Cum va diferi descendenții de viermi hermafrodiți? Experimentele pe viermi au dovedit că masculii sunt un lucru util. Pret dublu pentru barbati

Doar tranziția la schimbul genetic reciproc la nivelul întregului genom ar putea permite recombinarea interorganismă intensivă stabil din punct de vedere evolutiv, adică protejat de alelele egoiste precum tr−. Este exact ceea ce credem că s-a întâmplat la eucariotele antice.

O legătură intermediară pe calea de la HGT la amphimixis ar putea fi conjugare reciprocă cu formarea de punți citoplasmatice și recombinarea ADN-ului genomic a două celule ( Gross, Bhattacharya, 2010). Ceva similar cu o astfel de legătură intermediară, și anume conjugarea cu formarea punților citoplasmatice, transferul ADN-ului genomic și capacitatea fiecărei celule de a fi atât donator, cât și primitor, a fost găsit în arheile halofile (iubitoare de sare). Haloferax (Halobacterium) volcanii (Rosenshine şi colab., 1989; Ortenberg și colab., 1998).

Deci, reproducerea sexuală la eucariote poate fi nu doar un analog, ci un descendent direct al sexului procariot.

Plată pentru sex sau preț dublu pentru bărbați

Am descoperit că sexul este extrem de benefic pentru viață. Este cheia stabilității în lumea noastră instabilă. Dar, după cum știți, brânza gratuită vine doar într-o capcană pentru șoareci. Ce plătesc ființele vii pentru capacitatea de a se adapta rapid?

Microbii care schimbă ocazional câteva dintre genele lor cu copii împrumutate de la vecini ar putea să nu plătească prea mult pentru sex. Mai ales când te gândești că mecanismul recombinării omoloage, bazat pe complementaritate, reduce riscul ca ceva complet nepotrivit să pătrundă în genom, iar capacitatea de a folosi ADN-ul altcuiva pur și simplu ca hrană este un bonus suplimentar. Prețul este mic, dar câștigul dintr-un astfel de sex este mic. Este mai mare în organismele amphictice, dioice. Dar ei plătesc și mult mai mult pentru sex. Trebuie să plătești pentru bărbați, iar prețul se dublează.

Ideea este că, toate celelalte lucruri fiind egale, reproducerea clonală asexuată (sau auto-fertilizarea) este exact de două ori mai eficientă decât fertilizarea încrucișată care implică bărbați (vezi figura). Această problemă a fost abordată de eminentul evoluționist John Maynard Smith (1920–2004) în cartea sa Evoluția sexului (1978).

Diagrama care ilustrează „prețul dublu al bărbaților”. În organismele dioice, jumătate din descendenții fiecărei femele sunt masculi, care ei înșiși nu pot produce niciun descendent. În reproducerea asexuată, toți descendenții sunt formați din femele (în autofertilizare, hermafrodiți cu auto-reproducție). Prin urmare, în condițiile egale, reproducerea fără participarea masculilor este de două ori mai eficientă decât în ​​cazul bărbaților. Figura arată o situație în care fiecare femelă produce exact doi pui.

Se pare că bărbații sunt prohibitiv de scumpi pentru populație. Refuzul acestora oferă un câștig semnificativ în rata de reproducere. Știm deja că trecerea de la dioecie și fertilizarea încrucișată la reproducerea asexuată sau autofertilizarea este foarte posibilă din punct de vedere tehnic. Există multe exemple în acest sens atât la plante, cât și la animale. Cu toate acestea, din anumite motive, rasele asexuate și populațiile de hermafrodiți autofertilizați nu i-au înlocuit încă pe cei care se reproduc în mod „normal”, cu participarea masculilor.

De aici rezultă că sexul în general (și sexul dioic în special) ar trebui să ofere avantaje atât de importante încât să acopere chiar și o dublă pierdere a eficienței reproductive. Mai mult, aceste beneficii ar trebui să apară rapid și nu cândva într-un milion de ani. Să repetăm ​​că selecția naturală nu-i pasă de perspectivele pe termen lung.

Mai multe despre beneficiile sexului sau Less is more

Să luăm în considerare un exemplu care arată că câștigurile din sex în organismele dioice depășesc în continuare pierderile duble ale numărului de descendenți. Un astfel de exemplu trebuie ales cu deosebită atenție, pentru că aveți nevoie de un bun Control. ÎN în acest caz, avem nevoie de două grupuri de organisme (două populații), identice în toate, cu excepția unui singur lucru - capacitatea de a face sex. Iar biologii au reușit să creeze astfel de populații.

Biologi de la Universitatea din Oregon ( Morran și colab., 2009) a lucrat cu un vierme deja familiar nouă C. elegans. Aceste animale frumoase par să fi fost create special pentru a testa ipoteze despre beneficiile sexului. După cum ne amintim, ei nu au femele. Populațiile sunt formate din masculi și hermafrodiți, aceștia din urmă fiind mai numeroși. Hermafrodiții produc spermatozoizi și ovule și se pot reproduce fără ajutor prin autofertilizare. Bărbații produc doar spermatozoizi și pot fertiliza hermafrodiții. Ca urmare a autofertilizării, se nasc doar hermafrodiți. Cu fertilizarea încrucișată, jumătate dintre urmași sunt hermafrodiți, jumătate sunt bărbați. Frecvența fertilizării încrucișate în populații C. elegans de obicei nu depășește câteva procente. Pentru a determina această frecvență, nu trebuie să monitorizați viața intimă a viermilor - este suficient să cunoașteți procentul de bărbați din populație.

La viermi rotunzi Caenorhabditis elegans nu sunt femele, doar masculi(sus) și hermafrodiți(în partea de jos) . Hermafrodiții se pot distinge prin coada lor subțire și lungă.

Trebuie clarificat faptul că autofertilizarea nu este exact la fel cu reproducerea asexuată (clonală), dar diferențele dintre ele dispar rapid într-o serie de generații cu autofertilizare. După aceasta, descendenții încetează să se deosebească genetic de părinții lor, în același mod ca și în timpul reproducerii clonale.

U C. elegans sunt cunoscute mutații care afectează frecvența fertilizării încrucișate. Unul din ei, xol-1, este fatal pentru bărbați și duce de fapt la faptul că în populație rămân doar hermafrodiți. O alta, ceață-2, îi privează pe hermafrodiți de capacitatea de a produce spermatozoizi și îi transformă efectiv în femele. O populație în care toți indivizii poartă această mutație devine o populație dioică normală, ca majoritatea animalelor.

Schema montajului experimental. Viermii tineri din fiecare nouă generație sunt plasați în jumătatea stângă a vasului(cerc alb) . Pentru a ajunge la mâncare(oval gri) , ei trebuie să depășească bariera. Indivizii slabi, supraîncărcați cu mutații dăunătoare, nu pot face față acestei sarcini. Din Morran și colab., 2009.

Autorii care folosesc metode clasice(prin treceri, nu Inginerie genetică) au crescut două rase de viermi cu genom aproape identici, care diferă doar prin prezența mutațiilor xol-1Și ceață-2. Prima rasă a avut o mutație xol-1, iar nematodele reproduse numai prin autofertilizare. Al doilea a avut o mutație ceață-2, deci acești viermi s-au reprodus numai prin fertilizare încrucișată. Fiecare rasă a fost însoțită de o a treia, lipsită de ambele mutații (tip sălbatic, WT). În DT, rata de fertilizare încrucișată este de aproximativ 5%. Următoarele două serii de experimente au fost efectuate cu aceste tripleți.

În primul episod Ipoteza a fost testată conform căreia fertilizarea încrucișată ajută la eliminarea mutațiilor dăunătoare. Experimentul a durat 50 de generații (de viermi, desigur, nu de experimentatori). Fiecare generație de viermi a fost expusă la un mutagen chimic, metansulfonatul de etil. Acest lucru a crescut rata mutațiilor de patru ori. Animalele tinere au fost așezate într-o cutie Petri împărțită în jumătate de o barieră de cărămizi minuscule (vezi poza), viermii fiind așezați într-o jumătate de vas și hrana lor (bacterii) E coli) era în cealaltă jumătate. Astfel, pentru a ajunge la hrană și, prin urmare, să aibă șansa de a supraviețui și de a lăsa urmași, viermii au trebuit să depășească bariera. Astfel, experimentatorii au crescut eficiența selecției de purificare, care elimină mutațiile dăunătoare. În condiții normale de laborator, eficiența selecției este scăzută, deoarece viermii sunt înconjurați de hrană pe toate părțile. Acest lucru permite chiar și animalelor foarte slabe, supraîncărcate cu mutații dăunătoare, să supraviețuiască. În noua configurație experimentală, această nivelare a fost pusă la capăt. Pentru a depăși peretele, viermele trebuie să fie sănătos și puternic.

Animalele cu autofertilizare se reproduc, toate celelalte lucruri fiind egale, de două ori mai repede decât animalele dioice. De ce predomină diecia în natură? Pentru a răspunde la această întrebare, rase de viermi rotunzi au fost crescute artificial. Caenorhabditis elegans, dintre care unele practică doar fertilizarea încrucișată, altele doar autofertilizarea. Experimentele cu acești viermi au confirmat două ipoteze despre beneficiile fertilizării încrucișate. Un avantaj este curățarea mai eficientă a fondului genetic de mutațiile dăunătoare, al doilea este acumularea accelerată. mutații benefice, care ajută populația să se adapteze la condițiile în schimbare.

Pret dublu pentru barbati

De ce este necesară reproducerea sexuală, de ce sunt necesari bărbații? Răspunsurile la aceste întrebări nu sunt deloc atât de evidente pe cât ar părea.

Celebrul evoluționist John Maynard Smith a atras atenția asupra gravității acestei probleme în cartea sa Evoluția sexului(1978). Maynard Smith a examinat în detaliu paradoxul, căruia i-a dat numele „costul dublu al sexului”. Esența sa este că, toate celelalte lucruri fiind egale, reproducerea asexuată (sau autofertilizarea) este exact de două ori mai eficientă decât fecundarea încrucișată cu participarea bărbaților (vezi figura). Cu alte cuvinte, bărbații sunt prohibitiv de scumpi pentru populație. Refuzul acestora dă un câștig imediat și foarte semnificativ în rata de reproducere. Știm că, din punct de vedere pur tehnic, trecerea de la dioecitate și fertilizarea încrucișată la reproducerea asexuată sau autofertilizare este destul de posibilă; există multe exemple în acest sens atât la plante, cât și la animale (vezi, de exemplu: Femelele dragoni de Komodo uriași se reproduc fără participarea bărbaților, „Elements”, 26.12.2006). Cu toate acestea, din anumite motive, rasele asexuate și populațiile de hermafrodiți autofertilizați nu i-au înlocuit încă pe cei care se reproduc în mod „normal”, cu participarea masculilor.

De ce mai sunt necesare ele?

Din cele de mai sus rezultă că fertilizarea încrucișată trebuie să ofere anumite avantaje, atât de semnificative încât acopera chiar și dublul câștig în eficiența reproductivă oferit de abandonul masculilor. Mai mult, aceste avantaje ar trebui să apară imediat, și nu cândva într-un milion de ani. Selecție naturală Nu-mi pasă de perspectivele pe termen lung.

Există multe ipoteze despre natura acestor avantaje (vezi: Evoluția reproducerii sexuale). Ne vom uita la două dintre ele. Primul este cunoscut sub numele de „clichet lui Möller” (vezi: clichetul lui Muller). Un clichet este un dispozitiv în care axa se poate roti doar într-o singură direcție. Esența ideii este că, dacă apare o mutație dăunătoare într-un organism asexuat, acesta descendenții nu vor putea deja scăpa de ea.Ea va fi ca blestem generațional, să fie transmisă tuturor descendenților săi pentru totdeauna (cu excepția cazului în care apare o mutație inversă, iar probabilitatea ca aceasta este foarte mică). În organismele asexuate, selecția poate selecta doar genomi întregi, nu gene individuale. Prin urmare, într-o serie de generații de organisme asexuate, poate avea loc (în anumite condiții) o acumulare constantă de mutații dăunătoare. Una dintre aceste condiții este suficientă marime mare genomului. La viermi rotunzi , apropo, genomul este mic în comparație cu alte animale. Poate de aceea își permit autofertilizarea (vezi mai jos).

Dacă organismele se reproduc sexual și practică fertilizarea încrucișată, atunci genomii individuali sunt în mod constant împrăștiați și amestecați, iar noi genomi se formează din fragmente care aparțineau anterior. diferite organisme. Ca rezultat, apare o nouă entitate specială, pe care organismele asexuate nu o au - Fondului genetic populatiilor. Genelor li se oferă posibilitatea de a se reproduce sau de a fi eliminate independent unele de altele. O genă cu o mutație nereușită poate fi respinsă prin selecție, iar genele rămase („bune”) ale unui anumit organism părinte pot fi păstrate în siguranță în populație.

