kryžminio apvaisinimo naudą. Vienas privalumas – efektyvesnis žalingų mutacijų genofondo išvalymas, antrasis – pagreitėjęs naudingų mutacijų kaupimasis, padedantis gyventojams prisitaikyti prie besikeičiančių sąlygų.

Dviguba vyrų kaina

Kodėl mums reikia lytinio dauginimosi, kam mums reikalingi patinai? Atsakymai į šiuos klausimus nėra tokie akivaizdūs, kaip gali atrodyti.

Žymus evoliucionistas Johnas Maynardas Smithas savo knygoje atkreipė dėmesį į šios problemos rimtumą Sekso evoliucija(1978). Maynardas Smithas išsamiai papasakojo paradoksą, kurį pavadino „dviguba sekso kaina“. Jo esmė ta, kad, esant vienodiems dalykams, nelytinis dauginimasis (arba savaiminis apvaisinimas) yra lygiai dvigubai efektyvesnis nei kryžminis apvaisinimas, kuriame dalyvauja patinai (žr. pav.). Kitaip tariant, vyrai gyventojams kainuoja nepaprastai daug. Jų atmetimas iš karto ir labai padidina reprodukcijos greitį. Žinome, kad grynai techniškai perėjimas nuo dioetijos ir kryžminio apvaisinimo prie nelytinio dauginimosi arba savaiminio apvaisinimo yra visiškai įmanomas, yra daug tokių pavyzdžių tiek augalams, tiek gyvūnams (žr., pavyzdžiui: Milžiniško Komodo patelės monitorius driežas dauginasi nedalyvaujant patinams, "Elementai", 2006 12 26). Nepaisant to, aseksualios rasės ir savaime apvaisinančių hermafroditų populiacijos kažkodėl dar neišstūmė tų, kurie dauginasi „įprastu“ būdu, dalyvaujant patinams.

Kodėl jie vis tiek reikalingi?

Iš to, kas pasakyta, darytina išvada, kad kryžminis apvaisinimas turėtų duoti tam tikrų pranašumų, tokių reikšmingų, kad jie netgi nusveria dvigubą veisimosi efektyvumo padidėjimą, kurį suteikia patinų atmetimas. Be to, šie pranašumai turėtų pasirodyti iš karto, o ne kažkada po milijono metų. Natūrali atranka nesirūpina tolimomis perspektyvomis.

Yra daug hipotezių apie šių privalumų pobūdį (žr.: Lytinio dauginimosi raida). Mes pažvelgsime į du iš jų. Pirmasis žinomas kaip „Möllerio reketas“ (žr.: Miulerio reketas). Raketas – tai įtaisas, kurio ašis gali suktis tik viena kryptimi. Idėjos esmė ta, kad jei nelytiniame organizme įvyksta žalinga mutacija, t. jo palikuonys jau nebegalės atsikratyti.Jis bus perduotas kaip kartos prakeiksmas visiems palikuonims amžiams (nebent įvyktų atvirkštinė mutacija ir to tikimybė labai maža).Aseksualiuose organizmuose atranka gali būti tik atmesti ištisus genomus, o ne atskirus genus.Todėl eilėje neseksualių organizmų kartų (tam tikromis sąlygomis) gali nuolat kauptis kenksmingos mutacijos.Viena iš tokių sąlygų yra pakankamai didelis genomo dydis. , beje, genomai yra nedideli, lyginant su kitais gyvūnais. Galbūt todėl jie gali sau leisti savaiminį apvaisinimą (žr. toliau).

Jei organizmai dauginasi lytiškai ir praktikuoja kryžminį apvaisinimą, tai atskiri genomai nuolat yra išsibarstę ir maišomi, o iš fragmentų, kurie anksčiau priklausė skirtingiems organizmams, formuojasi nauji genomai. Dėl to atsiranda ypatinga nauja esmė, kurios aseksualūs organizmai neturi - genofondas gyventojų. Genai turi galimybę daugintis arba skersti nepriklausomai vienas nuo kito. Genas su nesėkminga mutacija gali būti atmestas atrankos būdu, o likusieji („gerieji“) tam tikro pirminio organizmo genai gali būti saugiai išsaugoti populiacijoje.

Taigi, pirmoji mintis yra ta, kad lytinis dauginimasis prisideda prie genomų apsivalymo nuo „genetinio krūvio“, tai yra padeda atsikratyti nuolat atsirandančių žalingų mutacijų, užkertant kelią degeneracijai (bendros populiacijos tinkamumo mažėjimui).

Antroji idėja yra panaši į pirmąją: ji leidžia manyti, kad lytinis dauginimasis padeda organizmams veiksmingiau prisitaikyti prie kintančių sąlygų, nes pagreitina tam tikroje aplinkoje naudingų mutacijų kaupimąsi. Tarkime, kad vienas asmuo turi vieną naudingą mutaciją, kitas turi kitą. Jei šie organizmai yra neseksualūs, jie turi mažai galimybių laukti, kol abi mutacijos susijungs tame pačiame genome. Lytinis dauginimasis suteikia tokią galimybę. Jis efektyviai daro visas naudingas mutacijas, atsiradusias populiacijoje „bendra nuosavybe“. Akivaizdu, kad lytiškai dauginančių organizmų prisitaikymo prie kintančių sąlygų greitis turi būti didesnis.

Tačiau visos šios teorinės konstrukcijos yra pagrįstos tam tikromis prielaidomis. Matematinio modeliavimo rezultatai rodo, kad kryžminio apvaisinimo naudingumo ar kenksmingumo laipsnis, palyginti su nelytiniu dauginimu ar savaiminiu apvaisinimu, priklauso nuo daugelio parametrų. Tai apima populiacijos dydį; mutacijų greitis; genomo dydis; kiekybinis mutacijų pasiskirstymas priklausomai nuo jų kenksmingumo/naudingumo laipsnio; vienos patelės susilaukusių palikuonių skaičius; atrankos efektyvumas (paliekančių palikuonių skaičiaus priklausomybės laipsnis ne nuo atsitiktinių, o nuo genetinių veiksnių) ir kt. Kai kuriuos iš šių parametrų labai sunku išmatuoti ne tik natūraliose, bet ir laboratorinėse populiacijose.

Todėl visoms tokio pobūdžio hipotezėms labai reikia ne tiek teorinių pagrindimų ir matematinių modelių (viso to jau yra gausybė), kiek tiesioginio eksperimentinio patikrinimo. Tačiau iki šiol nebuvo atlikta daug tokių eksperimentų (Colegrave, 2002. Sex releases the speed limit on evolution // Gamta. V. 420. P. 664–666; Goddard ir kt., 2005. Seksas padidina natūralios atrankos veiksmingumą eksperimentinėse mielių populiacijose // Gamta. V. 434. P. 636-640). Naujas Oregono universiteto biologų tyrimas dėl apvaliųjų kirmėlių Caenorhabditis elegantiškas, aiškiai iliustravo abiejų svarstomų mechanizmų, suteikiančių pranašumą toms populiacijoms, kurios neapleidžia patinų, veiksmingumą, nepaisant jų „dvigubos kainos“.

Unikalus objektas, skirtas tirti vyrų vaidmenį

Rodyti komentarus (22)

Sutraukti komentarus (22)

Įdomu, kodėl straipsnyje nesvarstomas dar vienas gana paprastas lytinio dauginimosi „traukos“ paaiškinimas: išgyventi sunkesnėmis sąlygomis reikia daugiau vyriškumo (arba „vyriškumo“, jei taip)? Tie. pirmoji strategija kovoje už išlikimą – didinti aktyvumą ir jėgą, kad būtų galima atlaikyti sunkumus.

Tai. Kuo gyvenimas sunkesnis, tuo patinai bus „vyriškesni“, taigi, tuo stipresnis lyčių skirtumas. Na, o aktyvūs patinai, žinoma, aktyviau apvaisins pateles. Vadinasi – ir dichotomijos stiprinimas, tk. mačo palikuonis, greičiausiai, pats bus mačo.

Kita strategija, kaip susidoroti su gyvenimo sunkumais – „moteriška“, t.y. prisitaikymo gebėjimų, „takumo“, „genetinio mobilumo“ maksimizavimas. Tai leidžia geriau susidoroti su biologiniais ir cheminiais išpuoliais.

Atsižvelgiant į tai, kad šios strategijos iš esmės yra priešingos (aktyvus susidorojimas su pasyviu prisitaikymu), jų derinimas viename (iš pradžių hermafrodito) organizme yra nenaudinga.

Vadinasi, jei imsime iš pradžių hermafroditų populiaciją, tai, priversdami jos narius pakankamai ilgai kovoti už gyvybę, galiausiai gausime atskirą lytinę populiaciją. Ir visa nauda iš kenksmingų mutacijų kaupimo/pašalinimo bus tik šalutinis poveikis.

Iš to taip pat išplaukia, kad tos pačios lyties populiacijos turėtų būti sėkmingesnės pakankamai stabiliomis arba „neįtemptomis“ egzistavimo sąlygomis, prie kurių galima prisitaikyti „kartą ir visiems laikams“. Jei sąlygos dažnai keičiasi nenuspėjamai, o pokyčiai turi įtakos tiek fiziniams (temperatūra, slėgis, maisto gamyba), tiek biocheminiai (maisto sudėtis, mikroorganizmai) parametrams, tada daug naudingiau turėti labai specializuotus dviejų skirtingų strategijų nešiklius nei vieno tipo. vežėjas, turintis „universalią“, bet neveiksmingą strategiją.

Aleksandrai, įdomu, ar galite paneigti šią šio eksperimento interpretaciją? Kiek suprantu, tai neprieštarauja gautiems duomenims, o vietoj abstrakčių argumentų apie „genetinį naudingumą“ į pirmą planą iškelia paprastas ir suprantamas fenotipines organizmo savybes, kurios, žinoma, netiesiogiai yra susijusios su „genetiniu naudingumu“. genotipas.

Atsakymas

• Galbūt tame yra kažkas, bet „nauda iš kenksmingų mutacijų kaupimo / pašalinimo“ yra tikras mechanizmas, kuris pasireiškia iš karto ir tiesiogiai, tačiau tai, ką jūs sakote, labiau tikėtina, kad pelnas pasireikš „kaip keli milijonai metų“, specialiai tam paminėjau milijonus metų pastaboje. Norėdami patikrinti savo hipotezę, turite ją išplėtoti, įforminti, pateikti konkrečias patikrinamas prielaidas; svarbiausia, kaip tai veiks čia ir dabar?
  Ir keista, kad pastaboje matėte „abstrakčius samprotavimus apie genetinį naudingumą“: aš bandžiau atvirkščiai – ryžtingai atsitraukite nuo abstrakčių samprotavimų, šie mechanizmai (selektyvus žalingų ir naudingų mutacijų „rūšiavimas“) tiesiog iš tikrųjų veikia čia ir dabar. ; Matyt čia kažkoks nesusipratimas.

  Atsakymas

  • Atrodo, reikia patikslinti formuluotę.

    1) Man argumentai apie genetinį naudingumą yra „abstrakčiai“ griežtai apibrėžta prasme – tokiu būdu samprotaudami mes abstrahuojame nuo konkrečių fizinių / elgesio mechanizmų. Šie mechanizmai neabejotinai yra susiję su genais, tačiau šis ryšys nėra griežtas ir netiesinis, todėl kai kalbame apie elgesį, mes beveik nieko nežinome apie genus ir atvirkščiai. Šia prasme žinios apie vieną aspektą yra „abstrakčios“, palyginti su žiniomis apie kitą. Tikiuosi, kad ši formuluotė nesukels jums prieštaravimų.

    2) Nesutinku su vienareikšmiu eksperimento rezultatų aiškinimu.

    Tiesiog tyčia perskaičiau straipsnį iš naujo ir man atrodo, kad „kryžminį apvaisinimą“ pakeitus „išgyvenimo strategijų atskyrimu“, jo turinys, ideologija ar išvados visiškai nepasikeis. Kaip iliustraciją pateikiame keletą „pakeistų“ citatų:

    "Eksperimento rezultatai pateikti paveikslėlyje. Jie aiškiai rodo, kad _išgyvenimo strategijų atskyrimas_ yra galinga kovos su genetine apkrova priemonė [skaitykite - kova dėl išlikimo efektyvumo]. _Kuo efektyvesnis išlikimo strategijų atskyrimas_, tuo geriau galutinis rezultatas (visos eilutės paveiksle didėja iš kairės į dešinę.) Dirbtinai padidintas mutacijų greitis lėmė visų veislių kirminų degeneraciją (sumažėjimą), išskyrus _tuos, kurios buvo priverstinai perkeltos į dvejetainę išgyvenimo strategiją_ - " privalomi mišrūnai“.

    „Net toms veislėms, kurių mutagenezė nebuvo dirbtinai paspartinta, _išgyvenimo strategijų atskyrimo intensyvinimas_ suteikė pranašumą.

    „Įdomu, kad vienoje iš dviejų OS kontrolinių veislių („privalomos savaiminės trąšos“), net ir nepadidėjus mutacijų dažniui, nesugebėjimas _atskirti išgyvenimo strategijų arba nesugebėjimas to padaryti_ lėmė degeneraciją (kairysis langelis). paveikslo viršutinėje kreivių poroje yra žemiau nulio).

