Category: наука

Category was added automatically. Read all entries about "наука".

Лекция




Базовые сведения об эволюционной биологии всем нам известны как минимум из школьных учебников. Разные формы клюва у дарвиновых вьюрков, и форма черепа неандертальцев, и рудименты таза у кита… Но современная наука об эволюции располагает ещё огромным арсеналом средств, обретённых в последние десятилетия. О действии естественного отбора можно судить по проценту несинонимичных замен, самые надёжные свидетельства о степени родства разных видов получаются опять же на основе анализа специальных маркеров в их ДНК, и даже про общего предка всего живого проще всего говорить, имея в виду его геном. Поговорим о том, какие главные идеи и возможности лежат в основе методов современной эволюционной биологии.

Лекция в "Кочерге"




Альтруизм с точки зрения эволюции: баг или фича?

Утверждение 1: В основе механизма эволюции лежит дарвиновское «выживание наиболее приспособленного». Да, можете проверить, современная наука считает именно так.

Утверждение 2: Альтруизм существует. И он широко распространён в природе. В смысле да — инстинктивное (т. е. наследственно обусловленное) поведение, направленное на увеличение чужой индивидуальной приспособленности в ущерб собственной.

НО КАК???

Отмашку к началу эпических батлов об эволюционных механизмах возникновения альтруизма дал сам Дарвин, высказавшийся на этот счёт довольно туманно. И уже в девятнадцатом веке Пётр Кропоткин яростно спорит с «бульдогом Дарвина» Томасом Гексли, противопоставляя идее об эволюции как «войне каждого против всех» свою «взаимопомощь как фактор эволюции». В двадцатом веке появляется классическая этология — и Конрад Лоренц пишет об инстинктах на «благо вида», о котором столь неосторожно упоминал Дарвин. Винн-Эдвардс формулирует теорию «группового отбора» и «узаконивает» альтруизм в эволюции. Но практически сразу после этого появляется теория родственного отбора, и Ричард Докинз (по аналогии с Гексли прозванный «ротвейлером Дарвина») обрушивается на групповой отбор, не оставив от него, кажется, камня на камне. Джордж Прайс выводит уравнение, математически доказывающее, что альтруизм — это завуалированный эгоизм, и кончает самоубийством. Так что же, все окончательно решено? Не совсем; уже в двадцать первом веке Эдвард Уилсон, крупнейшая фигура эволюционной этологии и создатель «социобиологии», продолжает оппонировать Докинзу и отстаивать возможность группового отбора.

https://kocherga-club.ru/#schedule
https://kocherga.timepad.ru/event/923055/

По ту сторону решётки

Что может быть проще, чем задачи по генетике? Если, конечно, понимать, как их решать. К сожалению, за словом «понимаю» слишком часто стоит привычка совершать какие-то псевдомагические действия, совершенно не вникая в их смысл. К такого рода псевдомагическим действиям относится рисование так называемой решётки Пеннета — замечательный лайфхак, делающий решение многих задач простым и наглядным. Одна беда — если «разрешать» решётке решать задачу за тебя, последствия могут быть непредсказуемыми. Там же как — надо что-то такое нарисовать, а потом просто пересчитать нужные клеточки. Я помню, когда я учился в первом классе, мы пользовались счётными палочками. Это чтобы посчитать что-нибудь. Дают тебе пример: сколько будет 3+3? Берёшь такой, отсчитываешь: раз, два, три палочки. Потом добавляешь к ним ещё: раз, два, три палочки. И пересчитываешь, сколько получилось: раз, два, три, четыре, пять, шесть палочек. Хотя во втором классе так делать уже как-то неприлично. Почему же в генетике это делают и в одиннадцатом, пальцем пересчитывая нарисованные клеточки? Самое простое и неприятное, что при этом может произойти — можно просто ошибиться при таком пересчёте. Если клеточек много, да ещё и нарисована решётка не очень аккуратно, люди ошибаются очень часто. Получил неправильный ответ — и не знаешь, что он неправильный. Обидно.