Astfel, prima idee este că reproducerea sexuală ajută la curățarea genomilor de „încărcătura genetică”, adică ajută la scăderea mutațiilor dăunătoare care apar în mod constant, prevenind degenerarea (o scădere a fitnessului general al populației).

A doua idee este similară cu prima: sugerează că reproducerea sexuală ajută organismele să se adapteze mai eficient la condițiile în schimbare prin accelerarea acumulării de mutații care sunt utile într-un mediu dat. Să presupunem că un individ are o mutație benefică, iar altul are alta. Dacă aceste organisme sunt asexuate, practic nu au nicio șansă să aștepte ca ambele mutații să se combine într-un singur genom. Reproducerea sexuală oferă această oportunitate. În mod eficient, toate mutațiile benefice care apar într-o populație sunt o „proprietate comună”. Este clar că rata de adaptare la condițiile în schimbare în organismele cu reproducere sexuală ar trebui să fie mai mare.

Toate aceste constructe teoretice se bazează însă pe anumite presupuneri. Rezultatele modelării matematice indică faptul că gradul de beneficiu sau prejudiciu al fertilizării încrucișate în comparație cu reproducerea asexuată sau autofertilizarea depinde de o serie de parametri. Acestea includ dimensiunea populației; rata de mutație; dimensiunea genomului; distribuția cantitativă a mutațiilor în funcție de gradul de nocivitate/utilitate a acestora; numărul de descendenți produși de o femelă; eficiența selecției (gradul de dependență a numărului de descendenți lăsați nu de factori aleatoriu, ci de factori genetici), etc. Unii dintre acești parametri sunt foarte greu de măsurat nu numai în populațiile naturale, ci și în laborator.

Prin urmare, toate ipotezele de acest fel au nevoie urgent nu atât de justificări teoretice și de modele matematice (toate sunt deja din abundență), cât mai degrabă de verificare experimentală directă. Cu toate acestea, nu au fost efectuate multe astfel de experimente până acum (Colegrave, 2002. Sexul eliberează limita de viteză în evoluție // Natură. V. 420. P. 664–666; Goddard et al., 2005. Sexul crește eficacitatea selecției naturale în populațiile experimentale de drojdie. Natură. V. 434. P. 636–640). Un nou studiu realizat de biologi de la Universitatea din Oregon viermi rotunzi Caenorhabditis elegans, a ilustrat clar eficacitatea ambelor mecanisme luate în considerare, oferind un avantaj acelor populații care nu refuză bărbații, în ciuda „prețului dublu”.

Un obiect unic pentru studierea rolului masculilor

Arată comentarii (22)

Restrângeți comentariile (22)

Mă întreb de ce articolul nu a luat în considerare o altă explicație destul de simplă pentru „pofta” de reproducere sexuală: supraviețuirea în condiții mai dificile necesită o masculinitate mai mare (sau „masculinitate”, dacă preferi)? Acestea. Prima strategie în lupta pentru supraviețuire este creșterea activității și a forței pentru a putea face față adversității.

Acea. cu cât viața este mai dificilă, cu atât bărbații vor fi mai „bărbați” și, prin urmare, cu atât diferența sexuală va fi mai mare. Ei bine, masculii activi, în mod natural, vor fertiliza și femelele mai activ. De aici şi întărirea dioiciei, deoarece descendentul unui macho va fi cel mai probabil un macho însuși.

O altă strategie pentru a face față dificultăților vieții este „feminina”, adică. maximizarea capacității de adaptare, „fluiditate”, „mobilitate genetică”. Acest lucru vă permite să combateți mai bine atacurile biologice și chimice.

Având în vedere că aceste strategii sunt de natură opusă (coping activ versus adaptare pasivă), combinarea lor într-un singur organism (inițial hermafrodit) este neprofitabilă.

Prin urmare, dacă luăm o populație inițial hermafrodită, atunci și-a forțat membrii suficient perioadă lungă de timp lupta pentru viață, vom obține în cele din urmă o populație dioică. Și toate câștigurile din acumularea/eliminarea mutațiilor dăunătoare vor fi doar un efect secundar.

De asemenea, rezultă că populațiile de același sex ar trebui să aibă mai mult succes în condiții de existență destul de stabile sau „relaxate”, la care se pot adapta „o dată pentru totdeauna”. Dacă condițiile se schimbă adesea într-un mod imprevizibil, iar schimbările afectează atât parametrii fizici (temperatură, presiune, producția de alimente) cât și biochimici (compoziția alimentelor, microorganisme), atunci este mult mai profitabil să existe purtători înalt specializați de două strategii diferite decât un singur tip. de transportator cu un „universal””, dar o strategie ineficientă.

Alexander, mă întreb dacă poți respinge această interpretare a acestui experiment? Din câte am înțeles, nu contrazice datele obținute, dar în loc de discuții abstracte despre „utilitatea genetică”, pune în prim-plan proprietățile fenotipice simple și de înțeles ale organismului, care, desigur, sunt indirect legate de genotip.

Răspuns

• Poate că există ceva în asta, dar „câștigul din acumularea/eliminarea mutațiilor dăunătoare” este un mecanism real care se manifestă imediat și direct, iar ceea ce spui aici este mai probabil să fie de așteptat ca câștigul să apară „într-un câteva milioane de ani”, anume în acest scop am menționat milioane de ani în notă. Pentru a vă testa ipoteza, trebuie să o dezvoltați, să o formalizați, să prezentați câteva ipoteze specifice testabile; principalul lucru este cum va funcționa aici și acum?
  Și este ciudat că ați văzut „raționament abstract despre utilitatea genetică” în notă: am încercat exact opusul - să mă distanțez în mod decisiv de raționamentul abstract; aceste mecanisme („sortarea” de selecție a mutațiilor dăunătoare și benefice) funcționează de fapt aici și acum; Se pare că există un fel de neînțelegere aici.

  Răspuns

  • Se pare că trebuie să clarific formularea.

    1) Pentru mine, raționamentul despre utilitatea genetică este „abstract” într-un sens strict definit – raționând în acest fel, facem abstracție de la mecanisme fizice/comportamentale specifice. Aceste mecanisme sunt cu siguranță asociate cu genele, dar această legătură nu este rigidă și neliniară, astfel încât atunci când vorbim despre comportament, nu știm practic nimic despre gene și invers. În acest sens, cunoștințele despre un aspect sunt „abstracte” în raport cu cunoștințele despre altul. Sper că această formulare nu vă va provoca nicio obiecție.

    2) Nu sunt de acord cu interpretarea fără ambiguitate a rezultatelor experimentale.

    Tocmai am recitit articolul în mod specific și mi se pare că înlocuirea „fertilizării încrucișate” cu „separarea strategiilor de supraviețuire” nu îi va schimba deloc conținutul, ideologia sau concluziile. Ca o ilustrare, iată o serie de citate „modificate”:

    „Rezultatele experimentului sunt prezentate în figură. Ele indică clar că _separarea strategiilor de supraviețuire_ este un instrument puternic lupta împotriva încărcăturii genetice [citește – lupta pentru eficacitatea supraviețuirii]. _Cu cât este mai eficientă separarea strategiilor de supraviețuire_, cu atât rezultatul final este mai bun (toate liniile din figură cresc de la stânga la dreapta). Rata de mutație crescută artificial a dus la degenerarea (scăderea fitness-ului) tuturor raselor de viermi, cu excepția celor care au fost transferați forțat la o strategie de supraviețuire binară - „încrucișați obligați”.

    „Chiar și pentru acele rase în care mutageneza nu a fost accelerată artificial, _intensificarea separării strategiilor de supraviețuire_ a oferit un avantaj.”

    „Este curios că într-una dintre cele două rase OS de control („autofertilizante obligatorii”), chiar și fără o creștere a ratei mutațiilor, refuzul de a _separa strategiile de supraviețuire sau incapacitatea de a face o astfel de separare_ a dus la degenerare (stânga caseta din perechea superioară de curbe din figură este situată sub zero)."

    Astfel, nu trebuie să aștept un milion de ani - experimentele necesare au fost _deja_ efectuate și descrise în articolul pe care îl revizuiți. Îmi este suficient să schimb pur și simplu formularea inițială a problemei, concentrându-l pe procesul concret de interacțiune a organismului cu mediul („strategia de supraviețuire”), și nu pe mecanismul „abstract” (_în_relativ_la_această_interacțiune_) de interacțiune încrucișată. fertilizare. Orice altceva poate fi lăsat fără nicio modificare - acest articol îmi va ilustra perfect ideea, de parcă eu însumi aș fi venit cu și aș fi condus toate aceste experimente. Dar de ce să faci același lucru de două ori? :))

    Apropo, pe baza raționamentului pe care l-am dat, este posibil să se facă o presupunere specifică, testabilă și refutabilă asociată celei de-a doua serii de experimente: în lupta pentru supraviețuire într-un mediu ostil, strategiile binare de supraviețuire ar fi trebuit să conducă la activarea strategiei „feminine” - de exemplu, „digestie” bacterii dăunătoare, transformându-le în alimente, deși rele, sau adaptându-se la ele și dezvoltând imunitatea. Prin urmare, aici ne putem aștepta că, în astfel de condiții, o creștere a fertilizării încrucișate va fi asociată nu cu o creștere a „masculinității” masculilor (cum a fost cel mai probabil cazul în primul experiment), ci cu o creștere a „feminitatea” femeilor. Iată răspunsul la întrebarea „cum va funcționa aici și acum?” În articol, acest punct a fost evitat („Care opțiune a fost aleasă de populațiile experimentale de viermi este necunoscută”).

    Răspuns

    • Poate, poate, dar principala problemă aici este că „fertilizarea încrucișată” este un fapt direct observabil; Frecvența fertilizării încrucișate este o cantitate care poate fi măsurată cu precizie. În timp ce „separarea strategiilor de supraviețuire” este încă, vedeți, un fel de interpretare, un fel de ipoteză care trebuie testată în mod specific. La urma urmei, nimeni nu a verificat sau măsurat în ce măsură viermii au folosit (sau nu au folosit) posibilitatea unei astfel de separări.

      Răspuns

      • Ei bine, înainte de a fi efectuate experimentele descrise în articol, ipoteza fertilizării încrucișate a fost, de asemenea, doar o ipoteză. Pe de altă parte, din punctul de vedere al „separării strategiilor de supraviețuire”, trecerea la fertilizarea încrucișată este o consecință firească, astfel încât experimentele descrise în articol pot fi considerate ca o confirmare indirectă a ipotezei pe care am descris-o.

        Și dacă nu înaintați ipoteze, atunci nu va fi nimic de testat.

        În acest caz, puteți pur și simplu să repetați experimentele descrise în articol, dar să vă concentrați nu pe parametrii observabili mecanic (fertilizarea încrucișată), ci pe dinamica procesului (_cine exact_ - „bărbați” sau „femei” este responsabil de supraviețuire în anumite condiții) și biochimie, care va necesita cu siguranță experimente mult mai intense și subtile. Dar se pare că vor trebui să aștepte un milion de ani (sau 50 de generații de experimentatori)...

        Din punct de vedere tehnic, toate elementele pentru un astfel de experiment, în principiu, există deja: trebuie să atașați genele proteinelor fluorescente multicolore la genele responsabile de sinteza ovulelor și spermatozoizilor și apoi să vedeți ce culoare va prevala într-un anumit punct. situatie. Dacă nu există diferențe evidente aici, atunci vă puteți agăța de genele responsabile pentru sinteza hormonilor sexuali (cum ar fi analogii de testosteron și estrogen).

        Apropo, m-a interesat întotdeauna întrebarea: de unde știm că adăugarea de gene de proteine ​​fluorescente nu schimbă funcționarea genelor principale sau a moleculelor urmărite? Totuși, un organism este un sistem destul de complex și, prin adăugarea unei gene pentru o proteină luminoasă, noi, în general, nu putem spune cu siguranță că noul organism este complet similar cu cel original.

        Răspuns

        • „...înainte de a fi efectuate experimentele descrise în articol, ipoteza încrucișării era și ea doar o ipoteză...”. Acest lucru nu este adevărat: sistemul de determinare a sexului la C. elegans nu este cunoscut din acest articol, iar faptul că numai bărbații asigură fecundarea încrucișată era cunoscut lui Brenner atunci când „transforma” acești viermi într-un obiect model. Vezi de ex. http://wormbook.org/toc_sexdetermination.html.

          Nu te lăsa dus de „interpretări”. Cercetătorii au avut în minte o anumită ipoteză și au testat-o ​​într-un experiment. Dacă rezultatul ar fi diferit, ar merita să admitem că ipoteza nu funcționează bine. Dacă aveți propria ipoteză, dezvoltați un design de experiment și conduceți-l: ipoteza dictează experimentul pentru propria sa răsturnare, și nu invers.