    Taigi, man nereikia laukti milijono metų – reikalingi eksperimentai _jau_ buvo atlikti ir aprašyti jūsų nurodytame straipsnyje. Man užtenka tiesiog pakeisti pirminę problemos teiginio formuluotę, sutelkiant ją į konkretų organizmo sąveikos su aplinka procesą („išgyvenimo strategija“), o ne „abstrakčių“ (_su_sąveika_sąveika_) kryžminimo mechanizmą. - tręšimas. Visa kita galima palikti be jokių pakeitimų – šis straipsnis puikiai iliustruos mano idėją, lyg būčiau pati sugalvojusi ir atlikusi visus šiuos eksperimentus. Bet kam daryti tą patį du kartus? :))

    Beje, remiantis mano pateiktais samprotavimais, galima daryti konkrečią, patikrinamą ir paneigiamą prielaidą, susijusią su antrąja eksperimentų serija: kovojant už išlikimą priešiškoje aplinkoje išlikimo strategijų dvinaiškumas turėjo lemti „moteriškos“ strategijos suaktyvinimas – pavyzdžiui, „virškinti“ kenksmingas bakterijas, paverčiant jas maistu, nors ir blogomis, arba prisitaikant prie jų ir ugdant imunitetą. Todėl čia galima tikėtis, kad tokiomis sąlygomis kryžminio apvaisinimo padidėjimas bus siejamas ne su patinų „vyriškumo“ padidėjimu (kaip greičiausiai buvo pirmame eksperimente), o moterų „moteriškumas“. Štai atsakymas į klausimą „kaip tai veiks čia ir dabar?“. Straipsnyje šis momentas buvo apeinamas („Kuris iš eksperimentinių kirminų populiacijų pasirinktų variantų nežinomas“).

    Atsakymas

    • Galbūt, galbūt, bet pagrindinė problema čia yra ta, kad „kryžminis apvaisinimas“ yra tiesiogiai stebimas faktas; kryžminio apvaisinimo koeficientas yra dydis, kurį galima tiksliai išmatuoti. Nors „išgyvenimo strategijų atskyrimas“, matote, yra tam tikra interpretacija, tam tikra hipotezė, kurią reikia specialiai patikrinti. Juk niekas neišbandė ir neišmatavo, kiek kirminai pasinaudojo (ar nepasinaudojo) tokio atskyrimo galimybe.

      Atsakymas

      • Na, o prieš straipsnyje aprašytus eksperimentus kryžminio apvaisinimo hipotezė taip pat buvo tik hipotezė. Kita vertus, „išgyvenimo strategijų atskyrimo“ požiūriu perėjimas prie kryžminio apvaisinimo yra natūrali pasekmė, todėl straipsnyje aprašytus eksperimentus galima vertinti kaip netiesioginį mano aprašytos hipotezės patvirtinimą.

        Ir jei nekelsi hipotezių, tada nebus ką tikrinti.

        Tokiu atveju galima tiesiog kartoti straipsnyje aprašytus eksperimentus, bet orientuotis ne į mechaniškai stebimus parametrus (kryžminį apvaisinimą), o į proceso dinamiką (_kas tiksliai_ – „patinai“ ar „patelės“ yra atsakingas už išlikimą). tam tikromis sąlygomis) ir biochemija , kuri, žinoma, pareikalaus daug daugiau laiko reikalaujančių ir subtilesnių eksperimentų. Bet panašu, kad jiems teks laukti milijoną metų (arba 50 eksperimentuotojų kartų)...

        Techniškai visi tokio eksperimento elementai iš principo jau yra: reikia prijungti įvairiaspalvių fluorescencinių baltymų genus prie genų, atsakingų už kiaušialąsčių ir spermatozoidų sintezę, ir tada pamatyti, kuri spalva vyraus duota situacija. Jei čia nėra akivaizdžių skirtumų, tuomet galite prisirišti prie genų, atsakingų už lytinių hormonų (tokių kaip testosterono ir estrogenų analogų) sintezę.

        Beje, mane visada domino klausimas: kaip žinoti, kad fluorescencinių baltymų genų pridėjimas nepakeičia pagrindinių genų ar sekamų molekulių veikimo? Vis dėlto organizmas yra gana sudėtinga sistema, o pridėjus šviečiančio baltymo geną, apskritai negalime tiksliai pasakyti, kad naujas organizmas yra visiškai panašus į pirminį.

        Atsakymas

        • „... prieš straipsnyje aprašytus eksperimentus, o kryžminio apvaisinimo hipotezė taip pat buvo tik hipotezė...“. Tai netiesa: C. elegans lyties nustatymo sistema toli gražu nėra žinoma iš šio straipsnio, o Brenneris žinojo, kad tik patinai atlieka kryžminį apvaisinimą, kai šiuos kirminus „paverčia“ pavyzdiniu objektu. Žiūrėti pvz. http://wormbook.org/toc_sexdetermination.html.

          Nesijaudinkite su „interpretacijomis“. Tyrėjai turėjo tam tikrą hipotezę savo galvose ir išbandė ją eksperimente. Jei rezultatas pasirodytų kitoks, vertėtų pripažinti, kad hipotezė veikia prastai. Jei turite savo hipotezę, sukurkite eksperimento planą ir atlikite jį: hipotezė diktuoja eksperimentą, kad jis būtų nuverstas, o ne atvirkščiai.

          "... kaip mes žinome, kad fluorescencinių baltymų genų pridėjimas nepakeičia pagrindinių genų veikimo ...". Modeliniams objektams tikrai žinomas fluorescencinių baltymų genų įtakos ląstelių funkcionavimui ir viso organizmo funkcionavimui. Be to, šis poveikis (kiek žinau iš Drosophila literatūros) yra vidutiniškai neigiamas. Bet mes kalbame apie patogų santykinio (!) Fitneso vieningo nustatymo metodą.

          Atsakymas

          • 1) Nelabai suprantu, kodėl nusprendėte, kad mes su Aleksandru kalbėjome apie lyties nustatymo sistemą. Mūsų diskusijoje kryžminis apvaisinimas buvo vertinamas kaip prisitaikantis bruožas, skatinantis efektyvesnį išgyvenimą.

            Straipsnio autorių pozicija susivedė į tai, kad kadangi labiau prisitaikiusiems individams kryžminamasis apvaisinimas buvo dažnesnis, tai grubiai tariant asmenys, kuriems pavyko išgyventi sunkesnėmis sąlygomis, „suvokia“, kad turi išvalyti savo genofondą. kenksmingų mutacijų ir kaupti naudingąsias. , ir greitai pereiti prie kryžminio apvaisinimo.

            Nurodžiau, kad tuos pačius faktus galima interpretuoti įvairiai – jei yra dvi su lytimi susietos išgyvenimo strategijos, tai būtinybė kovoti už išlikimą sukelia šių strategijų aktyvavimą ir dėl to stiprėja skirtumai tarp lyčių, kurie , tiesą sakant, veda prie kryžminio apvaisinimo.

            Šiuo požiūriu tai, kad kryžminio tręšimo tendencija didėja, savaime neleidžia vienai iš hipotezių suteikti pranašumo, o tai buvo akivaizdžiai įrodyta „modifikuotų“ citatų pagalba. Tie. hipotezė, kad „buvo galvoje“ tyrėjams, tiesą sakant, nebuvo įrodyta – ji tiesiog NEPANEIGĖ. Tiesą sakant, jei tai būtų paneigta, greičiausiai publikacijos nebūtų buvę - humanitariniuose moksluose jie nemėgsta neigiamo rezultato. Deja, negaliu pateikti nuorodos iš karto, bet neseniai buvo naujienų reportažas apie eksperimentą „neigiamų“ tyrimų publikavimo tema.

            2) „Interpretacijos“ (t. y. teorinė analizė) kaip tik ir išskiria šiuolaikinius tiksliuosius ir inžinerinius mokslus nuo humanitarinių mokslų (įskaitant biologiją). Nes Pagal išsilavinimą esu inžinierius, todėl, atitinkamai, už reiškinio stengiuosi įžvelgti griežtą teorinį modelį, o ne bendrus samprotavimus, nors ir sėkmingo eksperimento pagrindu.

            3) Pasiūliau eksperimento planą, kuris leistų patikrinti mano hipotezę („vyriškos“ / „moteriškos“ būsenos aktyvumo rodymas naudojant fluorescencinius baltymus). Bet, nes Aš esu inžinierius, o ne biologas, aš negaliu atlikti šio eksperimento. Taigi, net jei mano hipotezė yra teisinga ir todėl leis pasiekti daug gilesnį evoliucijos mechanizmų supratimą, ji vis tiek išliks „už borto“ labai ilgai – kol vienas iš biologų per 50–100 metų pats negalvoja apie tą patį. erzina...

            Atsakymas

            • Tai ne apie interpretacijas. Yra hipotezės ir yra testai. Be to, bandoma paaiškinti rezultatų ir lūkesčių neatitikimą ir toliau pateikiami pasiūlymai dėl naujų eksperimentų nustatymo. Eksperimentai negimsta savaime – šiuolaikiniai gamtos mokslai (įskaitant biologiją) nėra paremti induktyvistiniu požiūriu. (Žodžiu, paaiškinkite, kodėl biologiją priskyrėte humanitariniams mokslams ir ką tuomet paliktumėte gamtos mokslams.)
              Mano komentaras apie kryžminį apvaisinimą (be Aleksandro žodžių) buvo skirtas parodyti, kad tai yra „tiesiogiai“ išmatuojama reikšmė, tai ne hipotezė, o veiksnys. Aš neginčiju, kad _potencialiai_ jūsų „išgyvenimo strategijų atskyrimo intensyvinimas“ yra susijęs su šiuo veiksniu. Tam tikra prasme jūsų hipotezė gali pasirodyti labiau mokslinė; labiau klastojami ir informatyvesni. Prašau suformuluoti konkrečiau. Man atrodo, kad 50–100 metų nereikės laukti: ar Geodakjanas išreiškė kažką artimo?
              Dėl to, kad neigiami rezultatai neskelbiami. Pavyzdžiui, kreipiuosi į šį straipsnį: http://site/news/431169. Pirminė (ir plačiai paplitusi) idėja yra ta, kad moteriški feromonai atlieka rūšiai būdingų atraktantų vaidmenį. Ši hipotezė (tokioje tiesioginėje formuluotėje) buvo atmesta, nes individai be „kvapo“ yra patrauklesni partneriai bet kokiems, net ir skirtingų rūšių patinams. PO TO buvo suformuluota alternatyvi (ir informatyvesnė) hipotezė, kurios patikrinimui buvo skirti nauji eksperimentai. Beje, kitos pradinės hipotezės – apie enocitų vaidmenį feromonų gamyboje ir vyriško feromono vaidmenį užkertant kelią tos pačios lyties asmenų kontaktams ir pritraukiant pateles – nebuvo paneigtos ir taip sulaukė labai stipraus PASTIPRINIMO, nes eksperimentai buvo nukreipti į giliausias šių hipotezių pasekmes.

              Atsakymas

              • 1) Džiaugiuosi, kad mūsų dialogas „vairuoja“ į ramią mokslinę diskusiją.

                Hipotezių kėlimas ir jų eksperimentinis patikrinimas yra būtinas bet kurio mokslo etapas. Visas klausimas yra kaip interpretuoti gautus rezultatus ir kaip juos sutalpinti į jau žinomų žinių sumą. Todėl aš pats gamtos mokslais laikau tuos, kuriuose yra hipotezių generavimo metodai, turintys gana rimtą nuspėjamąją galią, ir eksperimentinis nepatvirtinimas (pavyzdžiui, efekto su esamais įrangos parametrais nebuvimas) arba neigiamas rezultatas. eksperimentas leidžia daryti naujas prognozes, kurios susiaurina arba, atvirkščiai, išplečia paieškos diapazoną. Fizika tikrai priklauso tokiems mokslams; Pastaruoju metu chemija, kiek suprantu, taip pat pradėjo atitikti šį kriterijų.

                Biologijoje (skirtingai nei molekulinėje biologijoje), deja, iki šiol ideologija vis dar gana artima XIX amžiaus lygiui - čia nematau metodų UNIKALUI interpretuoti ir sisteminti tiek jau esamą duomenų masyvą, tiek generavimą. hipotezės, turinčios didelę nuspėjamąją galią (pvz., Omo dėsnis arba Niutono dėsniai). Todėl remiuosi humanitariniais mokslais, kurie turi gana gerai išvystytus duomenų kaupimo metodus, bet dar nesukūrė patikimų darbo metodų, kaip šiais duomenimis nustatyti esminius gamtos dėsnius. Netgi pats elementariausias biologijos dėsnis – evoliucijos dėsnis – yra aprašomasis ir neturi nuspėjamosios galios, o tai leidžia egzistuoti tokioms „interpretacijoms“ kaip kreacionizmas ir protinga kūryba. Akivaizdu, kad tokios „interpretacijos“ jau seniai būtų išnykusios, jei evoliucijos dėsnis turėtų tokią pat nuspėjamąją galią kaip Ohmo dėsnis.