          „...de unde știm că adăugarea de gene de proteine ​​fluorescente nu schimbă funcționarea genelor principale...”. Pentru obiectele model, efectul genelor proteinelor fluorescente asupra funcționării celulelor și a funcționării organismului în ansamblu este, desigur, cunoscut. Mai mult, acest efect (din câte știu din literatura de specialitate Drosophila) este moderat negativ. Dar vorbim despre o metodă convenabilă pentru o determinare unificată a aptitudinii relative (!).

          Răspuns

          • 1) Nu prea înțeleg de ce ați decis că eu și Alexander vorbeam despre un sistem de determinare a genului. În discuția noastră, fertilizarea încrucișată a fost văzută ca o trăsătură adaptativă care promovează o supraviețuire mai eficientă.

            Poziția autorilor articolului a fost că, deoarece indivizii mai adaptați au avut o fertilizare încrucișată mai frecventă, atunci, aproximativ vorbind, indivizii care au reușit să supraviețuiască în condiții mai dificile „își dau seama” că trebuie să-și curețe pool-ul genetic de mutații dăunătoare și acumulați cele utile și treceți rapid la fertilizare încrucișată.

            Am subliniat că aceleași fapte pot fi interpretate diferit - dacă există două strategii de supraviețuire legate de gen, atunci nevoia de a lupta pentru supraviețuire determină activarea acestor strategii și, ca urmare, o creștere a diferențelor între sexe, ceea ce , de fapt, duce la fertilizare încrucișată.

            Din acest punct de vedere, simplul fapt al unei tendințe tot mai mari de încrucișare nu ne permite să dăm preferință vreuneia dintre ipoteze, lucru dovedit clar cu ajutorul citatelor „modificate”. Acestea. ipoteza că „a fost în mintea” cercetătorilor nu a fost de fapt dovedită – pur și simplu NU a fost REFUTATĂ. De fapt, dacă ar fi fost infirmată, atunci cel mai probabil nu ar fi existat nicio publicare - în științe umaniste nu le place un rezultat negativ. Din păcate, nu pot oferi link-ul corespunzător, dar recent a apărut o știre despre un experiment pe tema publicării unor studii „negative”.

            2) „Interpretări” (adică analiza teoretică) sunt tocmai ceea ce distinge științele exacte și inginerie moderne de științe umaniste (care include biologia). Deoarece Sunt inginer de formare, așa că, în consecință, încerc să văd un model teoretic strict în spatele fenomenului, și nu un raționament general, chiar dacă stă la baza unui experiment de succes.

            3) Am propus un design experimental care să-mi permită să-mi testez ipoteza (indicarea activității stării „masculin”/ „feminin” folosind proteine ​​fluorescente). Dar, pentru că Sunt inginer și nu biolog, nu pot face acest experiment. Astfel, chiar dacă ipoteza mea este corectă și, prin urmare, ne va permite să ajungem la o înțelegere mult mai profundă a mecanismelor evoluției, ea va rămâne totuși „la bord” pentru o perioadă foarte lungă de timp - până când vreun biolog, 50 de ani mai târziu, nu va rămâne. ia-i 100 de ani să-și dea seama singur la același lucru. E o rușine...

            Răspuns

            • Nu este o chestiune de interpretare. Există ipoteze și sunt testele lor. În plus, există încercări de a explica discrepanța dintre rezultate și așteptări și propuneri ulterioare pentru înființarea de noi experimente. Experimentele nu apar de la sine - științele naturale moderne (care includ biologia) nu sunt construite pe o abordare inductivistă. (Vă rugăm să explicați, apropo, de ce ați clasificat biologia drept științe umaniste și ce veți lăsa apoi în științele naturii.)
              Comentariul meu despre fertilizare încrucișată (pe lângă cel al lui Alexandru) a avut scopul de a arăta că este o cantitate măsurabilă „direct”, nu este o ipoteză, este un factor. Nu susțin că „intensificarea separării strategiilor de supraviețuire” dvs. este _potențial_ legată de acest factor. Într-un anumit sens, ipoteza dvs. se poate dovedi a fi mai științifică, adică. mai falsificabil și mai informativ. Vă rog să o formulați mai precis. Mi se pare că nu va trebui să așteptăm 50-100 de ani: a spus Geodakyan ceva asemănător?
              În ceea ce privește faptul că nu sunt publicate rezultate negative. Vă trimit, de exemplu, la acest articol: http://site/news/431169. Ideea originală (și larg acceptată) este că feromonii feminini acționează ca atractanți specifici speciei. Această ipoteză (într-o formulare atât de directă) a fost respinsă, deoarece indivizii fără „miros” sunt parteneri mai atractivi pentru orice masculi, chiar și din altă specie. DUPĂ ACEASTA, a fost formulată o ipoteză alternativă (și mai informativă), iar noi experimente au fost menite să o testeze. Apropo, alte ipoteze inițiale: despre rolul oenocitelor în producerea feromonilor și rolul feromonului masculin în prevenirea contactelor între persoane de același sex și atragerea femelelor - nu au fost infirmate și, prin urmare, au primit ÎNFORTARE foarte puternică, deoarece experimentele au avut ca scop consecinţele cele mai profunde ale acestor ipoteze.

              Răspuns

              • 1) Mă bucur că dialogul nostru se transformă într-o discuție științifică calmă.

                Propunerea de ipoteze și testarea lor experimentală este o etapă necesară în orice știință. Întreaga întrebare este cum să interpretăm rezultatele obținute și cum să le încadrăm în suma cunoștințelor deja cunoscute. Prin urmare, pentru mine, le clasific drept științe ale naturii pe acelea în care există metode de generare a ipotezelor cu putere predictivă destul de serioasă, iar deconfirmarea experimentală (de exemplu, absența unui efect cu parametrii echipamentului existenți) sau un rezultat experimental negativ permite face noi predicții care restrâng sau, dimpotrivă, extind intervalul de căutare. Astfel de științe includ, desigur, fizica; Recent, și chimia, din câte am înțeles, a început să se potrivească acestui criteriu.

                În biologie (spre deosebire de biologia moleculară), din păcate, până în ziua de azi ideologia este încă destul de aproape de nivelul secolului al XIX-lea - aici nu văd metode de interpretare și sistematizare UNICA atât a gamei existente de date, cât și a generației. a ipotezelor cu mare putere predictivă (cum ar fi legea lui Ohm sau legile lui Newton). De aceea o atribui științelor umaniste, care au metode destul de bine dezvoltate de acumulare a datelor, dar nu au dezvoltat încă metode de lucru fiabile pentru identificarea legilor fundamentale ale naturii pe baza acestor date. Chiar și cea mai elementară lege a biologiei - legea evoluției - este descriptivă și nu are putere predictivă, ceea ce permite să existe „interpretări” precum creaționismul și creația inteligentă. Evident, astfel de „interpretări” ar fi dispărut cu mult timp în urmă dacă legea evoluției ar fi avut aceeași putere predictivă ca legea lui Ohm.

                2) "Într-un anumit sens, ipoteza dvs. se poate dovedi a fi mai științifică, adică mai falsificabilă și mai informativă. Vă rog să o formulați mai precis. Mi se pare că nu va trebui să așteptați 50-100 de ani: a făcut Geodakyan spune ceva asemanator?”

                Judecând după textul articolului lui Geodakyan (http://vivovoco.rsl.ru/VV/PAPERS/NATURE/VV_SC30W.HTM), poziția sa este într-adevăr destul de apropiată de ceea ce am exprimat, dar există și unele destul de semnificative, din partea mea. punct de vedere, diferențe. Cel mai important lucru este că Geodakyan își „leagă” conceptul de mediul extern, în timp ce eu încerc să obțin aceleași modele din mecanismele molecular-biochimice ale funcționării corpului. La urma urmei, nu populația interacționează cu mediul (cu excepția cazului în care vorbim de un corp fructifer format dintr-o colonie de bacterii), ci fiecare organism „pe cont propriu”. Iar teoria „adevărată” trebuie să deducă procesele observate (dinamica populației în funcție de starea mediului) tocmai din proprietăți organism INDIVIDUAL(fie bărbat, femeie sau hermafrodit) care nu știe NIMIC despre existența altor organisme.

                În consecință, încerc să răspund la întrebarea: „Care sunt procesele genetice moleculare și biochimice care au ca rezultat mediu inconjuratorîntr-un organism inițial hermafrodit sau partenogenetic, crește tendința spre dimorfismul sexual?”

                Încercând să răspund la această întrebare, am înaintat presupunerea că, în timpul tranziției de la organismele unicelulare la cele multicelulare, prima „idee” de reproducere a fost aceea de a folosi același mecanism ca în organismele unicelulare - diviziune sau înmugurire. (Ca orice inginer normal, natura este destul de conservatoare și nu va veni cu ceva nou fără un motiv serios :).)

                Urmând această logică, putem presupune că primele organisme pluricelulare, după ce s-au îndepărtat de înmugurire/diviziune, au „inventat” partenogeneza, adică. „a fixat” funcția de transmitere a informațiilor genetice către o structură specializată – organele de reproducere. Cel mai probabil, aceasta a fost chiar înainte de etapa de separare în animale și plante, așa că partenogeneza „de astăzi” este doar o reminiscență a mecanismelor antice. Este posibil ca „partenogeneza primară” să fi implicat două celule germinale „aproape egale”, care diferă doar „puțin” în funcție de funcționalitatea lor.

                În același timp, principalele strategii de adaptare/supraviețuire - „luptă” și „adaptare” - au fost cel mai probabil „inventate” de organisme unicelulare, dar, bineînțeles, chiar în forma generala. Acestea ar putea fi numite mai degrabă „idei generale” decât strategii serioase. Pe de altă parte, este evident că, într-o măsură sau alta, FIECARE organism unicelular a fost forțat să fie purtătorul AMBELE acestor strategii.

                Cu toate acestea, capacitatea de memorie și complexitatea organizării în organismele multicelulare este mult mai mare decât în ​​organismele unicelulare, prin urmare, odată cu trecerea la organisme multicelulare, a devenit posibilă, în primul rând, complicarea și dezvoltarea acestor strategii și, în al doilea rând, alocarea „memoriei” specializate. bănci” pentru depozitarea acestora. Având în vedere importanța fundamentală a acestor strategii pentru supraviețuire, nu este de mirare că, în final, aceste bănci de memorie au fost „așezate” în locul cel mai sigur, din punct de vedere al transmiterii genotipului, organele reproducătoare: „Tu poate să nu fii inteligent sau frumos, dar trebuie să poți supraviețui în orice circumstanțe.”

                Următorul pas logic a fost hermafroditismul, adică. o încercare de a maximiza optimizarea ambelor strategii în cadrul unui singur organism. În această etapă, s-a înregistrat o creștere a diferențelor între celulele germinale implicate în fertilizare, cauzată de acumularea de diferențe în strategiile de supraviețuire înregistrate în gonade. În cele din urmă, „optimizarea genetică” a dus la ovule și spermatozoizi care erau clar diferite atât ca structură, cât și ca funcționalitate.

                Iar ultimul pas este consolidarea dimorfismului sexual (și, în consecință, diviziunea fenotipică a purtătorilor de strategii de supraviețuire), inițial prin intensificarea fertilizării încrucișate, iar apoi sub forma unei diviziuni fixe a populației în bărbați și femele. .

                Avantajul acestui model este că permite, din punctul meu de vedere, realizarea modelării matematice a întregului proces de evoluție a diviziunii sexuale descris mai sus (începând cu organismele unicelulare), încorporând doar câteva principii simple și clar formulate. în model.

                Pe de altă parte, pe baza acestui model, se pot face predicții testabile și falsificabile atât despre principalele etape ale evoluției (care pot fi verificate pe baza datelor paleontologice deja cunoscute), cât și despre caracteristicile fiziologiei. organisme moderne forțat să lupte pentru supraviețuire. În special, așa cum am indicat mai devreme, una dintre predicții este că, în prezența diferitelor amenințări de mediu, ar trebui activate diferite strategii de supraviețuire, care ar trebui să se manifeste prin activarea diferitelor mecanisme genetice legate de generarea de celule germinale. Și aceasta, la rândul său, ar trebui să conducă (cel puțin la nivel biochimic) la creșterea diferențelor sexuale (în organismele inițial hermafrodite) și, în consecință, la o creștere a fertilizării încrucișate.

                Mă aștept ca, dacă este formulat corect, același model ne va permite să obținem o tranziție de la fertilizare încrucișată la partenogeneză/hermafroditism în condiții de mediu favorabile pe termen lung. Apropo, de aici se poate trage și concluzia despre inevitabilitatea stagnării și decăderii societății, dacă prea perioada lunga bunăstarea lui, ca o consecință a întăririi componentei „feminine” în populație.

                3) „Referitor la faptul că nu sunt publicate rezultate negative”.
                Exemplul tău nu este foarte reușit - este doar un exemplu de rezultat „pozitiv”, adică. REFUTĂRI (neconfirmarea unui rezultat foarte așteptat) plus, în plus, identificarea unui nou mecanism.