                2) "Tam tikra prasme jūsų hipotezė gali pasirodyti moksliškesnė, ty labiau falsifikuojama ir informatyvesnė. Prašau suformuluoti konkrečiau. Man atrodo, kad jums nereikės laukti 50-100 metų: ar Geodakjanas pasakyti ką nors artimo?"

                Sprendžiant iš Geodakyano straipsnio teksto (http://vivovoco.rsl.ru/VV/PAPERS/NATURE/VV_SC30W.HTM), jo pozicija iš tikrųjų yra gana artima mano išsakytai pozicijai, tačiau yra ir gana reikšmingų. požiūrio matymas, skirtumas. Svarbiausia, kad Geodakjanas savo koncepciją „pririša“ prie išorinės aplinkos, o aš tuos pačius šablonus bandau išvesti iš molekulinių ir biocheminių organizmo funkcionavimo mechanizmų. Juk ne populiacija sąveikauja su aplinka (nebent kalbėtume apie vaisiakūnį, suformuotą bakterijų kolonijos), o kiekvienas organizmas „savaime“. O „tikroji“ teorija stebimus procesus (populiacijos dinamiką priklausomai nuo aplinkos būklės) turėtų kildinti būtent iš ATSKIRTO organizmo (patino, patelės ar hermafrodito), kuris NIEKO nežino apie kitų organizmų egzistavimą, savybių.

                Atitinkamai, bandau atsakyti į klausimą: „Kokie yra molekuliniai genetiniai ir biocheminiai procesai, dėl kurių aplinkos įtakoje iš pradžių hermafroditiniame ar partenogenetiniame organizme didėja polinkis į lytinį dimorfizmą?

                Bandydamas atsakyti į šį klausimą iškėliau prielaidą, kad pereinant nuo vienaląsčių prie daugialąsčių organizmų, pirmoji dauginimosi „idėja“ buvo panaudoti tą patį mechanizmą kaip ir vienaląsčiams organizmams – dalijimąsi arba pumpurų atsiradimą. (Kaip ir kiekvienas normalus inžinierius, gamta yra gana konservatyvi ir be rimtos priežasties nieko naujo nesugalvos :)).

                Vadovaujantis tokia logika, galima daryti prielaidą, kad patys pirmieji daugialąsčiai organizmai, nutolę nuo pumpuravimo/dalijimosi, „išrado“ partenogenezę, t.y. „fiksavo“ genetinės informacijos perdavimo funkciją už specializuotos struktūros – reprodukcinių organų. Greičiausiai tai buvo dar iki skirstymo į gyvūnus ir augalus stadijos, tad „šiandieninė“ partenogenezė tėra senovinių mechanizmų prisiminimai. Gali būti, kad „pirminė partenogenezė“ apėmė dvi „praktiškai vienodas“ lytines ląsteles, kurios savo funkcionalumu skyrėsi tik „šiek tiek“.

                Tuo pačiu metu pagrindines adaptacijos/išgyvenimo strategijas – „kovą“ ir „prisitaikymą“ – greičiausiai „išrado“ vienaląsčiai, bet, žinoma, pačia bendriausia forma. Greičiau tai būtų galima pavadinti „bendromis idėjomis“, o ne rimtomis strategijomis. Kita vertus, akivaizdu, kad vienokiu ar kitokiu laipsniu KIEKVIENAS vienaląstis organizmas buvo priverstas būti abiejų šių strategijų nešėju.

                Tačiau daugialąsčių organizmų atminties talpa ir organizavimo sudėtingumas yra daug didesnis nei vienaląsčių organizmų, todėl pereinant prie daugialąsčių organizmų atsirado galimybė, pirma, šias strategijas komplikuoti ir plėtoti, antra, skirti specializuotus „atminties bankus“. jų saugojimui. Atsižvelgiant į esminę šių strategijų svarbą išgyvenimui, nenuostabu, kad galiausiai šie atminties bankai buvo „pastatyti“ į patikimiausią vietą genotipo perdavimo, reprodukcinių organų požiūriu: „Jūs gali būti ne protingas ar gražus, bet tu turi mokėti išgyventi bet kokiomis aplinkybėmis“.

                Kitas logiškas žingsnis buvo hermafroditizmas, t.y. bandymas maksimaliai padidinti abiejų strategijų optimizavimą viename organizme. Šiame etape padaugėjo skirtumų tarp lytinių ląstelių, dalyvaujančių apvaisinimo procesuose, atsiradusių dėl lytinių liaukų fiksuotų išgyvenimo strategijų skirtumų kaupimosi. Galų gale dėl „genetinio optimizavimo“ atsirado kiaušinėlių ir spermatozoidų, kurie aiškiai skiriasi tiek savo struktūra, tiek funkcionalumu.

                Ir paskutinis žingsnis yra seksualinio dimorfizmo fiksavimas (ir atitinkamai fenotipinis išgyvenimo strategijų nešėjų atskyrimas), iš pradžių intensyvinant kryžminį apvaisinimą, o vėliau fiksuoto populiacijos padalijimo į vyrus ir pateles forma. .

                Šio modelio privalumas yra tas, kad, mano požiūriu, jis leidžia matematinį modeliavimą atlikti visą aukščiau aprašytą lytinio dalijimosi evoliucijos procesą (pradedant nuo vienaląsčių), įdėjus į modelį tik keletą paprastų ir aiškiai suformuluotų. principus.

                Kita vertus, remiantis šiuo modeliu, galima daryti patikrinamas ir paneigiamas prognozes tiek apie pagrindinius evoliucijos etapus (tai gali būti patikrinta remiantis jau žinomais paleontologiniais duomenimis), tiek apie šiuolaikinių organizmų, priverstų kovoti, fiziologiją. už išlikimą. Visų pirma, kaip minėjau anksčiau, viena iš prognozių yra ta, kad esant įvairioms aplinkos grėsmėms, turėtų būti taikomos skirtingos išgyvenimo strategijos, kurios turėtų pasireikšti skirtingų genetinių mechanizmų, susijusių su lytinių ląstelių generavimu, aktyvavimu. O tai savo ruožtu turėtų lemti (bent jau biocheminiu lygmeniu) lyčių skirtumų padidėjimą (iš pradžių hermafroditų organizmuose) ir dėl to padidėjusį kryžminį apvaisinimą.

                Tikiuosi, kad teisingai suformuluotas tas pats modelis taip pat leis pereiti nuo kryžminio apvaisinimo prie partenogenezės / hermafroditizmo ilgalaikėmis palankiomis aplinkos sąlygomis. Beje, iš to galime daryti išvadą ir apie visuomenės sąstingio ir nykimo neišvengiamumą esant per ilgam jos gerovės laikotarpiui, dėl „moteriškojo“ komponento stiprėjimo populiacijoje. .

                3) „Dėl to, kad neigiami rezultatai neskelbiami“.
                Jūsų pavyzdys nelabai sėkmingas – tai tik „teigiamo“ rezultato pavyzdys, t.y. NEIGIMAI (labai laukiamo rezultato nepatvirtinimas) plius, be to, naujo mechanizmo nustatymas.

                Neigiamas rezultatas yra tada, kai padarėte prielaidą, kuri gali būti patvirtinta ARBA nepatvirtinta, bet ji nebuvo patvirtinta. Tokiu atveju rezultatas būtų neigiamas, jei kryžminis apvaisinimas nepadidėtų (ir niekas nesitikėjo, kad jis PRIVALO padidėti _pagal_sąlygas_, nes tam nebuvo jokių eksperimentinių prielaidų, skirtingai nei eksperimentuose su feromonais).

                Atsakymas

              • Atsiprašau už vėlavimą, nespėjau ilgai atsakyti...

                1.1) Džiaugiuosi, kad bendras mokslo logikos supratimas jums ir man labai artimas. Vis dėlto sprendimas dėl klausimo „kaip interpretuoti gautus rezultatus ir kaip juos sutalpinti į jau žinomų žinių sumą“ man atrodo kiek keistas. Neaišku, kas yra „žinių suma“? Ar turėjote omenyje „mūsų idėja apie...“ ar „teorinis pagrindas“? Ar kyla klausimas dėl interpretacijų? Sakyčiau, tai vyksta tik paradigmos kaitos laikotarpiais. Likusį laiką atsakymą pateikia esama paradigma, kuri iškėlė hipotezę, kad šie eksperimentai yra skirti testavimui. Jei gaunamas pirminės hipotezės paneigimas, kaip pastebėjote, tai skatina ieškoti naujų (iki paradigmos kaitos krizės metu, t. y. didėjančių paradigmos ir „tikrovės“ prieštaravimų, kaip mums atrodo eksperimentuose).

                1.2) „Biologijoje... deja, iki šiol ideologija vis dar gana artima XIX amžiaus lygiui – čia nematau metodų UNIVERSALIAI interpretuoti ir sisteminti tiek esamą duomenų masyvą, tiek hipotezių generavimą su puiki nuspėjamoji galia...“
                Visiškai sutinku su jumis ir apgailestauju: KAI KURIOS biologijos sritys toli gražu nėra Popperio mokslo „idealas“. Bet ne visi. Be molekulinės biologijos ir kitų ląstelių biologijos skyrių, pagal postpozityvizmo principus gyvena ekologijos mokslas šiuolaikine forma, imunologija, mikrobiologija, fiziologijos, genetikos ir kt. Daugelyje evoliucijos skyrių yra akivaizdžių didelių spragų. Be to, pavyzdžiui, aprašomojoje sistematikoje hipotezės visai nesuformuluojamos (tai jokiu būdu nesumenkina biologinės įvairovės apibūdinimo uždavinio).
                Nepaisant to, humanitariniai mokslai vadinami „disciplinomis, tiriančiomis žmogų jo dvasinės, protinės, dorovinės, kultūrinės ir socialinės veiklos sferoje“. Tai apima kai kurias sritis, veikiančias pagal mokslinio metodo dėsnius, bet ir daugelį iš esmės metafizinių disciplinų. Taigi biologijos priskyrimas humanitariniams mokslams yra abejotinas.

                2) "Ir "tikroji" teorija turėtų kildinti stebimus procesus... būtent iš ATSKIRTO organizmo savybių..."

                Man neaiškus šis sakinys:
                Ką reiškia „tikroji“ teorija?
                – O kaip dėl sistemiškumo principo?

                Jūsų bendras tyrimo klausimas yra suprantamas, bet toliau pateikiami argumentai, dėl kurių nematau jokio loginio ryšio su pirminiu klausimu. Klausimas yra apie mechanizmus, prielaidos yra apie veisimo strategijų evoliucijos eigą.
                Į pirmąją prielaidų pastraipą: neaišku, kaip galite patikrinti savo hipotezes apie tokios tolimos praeities organizmų dauginimosi strategijas. (Šiuolaikinė medžiaga vargu ar čia padės, nebent dumbliai leis „imituoti“ šiuos lyties atskyrimo procesus).
                Toliau pateiktų teiginių forma neleidžia jų klastoti. Paaiškinkite, kaip juos galima paneigti. Be to, kas yra „bendrosios idėjos“, „atminties talpa“?
                Bendras komentaras: Jūs aiškiai iš naujo apibrėžėte „partenogenezės“ ir „hermafroditizmo“ sąvokas. Su partenogeneze (įprasta prasme) reikia tik vienos lytinės ląstelės. Hermafroditai (įprasta prasme) turi dviejų tipų lytines liaukas ir gamina tiek spermą, tiek moteriškas lytines ląsteles. Kaip hermafroditizmas galėjo būti prieš (diferencijuotų) lytinių ląstelių atsiradimą?
                Pastraipa apie evoliucinių procesų modeliavimą nėra aiški. Kodėl reikalingas modeliavimas? Kas tiksliai bus modeliuojamas?
                Man atrodo, kad pastraipoje apie „patikrinamas ir paneigiamas prognozes“ yra tik patikrinami teiginiai.

                3) Laukimas „patelės be kvapo patinams neįdomios“ nepasitvirtino. Tyrėjai nustebo. Jie turėjo pakeisti bendrojo klausimo formuluotę ir tikrinamą hipotezę.

                Atsakymas

                • Ačiū už įdomius klausimus. Atsakymas pasirodė gana platus, todėl jį suformuluoti prireikė laiko.

                  1) Kad ateityje nekiltų nesusipratimų, noriu pabrėžti, kad čia išsakau savo asmeninį požiūrį, kuris gali nesutapti su visuotinai priimtu. Jei laikomasi griežto stiliaus, kiekvienu tokių neatitikimų atveju turėtų būti paaiškinami terminai ir apibrėžimai, dėl kurių labai padidės pranešimų kiekis ir pablogės teksto skaitomumas. Visgi mūsų dialogas artimesnis laisvam (nors moksliškai teisingam) pokalbiui, o ne griežtam moksliniam leidiniui.

                  Atsižvelgdamas į tai, aš sąmoningai praleidžiu tokius paaiškinimus, viena vertus, tikėdamasis, kad pašnekovas arba galės savarankiškai suprasti iš konteksto, kodėl taip darau, arba užduos konkretų klausimą, į kurį atsakyti reikės mažiau vietos nei „a priori paaiškinimas“ .

                  Taigi mano ištrauka apie biologijos „žmogiškumą“ veikiau susijusi su mano „vidiniu“ mokslų klasifikavimu pagal jų paradigmų „veiksmingumą“, o ne pagal jų tyrimo objektus. Landau mokslus paprastai skirstė tik į natūralius, nenatūralius ir nenatūralius :))

                  2) "Neaišku, kas yra "žinių suma"?"

                  Man tai yra žinomų faktų rinkinys (visų pirma, moksliškai patvirtintų, jei kalbėtume apie „mokslinį žinių kiekį“), taip pat patikrintų šių faktų apdorojimo metodų („logika“) ir prognozių, padarytų apie remiantis šiais faktais ir logika. Akivaizdu, kad šis apibrėžimas apima ir „mūsų idėją apie...“, ir „teorinį pagrindą“, nes gana daug teorijų remiasi „idėjomis apie...“.

                  Kita vertus, esu giliai įsitikinęs, kad esame tik radikalaus paradigmų pasikeitimo stadijoje, nemažiau reikšmingo už sukrėtimą, kurį sukėlė kvantinės mechanikos ir reliatyvumo teorijos atsiradimas. Šis pokytis bus siejamas su gyvybės ir sąmonės, kaip fizinių procesų, apibūdinimu, t.y. fizikos „išplėtimas“ į biologijos ir psichikos sritį.

                  Galbūt aš per daug aplenkiu save. Susikaupusių faktų ir neišspręstų problemų spaudimą, tiesą sakant, blokuoja „parduotuvės ribos“ (bent jau ta pačia terminologija), kurios patikimai saugo biologiją nuo ne biologų, tačiau man šios paradigmos kaitos poreikis yra akivaizdus. Man ne mažiau akivaizdu, kad šį procesą _turėtų_ paskatinti duomenys, gaunami iš mokslų, tiriančių gyvenimą ir sąmonės reiškinius. Todėl man gana aktualus šių mokslų gautų duomenų interpretavimo klausimas – kaip ir abejonės dėl esamų šių mokslų paradigmų siūlomų atsakymų besąlygiško teisingumo. Ir, tiesą sakant, šie atsakymai nėra siūlomi labai dažnai ...

                  3) „- Ką reiškia „tikroji“ teorija?

                  Sutinku, reikia vartoti žodį „tiesa“, aiškiai nurodant prasmę. Šiuo atveju, atsižvelgiant į mūsų žinių ir idėjų ribotumą, siūlyčiau apsvarstyti „tikrąją“ (tiksliau, „tikriausią“) teoriją, kuri a) turi didžiausią nuspėjamąją galią ir b) negali būti falsifikuota remiantis. VISŲ šiuo metu turimų žinių ir techninių galimybių. Čia iš esmės svarbus žodis „visi“ – teorija, kurios negalima falsifikuoti remiantis tos mokslo dalies, kurioje ji buvo suformuluota (pavyzdžiui, biologijos) paradigma, gali prieštarauti kitų mokslų logikai ar faktams. pavyzdžiui, fizika ar kibernetika).

                  4) Turbūt įdomiausias yra mano pasiūlytos „evoliucinės“ hipotezės klastojimo galimybės. Čia periodiškai susidursime su „inžinieriaus“ ir „biologo“ požiūrių skirtumu, ir prireiks šiek tiek laiko, kol šie požiūriai bus suvesti į bendrą vardiklį.

                  Mano seksualinės diferenciacijos evoliucijos proceso aprašymas veikiau yra atsakymas į klausimą „ką aš būčiau daręs Geodakyano vietoje?“, nes, pirma, palietėme jo kūrybą, antra, jis surinko gana įdomių dalykų. medžiaga , iš kurios, mano požiūriu, nebuvo padarytos pakankamai išsamios išvados.

                  Kaip inžinierius, bandydamas suprasti konkrečios funkcijos veikimą stebimoje sistemoje, stengiuosi atsekti tos funkcijos evoliuciją nuo paprasčiausio jos įgyvendinimo iki dabartinės, kaip tai pastebima, pavyzdžiui, evoliucijoje. automobiliai, kompiuteriai ir programos. Jei man pavyks sukurti funkcijos raidos modelį, kuris paaiškintų jos buvimą sistemoje „nuo laikų pradžios“ iki šių dienų, galėčiau daug geriau suprasti dabartinės jos pasireiškimo logiką ir, galbūt, daryti prognozes. apie jo apraiškas įvairiomis sąlygomis. Todėl bandžiau atsekti visą procesą, pradedant nuo vienaląsčių. Jei galiu gauti veikiantį ir faktinį šių hipotetinių sąveikos su aplinka „strategijų“ evoliucijos modelį, galiu pagal šį modelį daryti prognozes ir jas išbandyti eksperimentiškai.

                  Akivaizdu, kad eksperimentinis tokio „evoliucinio“ modelio patikrinimas „nuo nulio“ iš esmės neįmanomas – nei vienas iki mūsų laikų atėjęs organizmas negali būti laikomas „pirminių vienaląsčių organizmų“ analogu. Todėl eksperimentinis patikrinimas galimas tik pradedant nuo kurio nors evoliucijos etapo, bet ne „nuo nulio“. Tam tikra prasme tai yra analogiška nesugebėjimui suprasti, kas įvyko iškart po Didžiojo sprogimo pradžios. Tačiau nustatę evoliucijos etapą, nuo kurio galime bandyti falsifikuoti modelį, gausime pakankamai tvirtą pagrindą po kojomis.

                  Galiausiai mano pasiūlytas seksualinio dimorfizmo evoliucijos modelis yra gana populiacinis genetinis. Tie. galime sukurti tam tikrą matematinį populiacijos modelį, kurį reprezentuoja ląstelių automatai, imituojantys „pirminio vienaląsčio“ elgesį, o tada pabandyti atsekti šių vienaląsčių evoliuciją iki daugialąsčių, tuo pačiu tirdami seksualinę diferenciaciją. Iš tikrųjų tokiame modelyje mus domina genų transformacijos populiacijoje dinamika ir šių genų nešiotojų sąveika su aplinka.

                  Toks modelis tikrai bus netinkamas lyginti su konkrečiais paleontologiniais ar biologiniais duomenimis (ty jo bus neįmanoma suklastoti, bent jau remiantis šiais duomenimis), tačiau jo elgesio stebėjimas gali suteikti informacijos, leidžiančios sukurti suklastotinas hipotezes, jau susietas su modeliu. „biologinė tikrovė“ ir jų eksperimentinis patikrinimas.

                  Visų pirma, atsižvelgiant į tai, kad „Visi šiuolaikiniai daugialąsčiai organizmai savo vystymosi eigoje anksčiau ar vėliau yra suskirstomi į generatyvinę dalį (lytines ląsteles) ir somatinę dalį, iš kurios išsivysto visi kiti organai (http://ru.wikipedia). .org/wiki/Gonotsit)“, galime tikėtis, kad anksčiau ar vėliau panašus mechanizmas atsiras ir „teisingame“ koriniame automatiniame modelyje, nes tai natūraliausia inžineriniu požiūriu: iš pradžių „ląstelių krūva“ turėjo tiesiog įgyti galimybę daugintis kaip vientisa visuma, o tada jau buvo galima galvoti, kaip tai užbaigti ir remtis. „vieninga visuma“.

                  „Bendrosios idėjos“ – metaforinis algoritmo aprašymas, suformuluotas pačia bendriausia, primityviausia forma. Pavyzdžiui, „venkite nemalonių pojūčių“ arba „stenkitės ten, kur malonu“. Ši formuluotė neapibrėžia, kas yra „vengti“ ar „stengtis“, ir daroma prielaida, kad „jausmas“ yra kažkas apibrėžto, bet neįforminta. Nepamirškite, kad čia kalbame apie „pirminį vienaląstį“, o algoritmo formuluotė „pritaikyta“ prie jų „vidinės būsenos“.

                  Pavyzdžiui, fototropizmo „bendroji idėja“ „pirminio vienaląsčio“ lygyje gali būti suformuluota kaip „kuo šviesesnė, tuo geriau“. Daugialąsčiame organizme fototropizmo realizavimas lemia gana sudėtingų procesų seką, kurių kiekvienas aprašomas savo algoritmu. Atitinkamai, „atminties talpa“ – tai organizmo gebėjimas saugoti tokį pakankamai išsamų „veiksmų planą“.

                  5) Sutinku, ne visai teisingai kalbėjau apie partenogenezę. Kalbant apie „dvi ląsteles“, jau turėjau omenyje perėjimo prie biseksualaus dauginimosi stadiją. Pačiuose pirmuosiuose etapuose procesas turėjo prasidėti nuo vienos ląstelės dalijimosi, t.y. „kuo arčiau“ to, ką turėjo vienaląsčio pirmtakas.

                  Dviejų „beveik identiškų“ ląstelių idėja grindžiama šia informacija: „Partenogenezė Komodo driežuose yra įmanoma, nes oogenezę lydi polocito (polinio kūno), turinčio kiaušinio DNR kopiją, vystymąsi. ; polocitas nemiršta ir veikia kaip sperma, paversdamas kiaušinėlį embrionu. (http://ru.wikipedia.org/wiki/Parthenogenesis)"

                  Tie. galima daryti prielaidą, kad pereinant prie hermafroditizmo, iš pradžių partenogenezė buvo visiškai „vienaląstė“, vėliau tam tikru momentu dėl mutacijos pirmojo ar antrojo dalijimosi stadijoje tarp dukterinių ląstelių atsirado funkcinis skirtumas, vienas iš kurių buvo labiau „moteriška“, o kita – – „vyriškesnė“. Ir tada šis skirtumas buvo genetiškai fiksuotas tiek, kad viso organizmo vystymosi „paleidimas“ tapo neįmanomas be lytinių ląstelių „abipusio aktyvavimo“. Greičiausiai to paties proceso metu susiformavo mejozės mechanizmas.

                  Tiesą sakant, aš nelabai žinau, kaip pateikti aukščiau pateiktą _biologiškai_ klaidingą hipotezę. Esu tikras, kad bus galima sukurti tokius korinio ryšio algoritmus...

                  
                  b) Pamatysime, kad kažkieno (tavo ar mano) požiūris yra platesnis ir „sugeria“ priešininko artėjimą. Tada, kaip mokslininkai, turėsime arba priimti platesnį požiūrį ir atsisakyti siauresnio, arba aiškiai išdėstyti priežastis, kodėl platesnis požiūris nėra reikalingas (pvz., perteklinis) konkrečiame kontekste. Pavyzdžiui, nėra prasmės laikyti Žemę sudėtinga sistema, jei tiriame jos judėjimą orbitoje. Užtenka jį pavaizduoti kaip materialų tašką.

                  c) Pamatysime, kad požiūriai vienas kitą papildo. Tada mes, mokslininkai, turėsime aiškiai suformuluoti apibendrintą (platesnį) požiūrį, kuris suvienytų mus abu, ir jį priimti.

                  Šiuo požiūriu geriausias veiksmas yra argumentuota kritika, „kas tau nepatinka“. Tai leis greitai suprasti, su kuriuo iš scenarijų susiduriame.

                  2) Aleksandras turi gana didelį tekstą, man prireiks šiek tiek laiko, kol jį suprasiu. Ačiū už nuorodą.

                  Atsakymas

                  Dabar nustebau, kad maždaug pusė mano ankstesnio laiško buvo nutraukta. Atrodo, kad yra pranešimo ilgio apribojimas, apie kurį aš nežinojau. Todėl siunčiu antrąją teksto pusę.

                  =============================
                  Tiesą sakant, aš nelabai žinau, kaip pateikti aukščiau pateiktą _biologiškai_ klaidingą hipotezę. Esu beveik tikras, kad bus galima sukonstruoti korinio automato algoritmus, kurie parodys aukščiau aprašytus evoliucijos etapus. Tačiau biologui tai bus ne įrodymas, o iliustracija. Nors algoritminiu požiūriu tai bus tiesioginis tokio evoliucinio proceso egzistavimo galimybės (bent jau ląstelių automatų aplinkoje) įrodymas.

                  Čia susiduriame su esmine evoliucinės biologijos problema – ji nagrinėja iš esmės chaotiškas (matematine prasme) sistemas (nuo vienaląsčių iki biosferos). Ir tokioms sistemoms nėra tokio dalyko kaip „veikavimo unikalumas“ ir, atitinkamai, evoliucijos „unikalumas“. Todėl, mano požiūriu, biologai taip stipriai laikosi statistikos – tai leidžia daugiau ar mažiau užtikrintai kalbėti apie tai, „kas yra“, nes. praktiškai neįmanoma kalbėti apie tai, kas „gali būti“ chaotiškoje sistemoje su dideliu laisvės laipsnių skaičiumi – ten „visko gali būti“.