                Un rezultat negativ este atunci când ați făcut o presupunere care ar fi putut fi confirmată SAU neconfirmată și nu a fost confirmată. În acest caz, rezultatul ar fi negativ atunci când fertilizarea încrucișată nu ar crește (și nimeni nu se aștepta că TREBUIE să crească _în_condițiile_date_, deoarece nu existau condiții preliminare experimentale pentru aceasta, spre deosebire de experimentele cu feromoni).

                Răspuns

              • Scuze pentru întârziere: nu am avut timp pentru un răspuns detaliat...

                1.1) Mă bucur că tu și cu mine avem o înțelegere generală foarte apropiată a logicii științei. Cu toate acestea, judecata cu privire la întrebarea „cum să interpretăm rezultatele obținute și cum să le încadrez în suma cunoștințelor deja cunoscute” mi se pare oarecum ciudată. Nu este clar ce este o „sumă de cunoștințe”? Ați vrut să spuneți „ideea noastră despre...” sau „baza teoretică”? Există o întrebare despre interpretări? Aș spune că apare doar în perioadele de schimbare de paradigmă. În restul timpului, răspunsul este dat de paradigma existentă, care a dat o ipoteză, pe care aceste experimente au ca scop testarea. Dacă se primește o infirmare a ipotezei inițiale, așa cum ați observat, aceasta stimulează o nouă căutare (până la o schimbare de paradigmă în vremuri de criză, adică contradicții tot mai mari între paradigmă și „realitate”, așa cum ni se arată în experimente) .

                1.2) „În biologie... vai, până astăzi ideologia este încă destul de aproape de nivelul secolului al XIX-lea - aici nu văd metode de interpretare și sistematizare UNICA atât a șirului de date existent, cât și a generarii de ipoteze. cu mare putere de predicție...”
                Sunt complet de acord cu tine și mă plâng cu tine: UNELE domenii ale biologiei sunt departe de „idealul” științei lui Popper. Dar nu tot. Pe lângă biologia moleculară și alte ramuri ale biologiei celulare, știința ecologiei în forma sa modernă, imunologia, microbiologia, ramurile fiziologiei, geneticii etc. trăiesc pe principiile postpozitivismului. Există lacune majore evidente în multe secțiuni evolutive. În plus, de exemplu, în taxonomia descriptivă, ipotezele nu sunt formulate deloc (ceea ce nu diminuează cu nimic sarcina de a descrie biodiversitatea).
                Cu toate acestea, științele umaniste sunt „discipline care studiază omul în sfera spirituală, mentală, morală, culturală și activități sociale„Aceasta include unele domenii care funcționează conform legilor metodei științifice, dar și multe discipline esențial metafizice. Deci, clasificarea biologiei ca științe umaniste este îndoielnică.

                2) „Și teoria „adevărată” trebuie să derive procesele observate... tocmai din proprietățile unui organism INDIVIDUAL...”

                Această afirmație nu îmi este clară:
                - Ce înseamnă teoria „adevărată”?
                - Dar principiul consecvenței?

                Întrebarea dumneavoastră generală de cercetare este clară, dar ceea ce urmează este o serie de argumente în care nu văd o legătură logică cu întrebarea inițială. Întrebarea este despre mecanisme, ipotezele sunt despre cursul evoluției strategiilor de reproducere.
                La primul paragraf de ipoteze: nu este clar cum vă puteți testa ipotezele despre strategiile de reproducere ale organismelor dintr-un trecut atât de îndepărtat. ( Material modern Este puțin probabil ca acest lucru să ajute aici, cu excepția cazului în care algele vă vor permite să „modelați” aceste procese de separare a sexelor).
                Forma declarațiilor ulterioare nu permite falsificarea acestora. Vă rugăm să explicați cum pot fi respinse. Mai mult, ce sunt „ideile generale”, „capacitatea de memorie”?
                Comentariu general: Ați redefinit în mod clar conceptele de „partenogeneză” și „hermafroditism” pentru dvs. În timpul partenogenezei (în sensul obișnuit) este necesar doar unul celula sexuală. Hermafrodiții (în sensul obișnuit) au două tipuri de gonade și produc atât spermatozoizi, cât și celule reproductive feminine. Cum ar putea hermafroditismul să preceadă apariția gameților (diferențiați)?
                Paragraful despre modelarea proceselor evolutive nu este clar. De ce este nevoie de modelare? Ce anume va fi modelat?
                Paragraful despre „predicții testabile și falsificabile”, mi se pare, conține doar afirmații testabile.

                3) Așteptarea „femelor fără miros nu prezintă interes pentru bărbați” nu a fost confirmată. Cercetătorii au fost surprinși. Au trebuit să schimbe formularea întrebării generale și ipoteza testată.

                Răspuns

                • multumesc pentru intrebari interesante. Răspunsul s-a dovedit a fi destul de lung, așa că a fost nevoie de timp pentru a-l formula.

                  1) Pentru a evita neînțelegerile pe viitor, vreau să subliniez că îmi exprim aici punctul de vedere personal, care poate să nu coincidă cu cel general acceptat. Dacă aderăm la un stil strict, atunci în fiecare caz de astfel de discrepanțe ar fi necesar să oferim explicații ale termenilor și definițiilor, ceea ce ar duce la o creștere semnificativă a volumului de mesaje și o deteriorare a lizibilității textului. Cu toate acestea, dialogul nostru este mai aproape de o conversație liberă (deși corectă din punct de vedere științific) și nu de o publicație științifică strictă.

                  Ținând cont de acest lucru, omit în mod deliberat astfel de explicații, pe de o parte, sperând că interlocutorul fie va putea înțelege independent din context de ce acționez în acest fel, fie va pune o întrebare specifică, al cărei răspuns va dura mai puțin. spațiu decât o „explicație a priori” .

                  Deci, pasajul meu despre „umanitarismul” biologiei se referă mai degrabă la clasificarea mea „internă” a științelor în funcție de „eficacitatea” paradigmelor lor, mai degrabă decât în ​​funcție de obiectele cercetării lor. Landau a împărțit în general științele numai în naturale, nenaturale și nenaturale :))

                  2) „Nu este clar care este „suma cunoștințelor”?”

                  Pentru mine, acesta este un set de fapte cunoscute (în primul rând stabilite științific, dacă vorbim despre „corpul științific de cunoștințe”), precum și metode dovedite de procesare a acestor fapte („logică”) și predicții făcute pe baza acestora. fapte si logica. Evident, această definiție include atât „ideea noastră de...” cât și „baza teoretică”, deoarece destul de multe teorii se bazează pe „idei despre...”.

                  Pe de altă parte, în convingerea mea profundă, suntem doar în stadiul unei schimbări radicale de paradigmă, nu mai puțin semnificativă decât șocul provocat de apariția mecanicii cuantice și a teoriei relativității. Această schimbare va fi asociată cu descrierea vieții și a conștiinței ca procese fizice, de exemplu. „extinderea” fizicii în domeniul biologiei și psihicului.

                  Poate că sunt prea înaintea mea, pentru că... presiunea faptelor acumulate și a problemelor nerezolvate este, de fapt, blocată de „limitele magazinului” (cel puțin în aceeași terminologie), care protejează în mod fiabil biologia de nebiologi, dar pentru mine necesitatea acestei schimbări de paradigmă este evidentă. Nu este mai puțin evident pentru mine că acest proces _trebuie_ să fie stimulat de date venite din științele care studiază viața și fenomenele conștiinței. Așadar, pentru mine, întrebarea interpretării datelor obținute de aceste științe este destul de relevantă – precum și îndoielile cu privire la adevărul necondiționat al răspunsurilor oferite de paradigmele existente ale acestor științe. Și, să fiu sincer, aceste răspunsuri nu sunt oferite foarte des...

                  3) „Ce înseamnă teoria „adevărată”?”

                  Sunt de acord, „adevărul” ar trebui folosit cu un sens clar. În acest caz, ținând cont de limitările cunoștințelor și ideilor noastre, mi-aș propune să considerăm drept „adevărat” (mai precis, „cel mai adevărat”) teoria conform căreia a) are cea mai mare putere predictivă și b) nu poate fi falsificată. pe baza TOATE cunoștințele și capacitățile tehnice existente în prezent. Aici cuvântul „toate” este fundamental important - o teorie care nu poate fi falsificată pe baza paradigmei ramului științei în care a fost formulat (de exemplu, biologia) poate intra în conflict cu logica sau faptele altor științe (de exemplu, biologie). de exemplu, fizica sau cibernetica) .

                  4) Întrebarea posibilității de a falsifica ipoteza „evoluționară” pe care am propus-o este probabil cea mai interesantă. Aici vom întâlni periodic diferențe în abordările „inginerului” și „biologului” și va dura ceva timp pentru ca aceste abordări să fie aduse la un numitor comun.

                  Descrierea mea a procesului de evoluție a diferențierii sexuale este, mai degrabă, un răspuns la întrebarea „ce aș face în locul lui Geodakyan?”, pentru că, în primul rând, am atins lucrările sale și, în al doilea rând, a strâns material destul de interesant, din care însă, din punctul meu de vedere, nu s-au tras concluzii suficient de complete.

                  Ca inginer, atunci când încerc să înțeleg funcționarea unei anumite funcții într-un sistem observat, încerc să urmăresc dezvoltarea acestei funcții de la cea mai simplă implementare până la cea actuală - așa cum se observă, de exemplu, în evoluția mașinilor. , calculatoare și programe. Dacă pot construi un model al dezvoltării unei funcții care să explice prezența acesteia în sistem „de la începutul timpurilor” până în zilele noastre, voi putea înțelege mult mai bine logica manifestării ei actuale și, poate, face previziuni despre manifestările sale în conditii diferite. De aceea am încercat să urmăresc întregul proces, începând cu organismele unicelulare. Dacă pot obține un model funcțional și bazat pe dovezi pentru evoluția acestor „strategii” ipotetice de interacțiune cu mediul înconjurător, pot apoi să fac predicții pe baza acestui model și să le testez experimental.

                  Este evident că verificarea experimentală a unui astfel de model „evoluționar” „de la zero” este fundamental imposibilă - nici un singur organism care a supraviețuit până în vremurile noastre nu poate fi luat ca un analog al „organismelor primare unicelulare”. Prin urmare, verificarea experimentală este posibilă doar pornind de la o anumită etapă de evoluție, dar nu „de la zero”. În unele privințe, acest lucru este analog cu incapacitatea de a înțelege ce sa întâmplat imediat după începerea Big Bang-ului. Dar identificând stadiul de evoluție din care putem încerca să falsificăm modelul, vom avea sub picioare un teren destul de solid.

                  În cele din urmă, modelul meu propus pentru evoluția dimorfismului sexual este, mai degrabă, un model genetic al populației. Acestea. putem crea un model matematic al unei populații, reprezentată de automate celulare, imitând comportamentul „unicelular primar”, și apoi să încercăm să urmărim evoluția acestor unicelulare în multicelulare, studiind în același timp diferențierea sexuală. De fapt, într-un astfel de model ne vom interesa dinamica transformării genelor într-o populație și interacțiunea purtătorilor acestor gene cu mediul.

                  Un astfel de model cu siguranță nu va fi potrivit pentru comparație cu date paleontologice sau biologice specifice (adică va fi imposibil de falsificat, cel puțin, pe baza acestor date), dar observarea comportamentului său poate oferi informații pentru construirea de informații falsificabile. ipoteze legate deja de „realitatea biologică” şi verificarea lor experimentală.

                  În special, având în vedere că „Toate organismele multicelulare moderne în cursul dezvoltării lor sunt mai devreme sau mai târziu împărțite într-o parte generativă (celule sexuale) și o parte somatică, din care se dezvoltă toate celelalte organe (http://ru.wikipedia.org). /wiki/Gonocyte)", ne putem aștepta ca în modelul celular-automat „corect” să apară, mai devreme sau mai târziu, un mecanism similar, deoarece este cel mai firesc din punct de vedere ingineresc: la început, o „grămadă de celule” ar trebui să aibă pur și simplu capacitatea de a se reproduce ca un întreg, iar apoi s-ar putea gândi la cum să construiască și să construiască pe acest „unic întreg” .

                  „Idei generale” este o descriere metaforică a unui algoritm formulat în cea mai generală formă primitivă. De exemplu, „evitați disconfort„sau „străduiți-vă acolo unde este plăcut.” Această formulare nu definește ce este „a evita” sau „străduiți” și se presupune că „senzația” este ceva definit, dar nu formalizat. Nu uitați că aici vorbim vorbesc despre „organisme primare unicelulare”, iar formularea algoritmului este „ajustată” la „starea lor internă”.