                  Kita bėda ta, kad, kiek pamenu, dabartinė chaotiškos sistemos būklė praktiškai nepriklauso nuo jos priešistorės. Tie. yra be galo daug būdų, kuriais sistema gali patekti į tam tikrą būseną, ir tolimesnė jos raida nepriklauso nuo to, kokiu keliu ji pateko į šią būseną. Todėl evoliucinėje biologijoje ir „praeities prognozės“, ir „ateities prognozės“ yra neįmanomos, o tik trumpalaikės tiesinės ekstrapoliacijos.

                  6) „Kaip hermafroditizmas galėjo būti prieš (diferencijuotų) lytinių ląstelių atsiradimą?

                  Aš siūlau, kad jis pasirodė arba kaip pati pirmoji šios diferenciacijos pasekmė, arba kartu su ja.

                  Logika čia tokia: nauja struktūra atsiranda kaip naujos funkcijos „dizaino“ pasekmė. Be to, iš pradžių ši „nauja“ funkcija atliekama remiantis jau egzistuojančiomis struktūromis. Tie. pirmiausia atsiranda aplinkos cheminės sudėties atskyrimo funkcija (pavyzdžiui, membraninių ląstelių baltymų, galinčių atlikti ir motorinę funkciją), ir tik tada atsiranda specializuoti receptorių baltymai ir (daugialąsteliuose organizmuose) struktūros, kurios vaidina „liežuvio“ ir „nosies“ vaidmenį.

                  Atitinkamai, kalbant apie dimorfizmo formavimosi procesą, galima daryti prielaidą, kad iš pradžių partenogenetiniame organizme lytinės ląstelės dalijimasis į dvi funkciškai skirtingas „puses“ pirmiausia pasireiškė ir fiksavosi (kam nereikėjo „paramos“ iš specialių). struktūras), o tada, kai iškilo poreikis „sukurti“ šias „puses“ savarankiškai, atsirado struktūros, „specializuojančios“ tokią generaciją.

                  Taip pat gali pasirodyti, kad iš tikrųjų „pats pirmasis“ hermafroditas buvo tik partenogenetinis mutantas su dviem iš pradžių identiškomis lytinėmis liaukomis – kažkas panašaus į dvigalviškumą. Dėl jo partenogenetiškumo visi jo palikuonys taip pat turėjo panašią kūno sandarą. O kai šių palikuonių užteko evoliucijos procesui pradėti, prasidėjo lytinių liaukų „specializacija“, kurios pasekoje atsirado gametos ir „visaverčiai“ hermafroditai.

                  Vėlgi, aš nesuprantu, kaip galima suklastoti minėtas prielaidas. Lengviausias ir greičiausias būdas – pateikti faktus, kurie nesutampa su hipoteze. Tiesą sakant, tikiuosi, kad jūs (manau, profesionalus biologas) turėsite pakankamai žinių, kad iš karto nurodytumėte šių prielaidų neteisingumą (kaip buvo partenogenezės atveju), arba bent trumpai paaiškintumėte, kodėl yra „biologinis“ falsifikavimas. šių teiginių sunku arba neįmanoma. Tada būtų galima pabandyti susiaurinti arba pakeisti formuluotę, kad būtų galima falsifikuoti. Kaip inžinierius ir programuotojas, vienintelis būdas, kurį turiu omenyje, yra sukurti modelį korinio automato pavidalu, pagrįstą tiksliai apibrėžtais principais, kurie parodytų laukiamą elgesį. Tačiau biologui tai gali nieko nereikšti.

                  Neabejotinas tokio „automatinio“ modelio falsifikavimas bus griežtas įrodymas, kad tokių algoritmų (su fiksuotais pagrindiniais principais) sukurti neįmanoma. Tie. formaliai tai yra mokslinė hipotezė. Tačiau, atsižvelgiant į iš esmės euristinį modelio pobūdį, tai vargu ar įmanoma įgyvendinti. Konkrečių eksperimente naudotų modelių neveikiamumas negali pasitarnauti kaip griežtas falsifikacijos įrodymas – visada galima teigti, kad pradinės eksperimento sąlygos buvo netinkamai parinktos arba algoritmai nebuvo pakankamai efektyvūs.

                  Tiesą sakant, kuo daugiau galvoju apie šią temą, tuo labiau prieinu prie išvados, kad falsifikacijos kriterijus evoliucijoje vargu ar bus taikomas. Tie. pasirodo, čia daug lengviau eksperimentiškai įrodyti hipotezę, nei pasiūlyti vienareikšmį būdą jai suklastoti. Pavadinčiau tai „chaotiškų sistemų prakeiksmu“, pagal analogiją su „dimensijų prakeiksmu“, kylančiu analizuojant ir modeliuojant gana sudėtingas problemas.

                  7) Kalbant apie su lytimi susietų „elgesio strategijų“ veikimo patikrinimą, tai nuo pat pradžių pasiūliau eksperimentą tam patvirtinti arba paneigti (už išlikimą kovojančių kirminų organizmo biocheminių pokyčių vizualizavimas).

                  Pradinė hipotezė, kad tarp kirminų, įveikiančių kliūtis, arba iš pradžių yra pakankamai didelis procentas „vyriškų“ individų, arba įveikiant kliūtį atsiranda poslinkis į „vyrišką“ pusę. Pirmuoju atveju arba iš karto pamatysime, kad tarp alpinistų yra gana didelis procentas „vyriškų“ individų, arba pamatysime, kad „vyriškumas“ didėja po „maratono“. Kita vertus, daroma prielaida, kad sąlygos, susijusios su prisitaikymu prie aplinkos, įvyks poslinkis į „moteriškąją“ pusę. Arba galima tikėtis, kad vienas arba abu eksperimentai vienu metu padidins abi tendencijas („vyriškas“ ir „moteriškas“).

                  Jei eksperimentas patvirtina šias prognozes, tada „dviejų strategijų“ hipotezę galima laikyti įrodyta. Jei nė vienas iš jų nėra pagrįstas, ši hipotezė gali būti laikoma suklastota. Jei abiem atvejais įvyksta poslinkis tik viena kryptimi („vyras“ arba „moteris“), tai taip pat bus pradinės hipotezės klastojimas, bet leis suformuluoti naują.

                  Galbūt tai yra pati konkretiausia ir labiausiai klastojama prielaida, bet aš vis dar nesuprantu, už ką jūs jį kritikuojate. Mano požiūriu, viskas apibrėžta gana aiškiai.

                  Atsakymas

                  Pažiūrėjau į Aleksandro užrašus.

                  Žinoma, ten pateikta informacija yra įdomi. Aš nežinojau, kad yra vienaląsčių, turinčių tokias unikalias savybes.

                  Man Protozoon yra klasikinis automato modelio pavyzdys, kuriame gautų organizmų įvairovė yra pastatyta remiantis paprastomis pradinėmis taisyklėmis. Galiu tik pasidžiaugti, kad biologai turi tokį „ląstelių automatą“, ant kurio gali gyvai žaisti „Life“ (ląstelinių automatų žaidimą). Įdomus kalambūras gavosi :)

                  Dabar, žinodami taisykles, pagal kurias veikia šis automatas, galite jas papildyti, išplėsti ir taip gauti daugybę kitų galimų gyvybės formų variantų. Be to, net nebūtina to daryti mėgintuvėlyje – atsižvelgiant į taisyklių paprastumą, viską galima padaryti su mašina.

                  Bet ne apie tai kalbėjome. Taip, toks modelis gali būti tinkamas apibūdinti perėjimą nuo vienaląsčio prie daugialąsčio (ir tada, jei bus sukurtos tikėtinos audinių diferenciacijos taisyklės!). Bet, mano požiūriu, tai neturi nieko bendra su mūsų dialogo tema – seksualinio dimorfizmo atsiradimu.

                  Beje, man ne visai aišku, kaip vyksta lytinių ląstelių susiliejimas pirmuonyje; šis procesas naudingas tik esant palankioms sąlygoms, kai lytinių ląstelių yra daug, o tikimybė, kad jos susijungs nusėdimo metu, yra gana didelė. Padalijimas pagal mejozę nepalankiomis sąlygomis greičiausiai yra algoritmo primityvumo (unikalumo) pasekmė.

                  Kita vertus, ši viena ląstelė JAU turi mejozės mechanizmą. Man labai sunku ką nors pasakyti, bet, mano požiūriu, šis mechanizmas yra „per pažangus“ pirminiam vienaląsčiui. Nors visiškai įmanoma, kad patys pirmieji vienaląsčiai organizmai turėjo vieną chromosomų rinkinį, o vėliau atsirado mejozė, susiliejus tokioms ląstelėms, o tik po to - mitozė, kaip „sąnarinis dalijimasis“, be „perpusėjimo“. chromosomų medžiaga.

                  Kad ir ką sakytume, bet jei kalbėtume apie „dvi strategijas“, nuo kurių prasidėjo mūsų dialogas, tai turėsiu pripažinti, kad mejozės mechanizmas turėtų būti glaudžiai su jomis susijęs. Todėl visiškai įmanoma, kad prielaidos „strategijų atskyrimui“ atsirado senovės vienaląsčiuose organizmuose.

                  Vis dėlto, pažvelgę ​​į mano seksualinio dimorfizmo „ontogeniškumo schemą“, greičiausiai pamatysite, kad Aleksandro medžiaga jai nei prieštarauja, nei „persidengia“. Tai tik nurodo perėjimo iš vienaląsčio į daugialąstį etapą ir leidžia mums pateikti šį etapą išsamiau. Tačiau pirminis klausimas – ar būtinybė kovoti už išlikimą koreliuoja su genetiniais ir biocheminiais mechanizmais, susijusiais su seksualine reguliacija, lieka atviras.

                  Atsakymas

Dviseksualiai dauginantis, patinai turi didelį pranašumą prieš pateles ir hermafroditus. Todėl, jei tokia mutacija atsirado, ji greičiausiai įsitvirtins populiacijoje.
Galbūt, esant izoliuotiems patinams, labiau apsimoka būti patelėmis nei hermafroditais.

Atsakymas

Parašykite komentarą

Savaime apvaisinantys gyvūnai dauginasi, kai kiti dalykai yra vienodi, dvigubai greičiau nei dvinamiai. Kodėl gamtoje vyrauja dioetizmas? Norint atsakyti į šį klausimą, buvo dirbtinai išvestos apvaliųjų kirmėlių veislės. Caenorhabditis elegantiškas, kai kurios praktikuoja tik kryžminį apvaisinimą, kitos – tik savaiminį apvaisinimą. Eksperimentai su šiomis kirmėlėmis patvirtino dvi hipotezes apie kryžminio apvaisinimo naudą. Vienas privalumas – efektyvesnis žalingų mutacijų genofondo išvalymas, antrasis – pagreitėjęs naudingų mutacijų kaupimasis, padedantis gyventojams prisitaikyti prie besikeičiančių sąlygų.

Dviguba vyrų kaina

Kodėl mums reikia lytinio dauginimosi, kam mums reikalingi patinai? Atsakymai į šiuos klausimus nėra tokie akivaizdūs, kaip gali atrodyti.

Žymus evoliucionistas Johnas Maynardas Smithas savo knygoje atkreipė dėmesį į šios problemos rimtumą Sekso evoliucija(1978). Maynardas Smithas išsamiai papasakojo paradoksą, kurį pavadino „dviguba sekso kaina“. Jo esmė ta, kad, esant vienodiems dalykams, nelytinis dauginimasis (arba savaiminis apvaisinimas) yra lygiai dvigubai efektyvesnis nei kryžminis apvaisinimas, kuriame dalyvauja patinai (žr. pav.). Kitaip tariant, vyrai gyventojams kainuoja nepaprastai daug. Jų atmetimas iš karto ir labai padidina reprodukcijos greitį. Žinome, kad grynai techniškai perėjimas nuo dioetijos ir kryžminio apvaisinimo prie nelytinio dauginimosi arba savaiminio apvaisinimo yra visiškai įmanomas, yra daug tokių pavyzdžių tiek augalams, tiek gyvūnams (žr., pavyzdžiui: Milžiniško Komodo patelės monitorius driežas dauginasi nedalyvaujant patinams, "Elementai", 2006 12 26). Nepaisant to, aseksualios rasės ir savaime apvaisinančių hermafroditų populiacijos kažkodėl dar neišstūmė tų, kurie dauginasi „įprastu“ būdu, dalyvaujant patinams.

Kodėl jie vis tiek reikalingi?

Iš to, kas pasakyta, darytina išvada, kad kryžminis apvaisinimas turėtų duoti tam tikrų pranašumų, tokių reikšmingų, kad jie netgi nusveria dvigubą veisimosi efektyvumo padidėjimą, kurį suteikia patinų atmetimas. Be to, šie pranašumai turėtų pasirodyti iš karto, o ne kažkada po milijono metų. Natūrali atranka nesirūpina tolimomis perspektyvomis.