                  De exemplu, „ideea generală” a fototropismului la nivel „unicelular primar” poate fi formulată ca „cu cât mai ușor, cu atât mai bine”. Într-un organism multicelular, implementarea fototropismului are ca rezultat o secvență de procese destul de complexe, fiecare dintre acestea fiind descrisă de propriul algoritm. În consecință, „capacitatea de memorie” este capacitatea corpului de a stoca un „model de acțiune” atât de detaliat.

                  5) Sunt de acord, nu am vorbit în întregime corect despre partenogeneză. Vorbind despre „două celule” am avut deja în minte etapa de tranziție la reproducerea bisexuală. În primele etape, procesul a trebuit să înceapă cu diviziunea unei celule, adică. „cât mai aproape” de ceea ce avea progenitorul unicelular.

                  Ideea a două celule „aproape identice” se bazează pe următoarele informații: „Partenogeneza la dragonii de Komodo este posibilă deoarece oogeneza este însoțită de dezvoltarea unui polocite (corp polar) care conține o copie dublă a ADN-ului oului; polocitul nu moare și acționează ca sperma, transformând ovulul în embrion. (http://ru.wikipedia.org/wiki/Parthenogenesis)"

                  Acestea. se poate presupune că în timpul tranziției la hermafroditism, inițial partenogeneza a fost complet „unicelulară”, apoi la un moment dat, ca urmare a unei mutații în stadiul primei sau celei de-a doua diviziuni, a apărut o diferență funcțională între celulele fiice. , dintre care unul era mai „feminin”, iar celălalt - - mai „masculin”. Și apoi această diferență a devenit atât de înrădăcinată genetic, încât „lansarea” dezvoltării întregului organism a devenit imposibilă fără „activarea reciprocă” a celulelor germinale. Cel mai probabil, în timpul aceluiași proces s-a format mecanismul meiozei.

                  Sincer să fiu, nu prea știu cum să prezint cele de mai sus ca o ipoteză falsificabilă _din punct de vedere biologic. Sunt aproape sigur că va fi posibil să construim astfel de algoritmi celulari...

                  
                  b) Vom constata că abordarea cuiva (a ta sau a mea) este mai largă și „absoarbe” abordarea adversarului. Apoi, ca oameni de știință, va trebui fie să acceptăm abordarea mai largă și să o respingem pe cea mai restrânsă, fie să articulăm clar motivele pentru care abordarea mai largă este inutilă (de exemplu, redundantă) în anumite condiții. De exemplu, nu are sens să considerăm Pământul ca un sistem complex dacă studiem mișcarea lui orbitală. Este suficient să ne imaginăm ca pe un punct material.

                  c) Vom constata că abordările se completează reciproc. Apoi, noi, ca oameni de știință, va trebui să formulăm clar o abordare rezumativă (mai largă) care să ne unească pe amândoi și să o acceptăm.

                  Din acest punct de vedere, cel mai bun curs de acțiune este critica motivată a „ceea ce nu-ți place”. Ne va permite să înțelegem rapid cu ce scenariu avem de-a face.

                  2) Textul lui Alexandru este destul de mare, îmi va lua ceva timp să îl înțeleg. Multumesc pentru link.

                  Răspuns

                  Am fost acum surprins să descopăr că aproximativ jumătate din scrisoarea mea anterioară fusese tăiată. Se pare că există o limită de lungime a mesajelor de care nu eram conștient. Prin urmare, trimit a doua jumătate a textului.

                  =============================
                  Sincer să fiu, nu prea știu cum să prezint cele de mai sus ca o ipoteză falsificabilă _din punct de vedere biologic. Sunt aproape sigur că va fi posibil să construim algoritmi de automate celulare care să demonstreze etapele de evoluție descrise mai sus. Dar pentru un biolog aceasta nu va fi o dovadă, ci o ilustrare. Deși din punct de vedere algoritmic aceasta va fi o dovadă directă a posibilității existenței unui astfel de proces evolutiv (cel puțin în mediul automatelor celulare).

                  Aici ne confruntăm cu o problemă fundamentală a biologiei evoluționiste - se ocupă de sisteme fundamental haotice (în sens matematic) (de la unicelular la biosferă). Și pentru astfel de sisteme nu există „unicitatea funcționării” și, în consecință, „neambiguitatea” evoluției. De aceea, din punctul meu de vedere, biologii se agață atât de mult de statistici - ne permite să vorbim mai mult sau mai puțin încrezător despre „ce este”, deoarece Este aproape imposibil să vorbim despre ceea ce „poate fi” într-un sistem haotic cu un număr mare de grade de libertate - „totul poate fi” acolo.

                  O altă problemă este că, din câte îmi amintesc, Starea curenta a unui sistem haotic este practic independent de fondul său. Acestea. există o infinitate de căi pe care sistemul ar putea ajunge această stare, si ea dezvoltare ulterioară nu depinde exact în ce fel a ajuns în această stare. Prin urmare, în biologia evoluționistă, atât „predicțiile trecutului”, cât și „predicțiile viitorului” sunt imposibile, ci doar extrapolări liniare pe termen scurt.

                  6) „Cum ar putea hermafroditismul să preceadă apariția gameților (diferențiați)?”

                  Presupun că a apărut fie ca prima consecință a acestei diferențieri, fie concomitent cu ea.

                  Logica aici este următoarea: o nouă structură apare ca o consecință a „proiectării” unei noi funcții. Mai mult, inițial această „nouă” funcție este realizată pe baza unor structuri preexistente. Acestea. funcţia de discriminare apare prima compoziție chimică mediu (de exemplu, pe baza proteinelor celulare membranare, care ar putea îndeplini și o funcție motrică), și abia atunci apar proteinele receptorului specializat și (în organismele multicelulare) structurile care acționează ca „limbă” și „nas”.

                  În consecință, vorbind despre procesul de formare a dimorfismului, putem presupune că într-un organism inițial partenogenetic, diviziunea celulei de reproducere în două „jumătăți” funcțional diferite a apărut și s-a stabilit pentru prima dată (care nu a necesitat „sprijin” din structuri speciale ), iar atunci, când a apărut nevoia de „generare” a acestor „jumătăți” în mod independent, au apărut structuri care „s-au specializat” în astfel de generații.

                  De asemenea, s-ar putea dovedi că, de fapt, „primul” hermafrodit a fost pur și simplu un mutant partenogenetic, având două gonade identice inițial - ceva de genul cu două capete. Datorită naturii sale partenogenetice, toți descendenții săi au avut și o structură corporală similară. Și când au fost destui dintre acești descendenți pentru ca procesul evolutiv să înceapă, a început „specializarea” gonadelor, rezultând în apariția gameților și a hermafrodiților „cu drepturi depline”.

                  Din nou, nu văd cum pot fi falsificate ipotezele de mai sus. Cea mai simplă și rapidă modalitate este de a furniza fapte care nu sunt în concordanță cu ipoteza. Sincer, mă aștept ca dumneavoastră (după cum presupun, un biolog profesionist) să aveți o bază de cunoștințe suficientă pentru fie să subliniați imediat incorectitudinea acestor presupuneri (cum a fost cazul partenogenezei), fie cel puțin să explicați pe scurt de ce falsificarea „biologică” a aceste afirmații sunt dificile sau imposibile. Se poate încerca apoi să restrângă sau să schimbe formularea pentru a face posibilă falsificarea. Ca inginer și programator, am în cap singura modalitate de a testa - să construiesc un model sub formă de automate celulare, bazat pe principii clar formulate, care să demonstreze comportamentul așteptat. Dar pentru un biolog acest lucru poate să nu însemne nimic.

                  O falsificare neechivocă a unui astfel de model „automat” va fi o dovadă riguroasă a imposibilității construirii unor astfel de algoritmi (pentru principii de baza). Acestea. formal este -- ipoteza stiintifica. Cu toate acestea, având în vedere natura fundamental euristică a modelului, acest lucru este greu de fezabil. Inoperabilitatea modelelor specifice utilizate într-un experiment nu poate servi drept dovezi stricte de falsificare - se poate spune întotdeauna că condițiile inițiale ale experimentului au fost prost alese sau algoritmii au fost insuficient de eficienți.

                  De fapt, cu cât mă gândesc mai mult la acest subiect, cu atât ajung mai mult la concluzia că criteriul falsificabilității în evoluție este puțin probabil să fie aplicat. Acestea. Se dovedește că aici este mult mai ușor să demonstrezi experimental o ipoteză decât să propui o modalitate fără ambiguitate de a o falsifica. Aș numi asta „blestemul sistemelor haotice”, prin analogie cu „blestemul dimensionalității” care apare atunci când se analizează și se modelează probleme destul de complexe.

                  7) În ceea ce privește testarea muncii „strategiilor comportamentale” legate de gen, am propus încă de la început un experiment care să-l confirme sau să o infirme (vizualizarea schimbărilor biochimice în corpul viermilor care luptă pentru supraviețuire).

                  Ipoteza inițială este că printre viermii care depășesc obstacolele, fie există inițial un procent destul de mare de indivizi „masculin”, fie apare o trecere către partea „masculă” ca urmare a depășirii unui obstacol. În primul caz, fie vom vedea imediat că printre cei care se târăsc peste obstacol există un procent destul de mare de indivizi „bărbați”, fie vom vedea că „masculinitatea” crește după „maraton”. Pe de altă parte, se presupune că, în condițiile asociate cu adaptarea la mediu, va exista o deplasare către latura „feminină”. Alternativ, ne-am putea aștepta ca în unul sau ambele experimente ambele tendințe (masculin și feminin) să crească simultan.

                  Dacă experimentul confirmă aceste predicții, atunci ipoteza „două strategii” poate fi considerată dovedită. Dacă niciuna dintre ele nu se adeverește, atunci această ipoteză poate fi considerată falsificată. Dacă în ambele cazuri există o schimbare într-o singură direcție („mascul” sau „feminin”), atunci aceasta va fi și o falsificare a ipotezei inițiale, dar ne va permite să formulăm una nouă.

                  Poate că aceasta este cea mai specifică și mai falsificabilă presupunere, dar încă nu înțeleg de ce exact o critici. Din punctul meu de vedere, totul este definit destul de clar.

                  Răspuns

                  M-am uitat la notițele lui Alexandru.

                  Desigur, informațiile furnizate acolo sunt interesante. Nu știam că există organisme unicelulare cu proprietăți atât de unice.

                  Pentru mine, Protozoon este un exemplu clasic de model automat în care diversitatea organismelor rezultate este construită pe baza unor reguli inițiale simple. Nu pot decât să mă bucur că biologii au un astfel de „automat celular” pe care pot juca „Viața” (un joc de automate celulare) în viață. Este un joc de cuvinte interesant :)

                  Acum, cunoscând regulile după care funcționează această mașină, le puteți completa și extinde și, astfel, obțineți o mulțime de altele opțiuni posibile forme de viata. Mai mult decât atât, nici măcar nu este necesar să faceți acest lucru într-o eprubetă - având în vedere simplitatea regulilor, totul se poate face cu mașina.

                  Dar nu despre asta vorbeam tu și cu mine. Da, un astfel de model poate fi potrivit pentru a descrie tranziția de la unicelular la multicelular (și numai dacă sunt create reguli plauzibile pentru diferențierea țesuturilor!). Dar, din punctul meu de vedere, nu are nicio legătură cu tema dialogului nostru - apariția dimorfismului sexual.

                  Apropo, nu prea înțeleg cum are loc fuziunea gameților în Protozoon; acest proces este benefic numai în condiții favorabile, când există o mulțime de gameți, iar probabilitatea de fuziune a acestora în timpul dispersării este destul de mare. Diviziunea prin meioză conditii nefavorabile este cel mai probabil o consecință a primitivității (unicității) algoritmului.

                  Pe de altă parte, acest unicelular are DEJA un mecanism meiotic. Îmi este foarte greu să spun ceva, dar, din punctul meu de vedere, acest mecanism este „prea avansat” pentru unul primar unicelular. Deși este foarte posibil ca primele organisme unicelulare să aibă un singur set de cromozomi, apoi a apărut meioza, ca o consecință a fuziunii unor astfel de celule, și numai atunci - mitoza, ca „diviziune articulară”, fără „înjumătățire. ” a materialului cromozomial.

                  Orice s-ar putea spune, dacă vorbim despre cele „două strategii” cu care a început dialogul nostru, atunci va trebui să recunosc că mecanismul meiozei ar trebui să fie strâns legat de ele. În consecință, este foarte posibil ca condițiile preliminare pentru „separarea strategiilor” să fi apărut în organisme antice unicelulare.

                  Cu toate acestea, dacă vă uitați la „diagrama de ontogeneză” a dimorfismului sexual, cel mai probabil veți vedea că materialul lui Alexandru nici nu îl contrazice și nici nu îl „suprapune”. Pur și simplu se referă la etapa de tranziție de la unicelular la multicelular și ne permite să ne imaginăm această etapă mai detaliat. Cu toate acestea, întrebarea inițială – dacă nevoia de a lupta pentru supraviețuire se corelează cu mecanismele genetice și biochimice asociate cu reglarea sexuală – rămâne deschisă.