Yra daug hipotezių apie šių privalumų pobūdį (žr.: Lytinio dauginimosi raida). Mes pažvelgsime į du iš jų. Pirmasis žinomas kaip Miulerio reketas (žr.: Muller's reketas).Raketas yra įtaisas, kurio ašis gali suktis tik viena kryptimi.Idėjos esmė ta, kad jei nelytiniame organizme įvyksta žalinga mutacija, tai jo palikuonys jau negali jo atsikratyti.Jis bus perduotas kaip kartos prakeiksmas visiems savo palikuonims (nebent įvyktų atvirkštinė mutacija, kurios tikimybė labai maža).Aseksualiuose organizmuose atranka gali atmesti tik ištisus genomus , o ne atskiri genai.Todėl eilėje aseksualių organizmų kartų (tam tikromis sąlygomis) gali nuolat kauptis kenksmingos mutacijos.Viena iš šių sąlygų yra pakankamai didelis genomo dydis. , beje, genomai yra nedideli, lyginant su kitais gyvūnais. Galbūt todėl jie gali sau leisti savaiminį apvaisinimą (žr. toliau).

Jei organizmai dauginasi lytiškai ir praktikuoja kryžminį apvaisinimą, tai atskiri genomai nuolat yra išsibarstę ir maišomi, o iš fragmentų, kurie anksčiau priklausė skirtingiems organizmams, formuojasi nauji genomai. Dėl to atsiranda ypatinga nauja esmė, kurios aseksualūs organizmai neturi - genofondas gyventojų. Genai turi galimybę daugintis arba skersti nepriklausomai vienas nuo kito. Genas su nesėkminga mutacija gali būti atmestas atrankos būdu, o likusieji („gerieji“) tam tikro pirminio organizmo genai gali būti saugiai išsaugoti populiacijoje.

Taigi, pirmoji mintis yra ta, kad lytinis dauginimasis prisideda prie genomų apsivalymo nuo „genetinio krūvio“, tai yra padeda atsikratyti nuolat atsirandančių žalingų mutacijų, užkertant kelią degeneracijai (bendros populiacijos tinkamumo mažėjimui).

Antroji idėja yra panaši į pirmąją: ji leidžia manyti, kad lytinis dauginimasis padeda organizmams veiksmingiau prisitaikyti prie kintančių sąlygų, nes pagreitina tam tikroje aplinkoje naudingų mutacijų kaupimąsi. Tarkime, kad vienas asmuo turi vieną naudingą mutaciją, kitas turi kitą. Jei šie organizmai yra neseksualūs, jie turi mažai galimybių laukti, kol abi mutacijos susijungs tame pačiame genome. Lytinis dauginimasis suteikia tokią galimybę. Jis efektyviai daro visas naudingas mutacijas, atsiradusias populiacijoje „bendra nuosavybe“. Akivaizdu, kad lytiškai dauginančių organizmų prisitaikymo prie kintančių sąlygų greitis turi būti didesnis.

Tačiau visos šios teorinės konstrukcijos yra pagrįstos tam tikromis prielaidomis. Matematinio modeliavimo rezultatai rodo, kad kryžminio apvaisinimo naudingumo ar kenksmingumo laipsnis, palyginti su nelytiniu dauginimu ar savaiminiu apvaisinimu, priklauso nuo daugelio parametrų. Tai apima populiacijos dydį; mutacijų greitis; genomo dydis; kiekybinis mutacijų pasiskirstymas priklausomai nuo jų kenksmingumo/naudingumo laipsnio; vienos patelės susilaukusių palikuonių skaičius; atrankos efektyvumas (paliekančių palikuonių skaičiaus priklausomybės laipsnis ne nuo atsitiktinių, o nuo genetinių veiksnių) ir kt. Kai kuriuos iš šių parametrų labai sunku išmatuoti ne tik natūraliose, bet ir laboratorinėse populiacijose.

Todėl visoms tokio pobūdžio hipotezėms labai reikia ne tiek teorinių pagrindimų ir matematinių modelių (viso to jau yra gausybė), kiek tiesioginio eksperimentinio patikrinimo. Tačiau iki šiol nebuvo atlikta daug tokių eksperimentų (Colegrave, 2002. Sex releases the speed limit on evolution // Gamta. V. 420. P. 664-666; Goddard ir kt., 2005. Seksas padidina natūralios atrankos veiksmingumą eksperimentinėse mielių populiacijose // Gamta. V. 434. P. 636-640). Naujas Oregono universiteto biologų tyrimas dėl apvaliųjų kirmėlių Caenorhabditis elegantiškas, aiškiai iliustravo abiejų svarstomų mechanizmų, suteikiančių pranašumą toms populiacijoms, kurios neapleidžia patinų, veiksmingumą, nepaisant jų „dvigubos kainos“.

Unikalus objektas, skirtas tirti vyrų vaidmenį

Kirmėlės Caenorhabditis elegantiškas tarsi tyčia sukurtas eksperimentiniam minėtų hipotezių patikrinimui. Šios kirmėlės neturi patelių. Populiacijas sudaro patinai ir hermafroditai, kurių skaičius vyrauja. Hermafroditai turi dvi X chromosomas, o patinai tik vieną (X0 lyties nustatymo sistema, kaip Drosophila). Hermafroditai gamina spermą ir kiaušinėlius ir gali daugintis be savęs apvaisinimo. Patinai gamina tik spermą ir gali apvaisinti hermafroditus. Dėl savaiminio apvaisinimo gimsta tik hermafroditai. Kryžminio apvaisinimo atveju pusė palikuonių yra hermafroditai, pusė – patinai. Paprastai populiacijų kryžminio apvaisinimo dažnis C.elegans neviršija kelių procentų. Norint nustatyti šį dažnį, nebūtina stebėti intymaus kirminų gyvenimo – pakanka žinoti patinų procentą populiacijoje.

Reikia patikslinti, kad savaiminis apvaisinimas nėra visiškai tas pats, kas nelytinis (kloninis) dauginimasis, tačiau skirtumai tarp jų greitai išnyksta savaime apvaisinančių kartų serijoje. Savaime tręšiantys organizmai per kelias kartas tampa homozigotiniais visuose lokusuose. Po to palikuonys nustoja genetiškai skirtis nuo tėvų, kaip ir kloniniu dauginimu.

At C.elegansŽinoma, kad mutacijos turi įtakos kryžminio apvaisinimo dažniui. Vienas iš jų, xol-1, yra mirtinas vyrams ir iš tikrųjų lemia tai, kad populiacijoje lieka tik hermafroditai, besidauginantys savaiminio apvaisinimo būdu. Kitas rūkas-2, atima iš hermafroditų galimybę gaminti spermą ir iš tikrųjų paverčia juos patelėmis. Populiacija, kurioje visi individai turi šią mutaciją, tampa normalia atskirta populiacija, kaip ir dauguma gyvūnų.

Autoriai klasikiniais metodais (kryžminimu, o ne genų inžinerija) išvedė dvi poras kirminų veislių, kurių genomai buvo beveik identiški, besiskiriantys tik mutacijų buvimu. xol-1 ir rūkas-2. Pirmoji kiekvienos poros veislė su mutacija xol-1, dauginasi tik savaiminio apvaisinimo būdu (obligate selfing, OS). Antrasis, su mutacija rūkas 2, gali daugintis tik privalomu perėjimu (OO). Kiekvieną veislių porą lydėjo trečioji, turinti tą patį genetinį „foną“, tačiau neturinti abiejų mutacijų (laukinio tipo, WT). WT veislių kryžminio apvaisinimo dažnis standartinėmis laboratorinėmis sąlygomis neviršija 5 proc.

Reikalingi vyrai! Išbandyta eksperimentiškai

Su šiais veislių trynukais buvo atliktos dvi eksperimentų serijos.

Pirmoje serijoje patikrino hipotezę, kad kryžminis apvaisinimas padeda atsikratyti „genetinio krūvio“. Eksperimentas tęsėsi 50 kartų (žinoma, kirmėlės, ne eksperimentuotojai). Kiekviena kirminų karta buvo veikiama cheminio mutageno – etilo metansulfonato. Dėl to mutacijų greitis padidėjo maždaug keturis kartus. Jauni gyvūnai buvo dedami į Petri lėkštelę, padalytą per pusę vermikulito sienele (žr. paveikslą), o vienoje lėkštelės pusėje buvo dedami kirminai, o jų maistas buvo bakterijos. E. coli buvo antroje pusėje. Persodintos kirmėlės buvo gydomos antibiotikais, kad būtų pašalintos netyčia prilipusios bakterijos. Dėl to, norėdami gauti maisto, taigi ir turėti galimybę išgyventi bei palikti palikuonių, kirminai turėjo įveikti kliūtį. Taigi eksperimentuotojai padidino „valymo“ atrankos, kuri išnaikina kenksmingas mutacijas, efektyvumą. Įprastomis laboratorinėmis sąlygomis atrankos efektyvumas yra labai mažas, nes kirmėles iš visų pusių supa maistas. Tokioje situacijoje gali išgyventi ir daugintis net labai silpni gyvūnai, perkrauti kenksmingų mutacijų. Naujoje eksperimentinėje sąrankoje šis išlyginimas buvo nutrauktas. Kad ropštis per sieną, kirminas turi būti sveikas ir stiprus.

Autoriai palygino kirminų tinkamumą prieš ir po eksperimento, ty pirmosios ir penkiasdešimtosios kartos asmenų. Kirmėlės C.elegans galima ilgai laikyti užšaldytą. Tai labai palengvina tokius eksperimentus. Kol eksperimentas tęsėsi, šaldiklyje ramiai gulėjo 1-osios kartos kirminų mėginys. Fitnesas buvo matuojamas taip. Kirminai buvo sumaišyti lygiomis dalimis su kontrolinėmis kirmėlėmis, į kurių genomą buvo įterptas šviečiančio baltymo genas, ir pasodinti į eksperimentinę sistemą. Gyvūnams buvo suteikta laiko įveikti barjerą ir daugintis, o tada buvo nustatytas nešviečiančių individų procentas palikuoniuose. Jei šis procentas padidėjo penkiasdešimtoje kartoje, palyginti su pirmąja, tai reiškia, kad eksperimento metu fitnesas padidėjo, o jei sumažėjo, tai reiškia, kad įvyko degeneracija.

Eksperimento rezultatai parodyti paveiksle. Jie aiškiai parodo, kad kryžminis apvaisinimas yra galinga priemonė susidoroti su genetine apkrova. Kuo didesnis kryžminio tręšimo dažnis, tuo geresnis galutinis rezultatas (visos paveikslo linijos didėja iš kairės į dešinę). Dirbtinai padidintas mutacijų dažnis lėmė visų veislių kirmėlių degeneraciją (sumažėjimą), išskyrus OO – „privalomus mišrūnus“.

Net ir toms veislėms, kuriose mutagenezė nebuvo dirbtinai paspartinta, didelis kryžminio apvaisinimo dažnis suteikė pranašumą. Įprastomis laboratorinėmis sąlygomis šis pranašumas neatsiranda, nes kirmėlėms nereikia lipti per sienas, kad galėtų patekti į maistą.

Įdomu tai, kad vienoje iš dviejų OS kontrolinių veislių („privalomos savaiminės tręšimo priemonės“), net nepadidėjus mutacijų greičiui, kryžminio apvaisinimo atmetimas sukėlė degeneraciją (paveikslėlyje kairysis kvadratas viršutinėje kreivių poroje). yra žemiau nulio).

Paveikslėlyje taip pat matyti, kad daugumos „laukinių“ veislių (WT) kryžminio apvaisinimo dažnis eksperimento metu buvo žymiai didesnis nei pradinis 5 proc. Tai bene svarbiausias rezultatas. Tai reiškia, kad atšiauriomis sąlygomis (tai reiškia ir poreikį perlipti barjerą, ir padidėjusį mutagenezės greitį) natūrali atranka suteikia aiškų pranašumą individams, kurie dauginasi kryžminio apvaisinimo būdu. Tokių individų palikuonys yra gyvybingesni, todėl eksperimento metu vyksta selekcija dėl polinkio į kryžminį apvaisinimą.

Taigi pirmasis eksperimentas įtikinamai patvirtino hipotezę, kad kryžminis apvaisinimas padeda gyventojams atsikratyti žalingų mutacijų.

Antroje serijoje eksperimentais buvo patikrinta, ar kryžminis apvaisinimas padeda sukurti naujas adaptacijas, kaupdamas naudingas mutacijas. Šį kartą kirmėlės turėjo įveikti patogeninių bakterijų apgyvendintą plotą, kad patektų į maistą. Serratia. Šios bakterijos patenka į virškinamąjį traktą C.elegans, sukelti pavojingą kirmino ligą, kuri gali baigtis mirtimi. Kad išgyventų šioje situacijoje, kirminai turėjo arba išmokti nepraryti kenksmingų bakterijų, arba sukurti joms atsparumą. Nežinia, kurį iš variantų pasirinko eksperimentinės kirmėlių populiacijos, tačiau per 40 kartų OO veislės puikiai prisitaikė prie naujų sąlygų, WT veislės prisitaikė kiek prasčiau, o OS veislės visiškai nepritapo (jų išgyvenimas m. aplinka su kenksmingomis bakterijomis išliko pradiniame žemame lygyje). Dar kartą, eksperimento metu WT veislės, veikiamos selekcijos, smarkiai padidino kryžminio apvaisinimo dažnį.

Taigi kryžminis apvaisinimas tikrai padeda gyventojams prisitaikyti prie besikeičiančių sąlygų, šiuo atveju – prie patogeninio mikrobo atsiradimo. Tai, kad WT veislės padidino kryžminio apvaisinimo dažnį eksperimento metu, reiškia, kad poravimasis su patinais (priešingai nei savaiminis apvaisinimas) suteikia hermafroditams tiesioginį prisitaikymo pranašumą, kuris akivaizdžiai nusveria „dvigubą kainą“, kurią jie turi mokėti augindami patinus. .

Pažymėtina, kad kryžminis apvaisinimas vyksta ne tik dvinamiuose organizmuose. Pavyzdžiui, daugelis bestuburių yra hermafroditai, tręšiantys ne save, o vienas kitą – kryžiuojasi. Augaluose dvilyčių („hermafroditinių“) individų kryžminis apdulkinimas taip pat, švelniai tariant, nėra neįprastas. Abi šiame darbe patikrintos hipotezės yra gana tinkamos tokiems hermafroditams. Kitaip tariant, šis darbas neįrodė, kad „kryžminis hermafroditizmas“ yra kažkuo prastesnis už dvinamiškumą. Tačiau už pirmąjį iš šių dviejų variantų jums nereikia mokėti liūdnai pagarsėjusios „dvigubos kainos“. Todėl problema vis dar išlieka.

Atlikti eksperimentai atskleidė savaiminio apvaisinimo trūkumus, palyginti su kryžminiu apvaisinimu, tačiau jie nepaaiškino, kodėl daugelis organizmų pirmenybę teikė dvinamiui, o ne „kryžminiam hermafroditizmui“. Šio galvosūkio sprendimas greičiausiai bus seksualinė atranka. Dvinamiškumas leidžia moterims kruopščiai pasirinkti savo partnerius, o tai gali būti papildomas būdas padidinti kenksmingų ir besikaupiančių naudingų mutacijų atmetimo efektyvumą. Galbūt ši hipotezė kada nors sulauks eksperimentinio patvirtinimo.

Aleksandras Markovas

Savaime apvaisinantys gyvūnai dauginasi, kai kiti dalykai yra vienodi, dvigubai greičiau nei dvinamiai. Kodėl gamtoje vyrauja dioetizmas? Norint atsakyti į šį klausimą, buvo dirbtinai išvestos apvaliųjų kirmėlių veislės. Caenorhabditis elegantiškas, kai kurios praktikuoja tik kryžminį apvaisinimą, kitos – tik savaiminį apvaisinimą. Eksperimentai su šiomis kirmėlėmis patvirtino dvi hipotezes apie kryžminio apvaisinimo naudą. Vienas privalumas – efektyvesnis žalingų mutacijų genofondo išvalymas, antrasis – pagreitėjęs naudingų mutacijų kaupimasis, padedantis gyventojams prisitaikyti prie besikeičiančių sąlygų.

Dviguba vyrų kaina

Kodėl mums reikia lytinio dauginimosi, kam mums reikalingi patinai? Atsakymai į šiuos klausimus nėra tokie akivaizdūs, kaip gali atrodyti.

Diagrama, iliustruojanti „dvigubą sekso kainą“ (arba „dvigubą vyrų kainą“). Dvinamiuose organizmuose pusė kiekvienos patelės palikuonių yra patinai, kurie patys negali susilaukti palikuonių. Nelytinio dauginimosi metu visi palikuonys susideda iš patelių (savaiminio apvaisinimo atveju – savaime besidauginančių hermafroditų). Todėl, ceteris paribus, dauginimasis be patinų dalyvavimo yra dvigubai efektyvesnis nei su patinais. Paveikslėlyje parodyta situacija, kai kiekviena patelė susilaukia lygiai po du palikuonis. Paveikslas iš en.wikipedia.org

Žymus evoliucionistas Johnas Maynardas Smithas savo knygoje atkreipė dėmesį į šios problemos rimtumą Sekso evoliucija(1978). Maynardas Smithas išsamiai papasakojo paradoksą, kurį pavadino „dviguba sekso kaina“. Jo esmė ta, kad, esant vienodiems dalykams, nelytinis dauginimasis (arba savaiminis apvaisinimas) yra lygiai dvigubai efektyvesnis nei kryžminis apvaisinimas, kuriame dalyvauja patinai (žr. pav.). Kitaip tariant, vyrai gyventojams kainuoja nepaprastai daug. Jų atmetimas iš karto ir labai padidina reprodukcijos greitį. Žinome, kad grynai techniškai perėjimas nuo dioetijos ir kryžminio apvaisinimo prie nelytinio dauginimosi arba savaiminio apvaisinimo yra visiškai įmanomas, yra daug tokių pavyzdžių tiek augaluose, tiek gyvūnuose. Nepaisant to, aseksualios rasės ir savaime apvaisinančių hermafroditų populiacijos kažkodėl dar neišstūmė tų, kurie dauginasi „įprastu“ būdu, dalyvaujant patinams.

Kodėl jie vis tiek reikalingi?

Iš to, kas pasakyta, darytina išvada, kad kryžminis apvaisinimas turėtų duoti tam tikrų pranašumų, tokių reikšmingų, kad jie netgi nusveria dvigubą veisimosi efektyvumo padidėjimą, kurį suteikia patinų atmetimas. Be to, šie pranašumai turėtų pasirodyti iš karto, o ne kažkada po milijono metų. Natūrali atranka nesirūpina tolimomis perspektyvomis.

Yra daug hipotezių apie šių privalumų pobūdį (žr.: Lytinio dauginimosi raida). Mes pažvelgsime į du iš jų. Pirmasis žinomas kaip Miulerio reketas (žr.: Muller's reketas).Raketas yra įtaisas, kurio ašis gali suktis tik viena kryptimi.Idėjos esmė ta, kad jei nelytiniame organizme įvyksta žalinga mutacija, tai jo palikuonys jau negali jo atsikratyti.Jis bus perduotas kaip kartos prakeiksmas visiems savo palikuonims (nebent įvyktų atvirkštinė mutacija, kurios tikimybė labai maža).Aseksualiuose organizmuose atranka gali atmesti tik ištisus genomus , o ne atskiri genai.Todėl eilėje aseksualių organizmų kartų (tam tikromis sąlygomis) gali nuolat kauptis kenksmingos mutacijos.Viena iš šių sąlygų yra pakankamai didelis genomo dydis. , beje, genomai yra nedideli, lyginant su kitais gyvūnais. Galbūt todėl jie gali sau leisti savaiminį apvaisinimą (žr. toliau).

Jei organizmai dauginasi lytiškai ir praktikuoja kryžminį apvaisinimą, tai atskiri genomai nuolat yra išsibarstę ir maišomi, o iš fragmentų, kurie anksčiau priklausė skirtingiems organizmams, formuojasi nauji genomai. Dėl to atsiranda ypatinga nauja esmė, kurios aseksualūs organizmai neturi - genofondas gyventojų. Genai turi galimybę daugintis arba skersti nepriklausomai vienas nuo kito. Genas su nesėkminga mutacija gali būti atmestas atrankos būdu, o likusieji („gerieji“) tam tikro pirminio organizmo genai gali būti saugiai išsaugoti populiacijoje.

Taigi, pirmoji mintis yra ta, kad lytinis dauginimasis prisideda prie genomų apsivalymo nuo „genetinio krūvio“, tai yra padeda atsikratyti nuolat atsirandančių žalingų mutacijų, užkertant kelią degeneracijai (bendros populiacijos tinkamumo mažėjimui).

Antroji idėja yra panaši į pirmąją: ji leidžia manyti, kad lytinis dauginimasis padeda organizmams veiksmingiau prisitaikyti prie kintančių sąlygų, nes pagreitina tam tikroje aplinkoje naudingų mutacijų kaupimąsi. Tarkime, kad vienas asmuo turi vieną naudingą mutaciją, kitas turi kitą. Jei šie organizmai yra neseksualūs, jie turi mažai galimybių laukti, kol abi mutacijos susijungs tame pačiame genome. Lytinis dauginimasis suteikia tokią galimybę. Jis efektyviai daro visas naudingas mutacijas, atsiradusias populiacijoje „bendra nuosavybe“. Akivaizdu, kad lytiškai dauginančių organizmų prisitaikymo prie kintančių sąlygų greitis turi būti didesnis.

Diagrama, rodanti, kaip seksualinis dauginimasis gali pagreitinti naudingų mutacijų plitimą populiacijoje. Lytinio dauginimosi metu viršutinis piešinys) du nauji naudingi aleliai (A ir B) greitai sujungiami dėl kryžminimo individų, kurių kiekvienas turi tik vieną iš šių alelių. Nelytinio dauginimosi metu ( apatinė figūra) reikia palaukti, kol abi mutacijos atsitiktinai atsiras tame pačiame klone. Paveikslas iš en.wikipedia.org

Tačiau visos šios teorinės konstrukcijos yra pagrįstos tam tikromis prielaidomis. Matematinio modeliavimo rezultatai rodo, kad kryžminio apvaisinimo naudingumo ar kenksmingumo laipsnis, palyginti su nelytiniu dauginimu ar savaiminiu apvaisinimu, priklauso nuo daugelio parametrų. Tai apima populiacijos dydį; mutacijų greitis; genomo dydis; kiekybinis mutacijų pasiskirstymas priklausomai nuo jų kenksmingumo/naudingumo laipsnio; vienos patelės susilaukusių palikuonių skaičius; atrankos efektyvumas (paliekančių palikuonių skaičiaus priklausomybės laipsnis ne nuo atsitiktinių, o nuo genetinių veiksnių) ir kt. Kai kuriuos iš šių parametrų labai sunku išmatuoti ne tik natūraliose, bet ir laboratorinėse populiacijose.

Todėl visoms tokio pobūdžio hipotezėms labai reikia ne tiek teorinių pagrindimų ir matematinių modelių (viso to jau yra gausybė), kiek tiesioginio eksperimentinio patikrinimo. Tačiau iki šiol nebuvo atlikta daug tokių eksperimentų (Colegrave, 2002. Sex releases the speed limit on evolution // Gamta. V. 420. P. 664–666; Goddard ir kt., 2005. Seksas padidina natūralios atrankos veiksmingumą eksperimentinėse mielių populiacijose // Gamta. V. 434. P. 636-640). Naujas Oregono universiteto biologų tyrimas dėl apvaliųjų kirmėlių Caenorhabditis elegantiškas, aiškiai iliustravo abiejų svarstomų mechanizmų, suteikiančių pranašumą toms populiacijoms, kurios neapleidžia patinų, veiksmingumą, nepaisant jų „dvigubos kainos“.

Unikalus objektas, skirtas tirti vyrų vaidmenį

Kirmėlės Caenorhabditis elegantiškas tarsi tyčia sukurtas eksperimentiniam minėtų hipotezių patikrinimui. Šios kirmėlės neturi patelių. Populiacijas sudaro patinai ir hermafroditai, kurių skaičius vyrauja. Hermafroditai turi dvi X chromosomas, o patinai tik vieną (X0 lyties nustatymo sistema, kaip Drosophila). Hermafroditai gamina spermą ir kiaušinėlius ir gali daugintis be savęs apvaisinimo. Patinai gamina tik spermą ir gali apvaisinti hermafroditus. Dėl savaiminio apvaisinimo gimsta tik hermafroditai. Kryžminio apvaisinimo atveju pusė palikuonių yra hermafroditai, pusė – patinai. Paprastai populiacijų kryžminio apvaisinimo dažnis C.elegans neviršija kelių procentų. Norint nustatyti šį dažnį, nebūtina stebėti intymaus kirminų gyvenimo – pakanka žinoti patinų procentą populiacijoje.

Reikia patikslinti, kad savaiminis apvaisinimas nėra visiškai tas pats, kas nelytinis (kloninis) dauginimasis, tačiau skirtumai tarp jų greitai išnyksta savaime apvaisinančių kartų serijoje. Savaime tręšiantys organizmai per kelias kartas tampa homozigotiniais visuose lokusuose. Po to palikuonys nustoja genetiškai skirtis nuo tėvų, kaip ir kloniniu dauginimu.

At C.elegansŽinoma, kad mutacijos turi įtakos kryžminio apvaisinimo dažniui. Vienas iš jų, xol-1, yra mirtinas vyrams ir iš tikrųjų lemia tai, kad populiacijoje lieka tik hermafroditai, besidauginantys savaiminio apvaisinimo būdu. Kitas rūkas-2, atima iš hermafroditų galimybę gaminti spermą ir iš tikrųjų paverčia juos patelėmis. Populiacija, kurioje visi individai turi šią mutaciją, tampa normalia atskirta populiacija, kaip ir dauguma gyvūnų.

Autoriai klasikiniais metodais (kryžminimu, o ne genų inžinerija) išvedė dvi poras kirminų veislių, kurių genomai buvo beveik identiški, besiskiriantys tik mutacijų buvimu. xol-1 ir rūkas-2. Pirmoji kiekvienos poros veislė su mutacija xol-1, dauginasi tik savaiminio apvaisinimo būdu (obligate selfing, OS). Antrasis, su mutacija rūkas 2, gali daugintis tik privalomu perėjimu (OO). Kiekvieną veislių porą lydėjo trečioji, turinti tą patį genetinį „foną“, tačiau neturinti abiejų mutacijų (laukinio tipo, WT). WT veislių kryžminio apvaisinimo dažnis standartinėmis laboratorinėmis sąlygomis neviršija 5 proc.