                  Răspuns

În reproducerea bisexuală, masculii au un avantaj semnificativ față de femele și hermafrodiți. Prin urmare, dacă apare o astfel de mutație, cu siguranță va câștiga un punct de sprijin în populație.
Poate că, în prezența masculilor selectați, este mai avantajos să fii femele decât să fii hermafrodiți.

Răspuns

Scrie un comentariu

Animalele cu autofertilizare se reproduc, toate celelalte lucruri fiind egale, de două ori mai repede decât animalele dioice. De ce predomină diecia în natură? Pentru a răspunde la această întrebare, rase de viermi rotunzi au fost crescute artificial. Caenorhabditis elegans, dintre care unele practică doar fertilizarea încrucișată, altele doar autofertilizarea. Experimentele cu acești viermi au confirmat două ipoteze despre beneficiile fertilizării încrucișate. Un avantaj este curățarea mai eficientă a fondului genetic de mutațiile dăunătoare, al doilea este acumularea accelerată de mutații benefice, care ajută populația să se adapteze la condițiile în schimbare.

Pret dublu pentru barbati

De ce este necesară reproducerea sexuală, de ce sunt necesari bărbații? Răspunsurile la aceste întrebări nu sunt deloc atât de evidente pe cât ar părea.

Celebrul evoluționist John Maynard Smith a atras atenția asupra gravității acestei probleme în cartea sa Evoluția sexului(1978). Maynard Smith a examinat în detaliu paradoxul, căruia i-a dat numele „costul dublu al sexului”. Esența sa este că, toate celelalte lucruri fiind egale, reproducerea asexuată (sau autofertilizarea) este exact de două ori mai eficientă decât fecundarea încrucișată cu participarea bărbaților (vezi figura). Cu alte cuvinte, bărbații sunt prohibitiv de scumpi pentru populație. Refuzul acestora dă un câștig imediat și foarte semnificativ în rata de reproducere. Știm că, din punct de vedere pur tehnic, trecerea de la dioecitate și fertilizarea încrucișată la reproducerea asexuată sau autofertilizare este destul de posibilă; există multe exemple în acest sens atât la plante, cât și la animale (vezi, de exemplu: Femelele dragoni de Komodo uriași se reproduc fără participarea bărbaților, „Elements”, 26.12.2006). Cu toate acestea, din anumite motive, rasele asexuate și populațiile de hermafrodiți autofertilizați nu i-au înlocuit încă pe cei care se reproduc în mod „normal”, cu participarea masculilor.

De ce mai sunt necesare ele?

Din cele de mai sus rezultă că fertilizarea încrucișată trebuie să ofere anumite avantaje, atât de semnificative încât acopera chiar și dublul câștig în eficiența reproductivă oferit de abandonul masculilor. Mai mult, aceste avantaje ar trebui să apară imediat, și nu cândva într-un milion de ani. Selectia naturala nu-i pasa de perspectivele pe termen lung.

Există multe ipoteze despre natura acestor avantaje (vezi: Evoluția reproducerii sexuale). Ne vom uita la două dintre ele. Primul este cunoscut sub numele de „clichet Muller” (vezi: clichet Muller). Un clichet este un dispozitiv în care axa se poate roti doar într-o direcție. Esența ideii este că, dacă apare o mutație dăunătoare într-un organism asexuat, descendenții săi deja nu vor putea scăpa de ea. Va fi, ca un blestem de familie, să fie transmis tuturor descendenților săi pentru totdeauna (cu excepția cazului în care apare o mutație inversă, iar probabilitatea acesteia este foarte mică). În organismele asexuate, selecția nu poate decât elimina genom întregi, dar nu gene individuale.De aceea, într-o succesiune de generații de organisme asexuate, o acumulare constantă de mutații dăunătoare poate (dacă sunt îndeplinite anumite condiții), dintre care una este o dimensiune suficient de mare a genomului. , apropo, genomul este mic în comparație cu alte animale. Poate de aceea își permit autofertilizarea (vezi mai jos).

Dacă organismele se reproduc sexual și practică fertilizarea încrucișată, atunci genomii individuali sunt în mod constant împrăștiați și amestecați, iar noi genomi se formează din fragmente care aparțineau anterior unor organisme diferite. Ca rezultat, apare o nouă entitate specială, pe care organismele asexuate nu o au - Fondului genetic populatiilor. Genelor li se oferă posibilitatea de a se reproduce sau de a fi eliminate independent unele de altele. O genă cu o mutație nereușită poate fi respinsă prin selecție, iar genele rămase („bune”) ale unui anumit organism părinte pot fi păstrate în siguranță în populație.

Astfel, prima idee este că reproducerea sexuală ajută la curățarea genomilor de „încărcătura genetică”, adică ajută la scăderea mutațiilor dăunătoare care apar în mod constant, prevenind degenerarea (o scădere a fitnessului general al populației).

A doua idee este similară cu prima: sugerează că reproducerea sexuală ajută organismele să se adapteze mai eficient la condițiile în schimbare prin accelerarea acumulării de mutații care sunt utile într-un mediu dat. Să presupunem că un individ are o mutație benefică, iar altul are alta. Dacă aceste organisme sunt asexuate, practic nu au nicio șansă să aștepte ca ambele mutații să se combine într-un singur genom. Reproducerea sexuală oferă această oportunitate. În mod eficient, toate mutațiile benefice care apar într-o populație sunt o „proprietate comună”. Este clar că rata de adaptare la condițiile în schimbare în organismele cu reproducere sexuală ar trebui să fie mai mare.

Toate aceste constructe teoretice se bazează însă pe anumite presupuneri. Rezultatele modelării matematice indică faptul că gradul de beneficiu sau prejudiciu al fertilizării încrucișate în comparație cu reproducerea asexuată sau autofertilizarea depinde de o serie de parametri. Acestea includ dimensiunea populației; rata de mutație; dimensiunea genomului; distribuția cantitativă a mutațiilor în funcție de gradul de nocivitate/utilitate a acestora; numărul de descendenți produși de o femelă; eficiența selecției (gradul de dependență a numărului de descendenți lăsați nu de factori aleatoriu, ci de factori genetici), etc. Unii dintre acești parametri sunt foarte greu de măsurat nu numai în populațiile naturale, ci și în laborator.

Prin urmare, toate ipotezele de acest fel au nevoie urgent nu atât de justificări teoretice și de modele matematice (toate sunt deja din abundență), cât mai degrabă de verificare experimentală directă. Cu toate acestea, nu au fost efectuate multe astfel de experimente până acum (Colegrave, 2002. Sexul eliberează limita de viteză în evoluție // Natură. V. 420. P. 664-666; Goddard et al., 2005. Sexul crește eficacitatea selecției naturale în populațiile experimentale de drojdie. Natură. V. 434. P. 636-640). Noi cercetări efectuate de biologii de la Universitatea din Oregon asupra viermilor rotunzi Caenorhabditis elegans, a ilustrat clar eficacitatea ambelor mecanisme luate în considerare, oferind un avantaj acelor populații care nu refuză bărbații, în ciuda „prețului dublu”.

Un obiect unic pentru studierea rolului masculilor

Viermi Caenorhabditis elegans de parcă ar fi fost create în mod deliberat pentru testarea experimentală a ipotezelor mai sus menționate. Acești viermi nu au femele. Populațiile constau din masculi și hermafrodiți, cei din urmă predominând numeric. Hermafrodiții au doi cromozomi X, în timp ce bărbații au doar unul (sistem de determinare a sexului X0, ca Drosophila). Hermafrodiții produc spermatozoizi și ovule și se pot reproduce fără ajutor prin autofertilizare. Bărbații produc doar spermatozoizi și pot fertiliza hermafrodiții. Ca urmare a autofertilizării, se nasc doar hermafrodiți. Când are loc fertilizarea încrucișată, jumătate dintre descendenți sunt hermafrodiți și jumătate sunt masculi. De obicei, frecvența fertilizării încrucișate în populații C. elegans nu depaseste cateva procente. Pentru a determina această frecvență, nu este necesar să se observe viața intimă a viermilor - este suficient să se cunoască procentul de masculi din populație.

Trebuie clarificat faptul că autofertilizarea nu este exact la fel cu reproducerea asexuată (clonală), dar diferențele dintre ele dispar rapid într-o serie de generații cu autofertilizare. Organismele cu autofertilizare devin homozigote la toți locii pe parcursul mai multor generații. După aceasta, descendenții încetează să se deosebească genetic de părinții lor, în același mod ca și în timpul reproducerii clonale.

U C. elegans sunt cunoscute mutații care afectează frecvența fertilizării încrucișate. Unul din ei, xol-1, este fatal pentru masculi și duce de fapt la faptul că în populație rămân doar hermafrodiți, reproducându-se prin autofertilizare. O alta, ceață-2, îi privează pe hermafrodiți de capacitatea de a produce spermatozoizi și îi transformă efectiv în femele. O populație în care toți indivizii poartă această mutație devine o populație dioică normală, ca majoritatea animalelor.

Autorii, folosind metode clasice (prin încrucișări, nu prin inginerie genetică), au dezvoltat două perechi de rase de viermi cu genomi aproape identici, care diferă doar prin prezența mutațiilor. xol-1Și ceață-2. Prima rasă din fiecare pereche, cu o mutație xol-1, se reproduce numai prin autofertilizare (selfing obligatoriu, OS). În al doilea rând, cu mutație ceață-2, se poate reproduce numai prin fertilizare încrucișată (outcrossing obligatoriu, OO). Fiecare pereche de rase a fost însoțită de o a treia, cu același „fond” genetic, dar lipsită de ambele mutații (tip sălbatic, WT). La rasele WT, rata de fertilizare încrucișată în condiții standard de laborator nu depășește 5%.

Este nevoie de bărbați! Testat experimental

Au fost efectuate două serii de experimente cu aceste triplete de roci.

În primul episod A fost testată ipoteza că fertilizarea încrucișată ajută la scăderea „încărcăturii genetice”. Experimentul a continuat timp de 50 de generații (de viermi, desigur, nu experimentatorii). Fiecare generație de viermi a fost expusă la un mutagen chimic - metansulfonat de etil. Acest lucru a dus la o creștere de aproximativ patru ori a ratei mutațiilor. Animalele tinere au fost plasate într-o cutie Petri împărțită în jumătate de un perete de vermiculit (vezi poza), cu viermi așezați într-o jumătate a vasului, iar hrana lor era bacterii E coli- era în cealaltă jumătate. La transplantare, viermii au fost tratați cu un antibiotic pentru a îndepărta orice bacterie care adera accidental. Drept urmare, pentru a ajunge la hrană și, prin urmare, să aibă șansa de a supraviețui și de a lăsa urmași, viermii au trebuit să depășească un obstacol. Astfel, experimentatorii au crescut eficiența selecției „purificatoare”, care elimină mutațiile dăunătoare. În condiții normale de laborator, eficiența selecției este foarte scăzută, deoarece viermii sunt înconjurați de hrană pe toate părțile. Într-o astfel de situație, chiar și animalele foarte slabe supraîncărcate cu mutații dăunătoare pot supraviețui și se pot reproduce. În noua configurație experimentală, această nivelare a fost pusă la capăt. Pentru a se târa peste perete, viermele trebuie să fie sănătos și puternic.

Autorii au comparat fitness-ul la viermi înainte și după experiment, adică la indivizi din prima și a cincea generație. Viermi C. elegans Poate fi păstrat congelat pentru o perioadă lungă de timp. Acest lucru facilitează foarte mult astfel de experimente. În timp ce experimentul a durat, un eșantion de viermi de prima generație zăceau în liniște în congelator. Fitness-ul a fost măsurat după cum urmează. Viermii au fost amestecați în proporții egale cu viermii de control, în al căror genom a fost inserată gena proteinei strălucitoare și plantați într-un cadru experimental. Animalelor li s-a dat timp să depășească bariera și să se reproducă, iar apoi a fost determinat procentul de indivizi neluminoși din urmași. Dacă acest procent a crescut în a cincizecea generație față de prima, înseamnă că fitness-ul a crescut în timpul experimentului; dacă a scăzut, înseamnă că a avut loc degenerarea.

Rezultatele experimentului sunt prezentate în figură. Ele indică în mod clar că fertilizarea încrucișată este un mijloc puternic de combatere a încărcăturii genetice. Cu cât frecvența fertilizării încrucișate este mai mare, cu atât rezultatul final este mai bun (toate liniile din figură cresc de la stânga la dreapta). Rata de mutație crescută artificial a dus la degenerarea (scăderea fitness-ului) tuturor raselor de viermi, cu excepția OO - „încrucișați obligați”.

Chiar și pentru acele rase în care mutageneza nu a fost accelerată artificial, frecvența ridicată a fertilizării încrucișate a oferit un avantaj. În condiții normale de laborator, acest avantaj nu apare deoarece viermii nu trebuie să se cațere peste pereți pentru a ajunge la hrană.

Este curios că într-una dintre cele două rase OS de control („autofertilizante obligatorii”), chiar și fără a crește rata de mutație, refuzul fertilizării încrucișate a dus la degenerare (pătratul din stânga din perechea superioară de curbe din figură). este situat sub zero).

Figura arată, de asemenea, că rata de fertilizare încrucișată a majorității raselor sălbatice (WT) în timpul experimentului a fost semnificativ mai mare decât cea inițială de 5%. Acesta este poate cel mai important rezultat. Înseamnă că în condiții dure (adică atât nevoia de a trece peste o barieră, cât și o rată crescută de mutageneză), selecția naturală oferă un avantaj clar indivizilor care se reproduc prin fertilizare încrucișată. Descendența unor astfel de indivizi se dovedește a fi mai viabilă și, prin urmare, în timpul experimentului, are loc selecția pentru o tendință de fertilizare încrucișată.

Astfel, primul experiment a confirmat în mod convingător ipoteza că fertilizarea încrucișată ajută o populație să scape de mutațiile dăunătoare.

În al doilea episod experimentele au testat dacă fertilizarea încrucișată ajută la dezvoltarea de noi adaptări prin acumularea de mutații benefice. De data aceasta viermii, pentru a ajunge la hrană, au trebuit să depășească zona locuită bacterii patogene Serratia. Aceste bacterii, pătrund în tractului digestiv C. elegans, cauza într-un vierme boala periculoasa care s-ar putea sfârşi cu moartea. Pentru a supraviețui în această situație, viermii fie trebuiau să învețe să nu ingereze bacterii dăunătoare, fie să dezvolte rezistență la acestea. Nu se știe care dintre opțiunile au ales populațiile experimentale de viermi, dar peste 40 de generații rasele OO s-au adaptat perfect la noile condiții, rasele WT s-au adaptat ceva mai rău, iar rasele OS nu s-au adaptat deloc (supraviețuirea lor într-un mediu cu bacterii dăunătoare a rămas la nivelul scăzut inițial). Din nou, în timpul experimentului, frecvența fertilizării încrucișate a crescut brusc la rasele WT sub influența selecției.

Astfel, fertilizarea încrucișată ajută de fapt o populație să se adapteze la condițiile în schimbare, în acest caz la apariția unui agent patogen. Faptul că ratele de fertilizare încrucișată au crescut la rasele WT pe parcursul experimentului înseamnă că împerecherea cu masculi (spre deosebire de autofertilizarea) le oferă hermafrodiților un avantaj adaptativ imediat care aparent depășește „prețul dublu” pe care trebuie să îl plătească pentru producând masculi.

Trebuie remarcat faptul că fertilizarea încrucișată are loc nu numai în organismele dioice. De exemplu, multe nevertebrate sunt hermafrodite, nu se fertilizează singure, ci se încrucișează între ele. La plante, polenizarea încrucișată a indivizilor bisexuali („hermafrodiți”) este, ca să spunem ușor, nu neobișnuită. Ambele ipoteze testate în această lucrare sunt destul de aplicabile unor astfel de hermafrodiți. Cu alte cuvinte, această lucrare nu a dovedit că „hermafroditismul încrucișat” este în vreun fel inferior dioeciei. Dar pentru prima dintre aceste două opțiuni nu trebuie să plătiți notoriul „preț dublu”. Prin urmare, problema rămâne în continuare.

Experimentele au dezvăluit dezavantajele auto-fertilizării în comparație cu fertilizarea încrucișată, dar nu au explicat de ce multe organisme au preferat dioecimea „fertilizării încrucișate”. Cheia pentru rezolvarea acestui mister constă cel mai probabil în selecția sexuală. Dioeciitatea permite femeilor să-și aleagă cu meticulozitate partenerii, iar acest lucru poate fi de folos mod suplimentar creșterea eficienței de respingere a mutațiilor nocive și de acumulare benefice. Poate că această ipoteză va primi într-o zi o confirmare experimentală.

Alexandru Markov

Animalele cu autofertilizare se reproduc, toate celelalte lucruri fiind egale, de două ori mai repede decât animalele dioice. De ce predomină diecia în natură? Pentru a răspunde la această întrebare, rase de viermi rotunzi au fost crescute artificial. Caenorhabditis elegans, dintre care unele practică doar fertilizarea încrucișată, altele doar autofertilizarea. Experimentele cu acești viermi au confirmat două ipoteze despre beneficiile fertilizării încrucișate. Un avantaj este curățarea mai eficientă a fondului genetic de mutațiile dăunătoare, al doilea este acumularea accelerată de mutații benefice, care ajută populația să se adapteze la condițiile în schimbare.

Pret dublu pentru barbati

De ce este necesară reproducerea sexuală, de ce sunt necesari bărbații? Răspunsurile la aceste întrebări nu sunt deloc atât de evidente pe cât ar părea.

Diagrama care ilustrează „prețul dublu al sexului” (sau „prețul dublu al bărbaților”). În organismele dioice, jumătate din descendenții fiecărei femele sunt masculi, care ei înșiși nu pot produce niciun descendent. În reproducerea asexuată, toți descendenții sunt formați din femele (în autofertilizare, hermafrodiți cu auto-reproducție). Prin urmare, în condițiile egale, reproducerea fără participarea masculilor este de două ori mai eficientă decât în ​​cazul bărbaților. Figura arată o situație în care fiecare femelă produce exact doi pui. Poza de pe en.wikipedia.org

Celebrul evoluționist John Maynard Smith a atras atenția asupra gravității acestei probleme în cartea sa Evoluția sexului(1978). Maynard Smith a examinat în detaliu paradoxul, căruia i-a dat numele „costul dublu al sexului”. Esența sa este că, toate celelalte lucruri fiind egale, reproducerea asexuată (sau autofertilizarea) este exact de două ori mai eficientă decât fecundarea încrucișată cu participarea bărbaților (vezi figura). Cu alte cuvinte, bărbații sunt prohibitiv de scumpi pentru populație. Refuzul acestora dă un câștig imediat și foarte semnificativ în rata de reproducere. Știm că, din punct de vedere pur tehnic, trecerea de la dioecie și fertilizarea încrucișată la reproducerea asexuată sau autofertilizare este destul de posibilă; există multe exemple în acest sens atât la plante, cât și la animale. Cu toate acestea, din anumite motive, rasele asexuate și populațiile de hermafrodiți autofertilizați nu i-au înlocuit încă pe cei care se reproduc în mod „normal”, cu participarea masculilor.

De ce mai sunt necesare ele?

Din cele de mai sus rezultă că fertilizarea încrucișată trebuie să ofere anumite avantaje, atât de semnificative încât acopera chiar și dublul câștig în eficiența reproductivă oferit de abandonul masculilor. Mai mult, aceste avantaje ar trebui să apară imediat, și nu cândva într-un milion de ani. Selectia naturala nu-i pasa de perspectivele pe termen lung.

Există multe ipoteze despre natura acestor avantaje (vezi: Evoluția reproducerii sexuale). Ne vom uita la două dintre ele. Primul este cunoscut sub numele de „clichet Muller” (vezi: clichet Muller). Un clichet este un dispozitiv în care axa se poate roti doar într-o direcție. Esența ideii este că, dacă apare o mutație dăunătoare într-un organism asexuat, descendenții săi deja nu vor putea scăpa de ea. Va fi, ca un blestem de familie, să fie transmis tuturor descendenților săi pentru totdeauna (cu excepția cazului în care apare o mutație inversă, iar probabilitatea acesteia este foarte mică). În organismele asexuate, selecția nu poate decât elimina genom întregi, dar nu gene individuale.De aceea, într-o succesiune de generații de organisme asexuate, o acumulare constantă de mutații dăunătoare poate (dacă sunt îndeplinite anumite condiții), dintre care una este o dimensiune suficient de mare a genomului. , apropo, genomul este mic în comparație cu alte animale. Poate de aceea își permit autofertilizarea (vezi mai jos).

Dacă organismele se reproduc sexual și practică fertilizarea încrucișată, atunci genomii individuali sunt în mod constant împrăștiați și amestecați, iar noi genomi se formează din fragmente care aparțineau anterior unor organisme diferite. Ca rezultat, apare o nouă entitate specială, pe care organismele asexuate nu o au - Fondului genetic populatiilor. Genelor li se oferă posibilitatea de a se reproduce sau de a fi eliminate independent unele de altele. O genă cu o mutație nereușită poate fi respinsă prin selecție, iar genele rămase („bune”) ale unui anumit organism părinte pot fi păstrate în siguranță în populație.

Astfel, prima idee este că reproducerea sexuală ajută la curățarea genomilor de „încărcătura genetică”, adică ajută la scăderea mutațiilor dăunătoare care apar în mod constant, prevenind degenerarea (o scădere a fitnessului general al populației).

A doua idee este similară cu prima: sugerează că reproducerea sexuală ajută organismele să se adapteze mai eficient la condițiile în schimbare prin accelerarea acumulării de mutații care sunt utile într-un mediu dat. Să presupunem că un individ are o mutație benefică, iar altul are alta. Dacă aceste organisme sunt asexuate, practic nu au nicio șansă să aștepte ca ambele mutații să se combine într-un singur genom. Reproducerea sexuală oferă această oportunitate. În mod eficient, toate mutațiile benefice care apar într-o populație sunt o „proprietate comună”. Este clar că rata de adaptare la condițiile în schimbare în organismele cu reproducere sexuală ar trebui să fie mai mare.

Diagrama care arată modul în care reproducerea sexuală poate accelera răspândirea mutațiilor benefice printr-o populație. În timpul reproducerii sexuale ( poza de sus) două noi alele benefice (A și B) sunt combinate rapid prin încrucișarea unor indivizi care au fiecare doar una dintre aceste alele. Cu reproducere asexuată ( poza de jos) trebuie să așteptați până când ambele mutații apar aleatoriu în aceeași clonă. Poza de pe en.wikipedia.org

Toate aceste constructe teoretice se bazează însă pe anumite presupuneri. Rezultatele modelării matematice indică faptul că gradul de beneficiu sau prejudiciu al fertilizării încrucișate în comparație cu reproducerea asexuată sau autofertilizarea depinde de o serie de parametri. Acestea includ dimensiunea populației; rata de mutație; dimensiunea genomului; distribuția cantitativă a mutațiilor în funcție de gradul de nocivitate/utilitate a acestora; numărul de descendenți produși de o femelă; eficiența selecției (gradul de dependență a numărului de descendenți lăsați nu de factori aleatoriu, ci de factori genetici), etc. Unii dintre acești parametri sunt foarte greu de măsurat nu numai în populațiile naturale, ci și în laborator.

Prin urmare, toate ipotezele de acest fel au nevoie urgent nu atât de justificări teoretice și de modele matematice (toate sunt deja din abundență), cât mai degrabă de verificare experimentală directă. Cu toate acestea, nu au fost efectuate multe astfel de experimente până acum (Colegrave, 2002. Sexul eliberează limita de viteză în evoluție // Natură. V. 420. P. 664–666; Goddard et al., 2005. Sexul crește eficacitatea selecției naturale în populațiile experimentale de drojdie. Natură. V. 434. P. 636–640). Noi cercetări efectuate de biologii de la Universitatea din Oregon asupra viermilor rotunzi Caenorhabditis elegans, a ilustrat clar eficacitatea ambelor mecanisme luate în considerare, oferind un avantaj acelor populații care nu refuză bărbații, în ciuda „prețului dublu”.

Un obiect unic pentru studierea rolului masculilor

Viermi Caenorhabditis elegans de parcă ar fi fost create în mod deliberat pentru testarea experimentală a ipotezelor mai sus menționate. Acești viermi nu au femele. Populațiile constau din masculi și hermafrodiți, cei din urmă predominând numeric. Hermafrodiții au doi cromozomi X, în timp ce bărbații au doar unul (sistem de determinare a sexului X0, ca Drosophila). Hermafrodiții produc spermatozoizi și ovule și se pot reproduce fără ajutor prin autofertilizare. Bărbații produc doar spermatozoizi și pot fertiliza hermafrodiții. Ca urmare a autofertilizării, se nasc doar hermafrodiți. Când are loc fertilizarea încrucișată, jumătate dintre descendenți sunt hermafrodiți și jumătate sunt masculi. De obicei, frecvența fertilizării încrucișate în populații C. elegans nu depaseste cateva procente. Pentru a determina această frecvență, nu este necesar să se observe viața intimă a viermilor - este suficient să se cunoască procentul de masculi din populație.

Trebuie clarificat faptul că autofertilizarea nu este exact la fel cu reproducerea asexuată (clonală), dar diferențele dintre ele dispar rapid într-o serie de generații cu autofertilizare. Organismele cu autofertilizare devin homozigote la toți locii pe parcursul mai multor generații. După aceasta, descendenții încetează să se deosebească genetic de părinții lor, în același mod ca și în timpul reproducerii clonale.