Reikalingi vyrai! Išbandyta eksperimentiškai

Su šiais veislių trynukais buvo atliktos dvi eksperimentų serijos.

Pirmoje serijoje patikrino hipotezę, kad kryžminis apvaisinimas padeda atsikratyti „genetinio krūvio“. Eksperimentas tęsėsi 50 kartų (žinoma, kirmėlės, ne eksperimentuotojai). Kiekviena kirminų karta buvo veikiama cheminio mutageno – etilo metansulfonato. Dėl to mutacijų greitis padidėjo maždaug keturis kartus. Jauni gyvūnai buvo dedami į Petri lėkštelę, padalytą per pusę vermikulito sienele (žr. pav.), vienoje lėkštelės pusėje buvo dedamos kirmėlės, o jų maistas – bakterijos. E. coli buvo antroje pusėje. Persodintos kirmėlės buvo gydomos antibiotikais, kad būtų pašalintos netyčia prilipusios bakterijos. Dėl to, norėdami gauti maisto, taigi ir turėti galimybę išgyventi bei palikti palikuonių, kirminai turėjo įveikti kliūtį. Taigi eksperimentuotojai padidino „valymo“ atrankos, kuri išnaikina kenksmingas mutacijas, efektyvumą. Įprastomis laboratorinėmis sąlygomis atrankos efektyvumas yra labai mažas, nes kirmėles iš visų pusių supa maistas. Tokioje situacijoje gali išgyventi ir daugintis net labai silpni gyvūnai, perkrauti kenksmingų mutacijų. Naujoje eksperimentinėje sąrankoje šis išlyginimas buvo nutrauktas. Kad ropštis per sieną, kirminas turi būti sveikas ir stiprus.

Eksperimentinės sąrankos schema. Kiekvienos naujos kartos jauni kirminai dedami į kairę puodelio pusę ( mėlynas ratas). Norėdami patekti į maistą geltonas ovalas), jie turi įveikti vermikulito barjerą. Silpni asmenys, perkrauti kenksmingų mutacijų, retai susidoroja su šia užduotimi. Ryžiai. nuo papildomos medžiagos iki aptariamo straipsnio Gamta

Autoriai palygino kirminų tinkamumą prieš ir po eksperimento, ty pirmosios ir penkiasdešimtosios kartos asmenų. Kirmėlės C.elegans galima ilgai laikyti užšaldytą. Tai labai palengvina tokius eksperimentus. Kol eksperimentas tęsėsi, šaldiklyje ramiai gulėjo 1-osios kartos kirminų mėginys. Fitnesas buvo matuojamas taip. Kirminai buvo sumaišyti lygiomis dalimis su kontrolinėmis kirmėlėmis, kurių genome buvo įterptas šviečiančio baltymo genas, ir pasodinti į eksperimentinę sistemą. Gyvūnams buvo suteikta laiko įveikti barjerą ir daugintis, o tada buvo nustatytas nešviečiančių individų procentas palikuoniuose. Jei penkiasdešimtoje kartoje šis procentas padidėjo, palyginti su pirmąja, tai reiškia, kad eksperimento metu fitnesas padidėjo, o jei sumažėjo, tai reiškia, kad įvyko degeneracija.

Eksperimento rezultatai parodyti paveiksle. Jie aiškiai parodo, kad kryžminis apvaisinimas yra galinga priemonė susidoroti su genetine apkrova. Kuo didesnis kryžminio tręšimo dažnis, tuo geresnis galutinis rezultatas (visos paveikslo linijos didėja iš kairės į dešinę). Dirbtinai padidintas mutacijų dažnis lėmė visų veislių kirmėlių degeneraciją (sumažėjimą), išskyrus OO – „privalomus mišrūnus“.

Net ir toms veislėms, kuriose mutagenezė nebuvo dirbtinai paspartinta, didelis kryžminio apvaisinimo dažnis suteikė pranašumą. Įprastomis laboratorinėmis sąlygomis šis pranašumas neatsiranda, nes kirmėlėms nereikia lipti per sienas, kad galėtų patekti į maistą.

Įdomu tai, kad vienoje iš dviejų OS kontrolinių veislių („privalomos savaiminės tręšimo priemonės“), net nepadidėjus mutacijų greičiui, kryžminio apvaisinimo atmetimas sukėlė degeneraciją (paveikslėlyje kairysis kvadratas viršutinėje kreivių poroje). yra žemiau nulio).

Pirmojo eksperimento rezultatai. Ant horizontalios ašies- kryžminio apvaisinimo dažnis. Kraštutinę kairę padėtį užima taškai, atitinkantys OS kirminų rūšis, kraštinę dešinę poziciją užima OO. Tarpinę padėtį užima taškai, atitinkantys WT uolienas. Trikampiai ir kvadratai atitinka du tokio paties genetinio fono kirminų veislių trynukus. vertikali ašis- kūno rengybos pasikeitimas eksperimento metu. Teigiamos reikšmės reiškia kūno rengybos padidėjimą, neigiamos – degeneraciją. vientisos linijos taškai yra sujungti pagal kirminų veisles, kuriose mutacijų greitis nebuvo padidintas. Punktyras- veislių, paveiktų cheminio mutageno. Ryžiai. iš aptariamo straipsnio Gamta

Paveikslėlyje taip pat matyti, kad daugumos „laukinių“ veislių (WT) kryžminio apvaisinimo dažnis eksperimento metu buvo žymiai didesnis nei pradinis 5 proc. Tai bene svarbiausias rezultatas. Tai reiškia, kad atšiauriomis sąlygomis (tai reiškia ir poreikį perlipti barjerą, ir padidėjusį mutagenezės greitį) natūrali atranka suteikia aiškų pranašumą individams, kurie dauginasi kryžminio apvaisinimo būdu. Tokių individų palikuonys yra gyvybingesni, todėl eksperimento metu vyksta selekcija dėl polinkio į kryžminį apvaisinimą.

Taigi pirmasis eksperimentas įtikinamai patvirtino hipotezę, kad kryžminis apvaisinimas padeda gyventojams atsikratyti žalingų mutacijų.

Antroje serijoje eksperimentais buvo patikrinta, ar kryžminis apvaisinimas padeda sukurti naujas adaptacijas, kaupdamas naudingas mutacijas. Šį kartą kirmėlės turėjo įveikti patogeninių bakterijų apgyvendintą plotą, kad patektų į maistą. Serratia. Šios bakterijos patenka į virškinamąjį traktą C.elegans, sukelti pavojingą kirmino ligą, kuri gali baigtis mirtimi. Kad išgyventų šioje situacijoje, kirminai turėjo arba išmokti nepraryti kenksmingų bakterijų, arba sukurti joms atsparumą. Nežinia, kurį iš variantų pasirinko eksperimentinės kirmėlių populiacijos, tačiau per 40 kartų OO veislės puikiai prisitaikė prie naujų sąlygų, WT veislės prisitaikė kiek prasčiau, o OS veislės visiškai neprisitaiko (jų išgyvenimas aplinka su kenksmingomis bakterijomis išliko pradiniame žemame lygyje). Dar kartą, eksperimento metu WT veislės, veikiamos selekcijos, smarkiai padidino kryžminio apvaisinimo dažnį.

Taigi kryžminis apvaisinimas padeda populiacijai prisitaikyti prie kintančių sąlygų, šiuo atveju – ligą sukeliančio mikrobo atsiradimo. Tai, kad WT veislės padidino kryžminio apvaisinimo dažnį eksperimento metu, reiškia, kad poravimasis su patinais (priešingai nei savaiminis apvaisinimas) suteikia hermafroditams tiesioginį prisitaikymo pranašumą, kuris akivaizdžiai nusveria „dvigubą kainą“, kurią jie turi mokėti augindami patinus. .

Pažymėtina, kad kryžminis apvaisinimas vyksta ne tik dvinamiuose organizmuose. Pavyzdžiui, daugelis bestuburių yra hermafroditai, tręšia ne save, o vienas kitą – kryžmiškai apvaisina. Augaluose dvilyčių („hermafroditinių“) individų kryžminis apdulkinimas taip pat, švelniai tariant, nėra neįprastas. Abi šiame darbe patikrintos hipotezės yra gana tinkamos tokiems hermafroditams. Kitaip tariant, šis darbas neįrodė, kad „kryžminis hermafroditizmas“ yra kažkuo prastesnis už dvinamiškumą. Tačiau už pirmąjį iš šių dviejų variantų jums nereikia mokėti liūdnai pagarsėjusios „dvigubos kainos“. Todėl problema vis dar išlieka.

Atlikti eksperimentai atskleidė savaiminio apvaisinimo trūkumus, palyginti su kryžminiu apvaisinimu, tačiau jie nepaaiškino, kodėl daugelis organizmų pirmenybę teikė dvinamiui, o ne „kryžminiam hermafroditizmui“. Šio galvosūkio sprendimas greičiausiai bus seksualinė atranka. Dvinamiškumas leidžia moterims kruopščiai pasirinkti savo partnerius, o tai gali būti papildomas būdas padidinti kenksmingų ir besikaupiančių naudingų mutacijų atmetimo efektyvumą. Galbūt ši hipotezė kada nors sulauks eksperimentinio patvirtinimo.

Biologai iš Cukubos ir Kioto universitetų (Japonija) parodė, kad populiarūs laboratoriniai gyvūnai – apvaliosios kirmėlės. Caenorhabditis elegantiškas skirtingai reaguoti į kalorijų apribojimą. Patinų gyvenimo trukmė nuo netinkamos mitybos nepailgėja, tačiau gebėjimas daugintis išlieka. Hermafroditai (šios rūšies kirmėlių „grynos“ patelės) gyvena ilgiau, jei yra nepakankamai maitinamos, tačiau palikuonių nesusilaukia. Pasirodo, reakciją į organizmo sumažėjusį maistinių medžiagų suvartojimą, bent jau sergant Caenorhabditis elegans, lemia lytis. Mokslinis straipsnis žurnale Ląstelių ataskaitos.

Ankstesnė šios rūšies kirmėlių gyvenimo trukmė parodė, kad ji pailgėja, kai jų mityba yra ribota. Tas pats pastebimas pelėms ir daugeliui kitų gyvūnų. Tačiau atsako į netinkamą mitybą skirtumai tarp Caenorhabditis elegantiškas skirtingos lytys nebuvo išsamiai ištirtos. Eksperimentai užpildyti šią žinių spragą ir užsiima japonais. Jie augino patinų ir hermafroditų apvaliąsias kirmėles Petri lėkštelėse grupėse ir pavieniui, turėdami ribotą ir neribotą prieigą prie maisto. Caenorhabditis elegans yra maždaug milimetro ilgio ir beveik skaidrus. Tačiau suprasti, ar jie gyvi, galima pasitelkus specialias automatines vaizdo stebėjimo sistemas. Asmuo laikomas mirusiu, jei jis nejudėjo ilgiau nei tam tikrą laiką.

Remdamiesi iš tokių „vaizdo registratorių“ gautais duomenimis, darbo autoriai išsiaiškino, kad grupelėmis ir pavieniui gyvenančių kirminų gyvenimo trukmė esminio skirtumo nėra. Tačiau gyvūno lytis yra svarbi. Hermafroditai maisto trūkumo sąlygomis mirė vidutiniškai dviem savaitėmis vėliau nei patinai. Tačiau tuo pat metu jie prarado galimybę daugintis. Patinams viskas buvo priešingai: prasta mityba nepadėjo gyventi ilgiau, bet nesutrukdė susilaukti palikuonių. Šios rūšies kirminui 14 dienų gyvenimo pailgėjimas yra daug: kambario temperatūroje ir normaliai maitinantis jie paprastai miršta vos per dvi-tris savaites po išsiritimo. Pasirodo, netinkama mityba beveik padvigubino hermafroditų gyvenimo trukmę.

Vienas iš svarbiausių biocheminių skirtumų tarp patinų Caenorhabditis elegantiškas iš hermafroditų – steroidinio lytinio hormono DAF-12 veikla. Vyrams jis paprastai yra aukštas, o hermafroditų – žemas. Tyrėjai sukūrė transgeninius vyriškos lyties kirminus, kurių DAF-12 aktyvumas sumažėjo, ir skyrė jiems ribotą dietą. Jie gyveno vidutiniškai 20 dienų ilgiau nei įprasti tos pačios lyties kirminai. Taigi mokslininkai nustatė, kad būtent hormonas DAF-12 lemia skirtingų lyčių asmenų atsaką į netinkamą mitybą. Paprastai tokiomis sąlygomis jis neleidžia Caenorhabditis elegans patinams paleisti „ilgaamžiškumo mechanizmų“, nukreipiančių kūno jėgas į reprodukciją. O hermafrodituose DAF-12 lygis dažniausiai yra nepakankamas, todėl netinkamai maitinantis, tai netrukdo tokiems kirmėlėms gyventi ilgiau.