U C. elegans sunt cunoscute mutații care afectează frecvența fertilizării încrucișate. Unul din ei, xol-1, este fatal pentru masculi și duce de fapt la faptul că în populație rămân doar hermafrodiți, reproducându-se prin autofertilizare. O alta, ceață-2, îi privează pe hermafrodiți de capacitatea de a produce spermatozoizi și îi transformă efectiv în femele. O populație în care toți indivizii poartă această mutație devine o populație dioică normală, ca majoritatea animalelor.

Autorii, folosind metode clasice (prin încrucișări, nu prin inginerie genetică), au dezvoltat două perechi de rase de viermi cu genomi aproape identici, care diferă doar prin prezența mutațiilor. xol-1Și ceață-2. Prima rasă din fiecare pereche, cu o mutație xol-1, se reproduce numai prin autofertilizare (selfing obligatoriu, OS). În al doilea rând, cu mutație ceață-2, se poate reproduce numai prin fertilizare încrucișată (outcrossing obligatoriu, OO). Fiecare pereche de rase a fost însoțită de o a treia, cu același „fond” genetic, dar lipsită de ambele mutații (tip sălbatic, WT). La rasele WT, rata de fertilizare încrucișată în condiții standard de laborator nu depășește 5%.

Este nevoie de bărbați! Testat experimental

Au fost efectuate două serii de experimente cu aceste triplete de roci.

În primul episod A fost testată ipoteza că fertilizarea încrucișată ajută la scăderea „încărcăturii genetice”. Experimentul a continuat timp de 50 de generații (de viermi, desigur, nu experimentatorii). Fiecare generație de viermi a fost expusă la un mutagen chimic - metansulfonat de etil. Acest lucru a dus la o creștere de aproximativ patru ori a ratei mutațiilor. Animalele tinere au fost plasate într-un vas Petri împărțit în jumătate de un perete de vermiculit (vezi poza), cu viermii plasați într-o jumătate a vasului și hrana lor fiind bacterii E coli- era în cealaltă jumătate. La transplantare, viermii au fost tratați cu un antibiotic pentru a îndepărta orice bacterie care adera accidental. Drept urmare, pentru a ajunge la hrană și, prin urmare, să aibă șansa de a supraviețui și de a lăsa urmași, viermii au trebuit să depășească un obstacol. Astfel, experimentatorii au crescut eficiența selecției „purificatoare”, care elimină mutațiile dăunătoare. În condiții normale de laborator, eficiența selecției este foarte scăzută, deoarece viermii sunt înconjurați de hrană pe toate părțile. Într-o astfel de situație, chiar și animalele foarte slabe supraîncărcate cu mutații dăunătoare pot supraviețui și se pot reproduce. În noua configurație experimentală, această nivelare a fost pusă la capăt. Pentru a se târa peste perete, viermele trebuie să fie sănătos și puternic.

Schema montajului experimental. Viermii tineri din fiecare nouă generație sunt plasați în jumătatea stângă a vasului ( cerc albastru). Pentru a ajunge la mâncare ( oval galben), trebuie să depășească bariera de vermiculit. Indivizii slabi, supraîncărcați cu mutații dăunătoare, se descurcă rar cu această sarcină. Orez. de la materiale suplimentare la articolul discutat în Natură

Autorii au comparat fitness-ul la viermi înainte și după experiment, adică la indivizi din prima și a cincea generație. Viermi C. elegans Poate fi păstrat congelat pentru o perioadă lungă de timp. Acest lucru facilitează foarte mult astfel de experimente. În timp ce experimentul a durat, un eșantion de viermi de prima generație zăceau în liniște în congelator. Fitness-ul a fost măsurat după cum urmează. Viermii au fost amestecați în proporții egale cu viermii de control, în al căror genom a fost inserată gena proteinei strălucitoare și plantați într-un cadru experimental. Animalelor li s-a dat timp să depășească bariera și să se reproducă, iar apoi a fost determinat procentul de indivizi neluminoși din urmași. Dacă acest procent a crescut în a cincizecea generație față de prima, înseamnă că fitness-ul a crescut în timpul experimentului; dacă a scăzut, înseamnă că a avut loc degenerarea.

Rezultatele experimentului sunt prezentate în figură. Ele indică în mod clar că fertilizarea încrucișată este un mijloc puternic de combatere a încărcăturii genetice. Cu cât frecvența fertilizării încrucișate este mai mare, cu atât rezultatul final este mai bun (toate liniile din figură cresc de la stânga la dreapta). Rata de mutație crescută artificial a dus la degenerarea (scăderea fitness-ului) tuturor raselor de viermi, cu excepția OO - „încrucișați obligați”.

Chiar și pentru acele rase în care mutageneza nu a fost accelerată artificial, frecvența ridicată a fertilizării încrucișate a oferit un avantaj. În condiții normale de laborator, acest avantaj nu apare deoarece viermii nu trebuie să se cațere peste pereți pentru a ajunge la hrană.

Este curios că într-una dintre cele două rase OS de control („autofertilizante obligatorii”), chiar și fără a crește rata de mutație, refuzul fertilizării încrucișate a dus la degenerare (pătratul din stânga din perechea superioară de curbe din figură). este situat sub zero).

Rezultatele primului experiment. Axă orizontală- frecvența fertilizării încrucișate. Poziția cea mai din stânga este ocupată de punctele corespunzătoare raselor de viermi OS, cea din dreapta - OO. Poziția intermediară este ocupată de punctele corespunzătoare rocilor WT. Triunghiuri și pătrate corespund a două triplete de rase de viermi cu același „fond genetic”. Axa verticala- schimbarea fitnessului în timpul experimentului. Valorile pozitive înseamnă o creștere a fitnessului, valorile negative înseamnă degenerare. Linii continue puncte conectate corespunzătoare raselor de viermi în care rata de mutație nu a fost crescută. Linie punctata- rase expuse la mutagen chimic. Orez. din articolul discutat în Natură

Figura arată, de asemenea, că rata de fertilizare încrucișată a majorității raselor sălbatice (WT) în timpul experimentului a fost semnificativ mai mare decât cea inițială de 5%. Acesta este poate cel mai important rezultat. Înseamnă că în condiții dure (adică atât nevoia de a trece peste o barieră, cât și o rată crescută de mutageneză), selecția naturală oferă un avantaj clar indivizilor care se reproduc prin fertilizare încrucișată. Descendența unor astfel de indivizi se dovedește a fi mai viabilă și, prin urmare, în timpul experimentului, are loc selecția pentru o tendință de fertilizare încrucișată.

Astfel, primul experiment a confirmat în mod convingător ipoteza că fertilizarea încrucișată ajută o populație să scape de mutațiile dăunătoare.

În al doilea episod experimentele au testat dacă fertilizarea încrucișată ajută la dezvoltarea de noi adaptări prin acumularea de mutații benefice. De data aceasta, pentru a ajunge la hrană, viermii au fost nevoiți să depășească o zonă populată de bacterii patogene. Serratia. Aceste bacterii intră în tractul digestiv C. elegans, provoacă o boală periculoasă la vierme care poate duce la moarte. Pentru a supraviețui în această situație, viermii fie trebuiau să învețe să nu ingereze bacterii dăunătoare, fie să dezvolte rezistență la acestea. Nu se știe care dintre opțiunile au ales populațiile experimentale de viermi, dar peste 40 de generații, rasele OO s-au adaptat perfect la noile condiții, rasele WT s-au adaptat ceva mai rău, iar rasele OS nu s-au adaptat deloc (supraviețuirea lor într-un mediu cu bacterii dăunătoare au rămas la nivelul scăzut inițial). Din nou, în timpul experimentului, frecvența fertilizării încrucișate a crescut brusc la rasele WT sub influența selecției.

Astfel, fertilizarea încrucișată ajută de fapt o populație să se adapteze la condițiile în schimbare, în acest caz la apariția unui agent patogen. Faptul că ratele de fertilizare încrucișată au crescut la rasele WT pe parcursul experimentului înseamnă că împerecherea cu masculi (spre deosebire de autofertilizarea) le oferă hermafrodiților un avantaj adaptativ imediat care aparent depășește „prețul dublu” pe care trebuie să îl plătească pentru producând masculi.

Trebuie remarcat faptul că fertilizarea încrucișată are loc nu numai în organismele dioice. De exemplu, multe nevertebrate sunt hermafrodite, nu se fertilizează singure, ci se încrucișează între ele. La plante, polenizarea încrucișată a indivizilor bisexuali („hermafrodiți”) este, ca să spunem ușor, nu neobișnuită. Ambele ipoteze testate în această lucrare sunt destul de aplicabile unor astfel de hermafrodiți. Cu alte cuvinte, această lucrare nu a dovedit că „hermafroditismul încrucișat” este în vreun fel inferior dioeciei. Dar pentru prima dintre aceste două opțiuni nu trebuie să plătiți notoriul „preț dublu”. Prin urmare, problema rămâne în continuare.

Experimentele au dezvăluit dezavantajele auto-fertilizării în comparație cu fertilizarea încrucișată, dar nu au explicat de ce multe organisme au preferat dioecimea „fertilizării încrucișate”. Cheia pentru rezolvarea acestui mister constă cel mai probabil în selecția sexuală. Dioeciitatea permite femelelor să-și aleagă cu meticulozitate partenerii, iar aceasta poate servi ca o modalitate suplimentară de a crește eficiența respingerii mutațiilor dăunătoare și a acumulării de mutații benefice. Poate că această ipoteză va primi într-o zi o confirmare experimentală.

Biologii de la universitățile Tsukuba și Kyoto (Japonia) au arătat că animalele de laborator populare, viermii rotunzi Caenorhabditis elegans, răspund diferit la restricția calorică. Speranța de viață a masculilor nu crește din cauza malnutriției, dar capacitatea de reproducere este păstrată. Hermafroditele (femele „pure” din această specie de viermi) trăiesc mai mult dacă sunt subhrănite, dar nu produc descendenți. Se pare că reacția la aportul redus nutriențiîn organism, cel puțin la Caenorhabditis elegans, este determinată de sex. articol de cercetareÎn revistă Rapoarte de celule.

Studiile anterioare privind durata de viață a viermilor acestei specii au arătat că aceasta crește dacă hrana lor este limitată. Același lucru se observă pentru șoareci și multe alte animale. Cu toate acestea, diferențele de răspuns la malnutriție între Caenorhabditis elegans diferitele sexe nu au fost studiate în detaliu. Japonezii au început experimente pentru a umple acest gol de cunoștințe. Au crescut viermi rotunzi masculi și hermafrodiți în vase Petri în grupuri și individual, cu acces limitat și nelimitat la hrană. Caenorhabditis elegans are aproximativ un milimetru lungime și sunt aproape transparente. Cu toate acestea, este posibil să înțelegeți dacă sunt în viață cu ajutorul unor sisteme speciale de supraveghere video automată. Un individ este considerat mort dacă nu se mișcă mai mult de un anumit timp.

Pe baza datelor obținute de la astfel de „registroare video”, autorii lucrării au descoperit că nu există nicio diferență semnificativă în speranța de viață a viermilor care trăiesc în grupuri și separat. Dar sexul animalului contează. Hermafrodiții, când mâncarea era rară, au murit în medie cu două săptămâni mai târziu decât bărbații. Cu toate acestea, în același timp și-au pierdut capacitatea de a se reproduce. Pentru bărbați, contrariul a fost adevărat: malnutriția nu i-a ajutat să trăiască mai mult, dar nu i-a împiedicat să producă descendenți. Pentru un vierme din această specie, o prelungire a vieții de 14 zile este mult: la temperatura camerei și o dietă normală, de obicei mor la doar două până la trei săptămâni după ecloziune. Se pare că malnutriția aproape a dublat durata de viață a hermafrodiților.

Una dintre cele mai importante diferențe biochimice dintre bărbați Caenorhabditis elegans de la hermafrodiți - activitatea hormonului sexual steroidian DAF-12. La masculi este în mod normal ridicat, iar la hermafrodiți este scăzut. Cercetătorii au creat viermi masculi transgenici cu activitate redusă a DAF-12 și i-au plasat în condiții de restricție alimentară. Au trăit în medie cu 20 de zile mai mult decât viermii normali de același sex. Astfel, oamenii de știință au stabilit că hormonul DAF-12 este cel care determină diferența de răspuns la malnutriție la indivizi de diferite sexe. În mod normal, în astfel de condiții, împiedică bărbații Caenorhabditis elegans să lanseze „mecanisme de longevitate”, redirecționând forțele organismului către reproducere. Și la hermafrodiți, nivelul de DAF-12 este de obicei insuficient, așa că, cu o dietă săracă, nu împiedică astfel de viermi să trăiască mai mult.