Какова на самом деле логика, которую использует решётка? Например, на приведённой картинке, которая есть в каждом учебнике и иллюстрирует вывод третьего закона Менделя. Каким образом можно узнать, какова будет частота в потомстве двух родителей-дигетерозигот (AaBb x AaBb) генотипа aabb (зелёные морщинистые семена)? Для того, чтобы получился потомок aabb нужно, чтобы гамета ab встретилась с гаметой ab. Каждый из четырёх типов гамет у каждого родителя равновероятен, и вероятность эта составляет 1/4. То есть с вероятностью 1/4 появляется «нужная» яйцеклетка, и в 1/4 из них нам «повезёт» и со сперматозоидом тоже. Вероятность такого совпадения составляет 1/16, это и есть частота генотипа aabb. Так вычисляется вероятность каждого из вариантов встречи гамет, то есть каждой клеточки в решётке. «Озвучивая» для себя эту логику, мы следуем очень хорошему правилу — цифры в ответе всегда должны быть результатом вычислений, а не магических действий. Если мы получаем «на выходе» цифры, значит, у нас были какие-то цифры «на входе». Кстати, расщепление, получаемое в третьем законе Менделя (9:3:3:1), элементарно выводится и без рисования решётки. Логика здесь такая. Признаки у нас независимы, это значит, что среди жёлтых семян такой же процент морщинистых, как и среди зелёных, и как и среди всех семян. И наоборот: среди морщинистых такой же процент жёлтых, как и среди гладких, и как и среди всех. Для вычисления долей по каждому признаку в отдельности мучиться не надо: их предсказывает второй закон Менделя (3:1). Ведь если мы рассматриваем только цвет, то имеем деле со скрещиванием Аа х Аа. А если только форму, то Bb х Bb. Итак, например, зелёных семян у нас четверть. Морщинистых семян тоже четверть. Сколько зелёных морщинистых? Если зелёных четверть, то четверть из них морщинистые, это даёт 1/16. Сколько жёлтых гладких? Жёлтых 3/4, гладких из них тоже 3/4, это даёт 3/4*3/4=9/16. Жёлтых у нас 3/4, из них морщинистых 1/4, то есть 3/4*1/4=3/16. Ну и зелёных 1/4, из них гладких 3/4, это даёт 1/4*3/4=3/16. И никакого пересчитывания клеточек пальцами.

Вычисления, которые «производит» решётка, более громоздкие. Решётка «вычисляет» вероятность каждой клеточки, потом клеточки с совпадающими результатами складываются. Но если честно проговаривать про себя все вычисления, то ошибки не будет. Начинаются эти вычисления с «входных» данных, что вероятности всех гамет равны 1/4 (то есть «все строки одинаковой высоты, и столбцы одинаковой ширины). Но если, скажем, взять задачу на сцепленное наследование с кроссинговером, то вероятности гамет будут различны. Например, скрещиваем дигетерозиготных родителей (AaBb x AaBb). Гены сцеплены, пусть у обеих особей доминантные гены находятся в одной хромосоме, рецессивные — в другой. Кроссинговер 20%. Это означает, что у каждого из родителей появляется четыре типа гамет: AB 40%, ab 40%, Ab 10%, aB 10%. Эти цифры и придётся использовать, вычисляя вероятность каждой клеточки в решётке. Но у нарисованной на бумаге решётки площадь каждой клеточки одинакова, и это может сбивать с толку. Но если понимать, что делаешь, и почему делаешь именно так, то всё будет хорошо.

...

Меня часто спрашивают, отпускаем ли мы пойманных зверей. Отвечаю. В большинстве случаев от пойманного животного берётся печень (на анализ ДНК) и череп (в музейную коллекцию). После этого зверька, в принципе, конечно, можно и отпустить, но обычно не имеет смысла.

И, кстати, дисклеймер: я никогда не ассоциировал себя с хомячком. Почему-то многие считают, что если человек занимается хомяками, то он и сам должен быть как хомячок. Я с ними много имел дела, они для меня многое в жизни символизируют, но чтобы считать себя одним из них… Хомячки для меня скорее — такие маленькие глупенькие котлетки. Милые, симпатичные, но котлетки.


Введение в биологию — пост №19


XIX
Транскрипция и трансляция


Теперь, наконец-то, мы можем рассмотреть механизм реализации наследственной информации — каким именно образом информация, заключённая в последовательности нуклеотидов ДНК, используется для синтеза белков. Разумным выглядит предположение, что ДНК в процессе сборки полипептидной цепи непосредственно выполняет роль матрицы, только собирать на этой матрице придётся не другую полинуклеотидную цепь, а полипептидную, используя вместо принципа комплементарности генетический код. Но это неверно, и на деле всё обстоит немного сложнее. Матицей для синтеза белков выступает не ДНК, а РНК, которая, в свою очередь, синтезируется на матрице ДНК. Таким образом, в процессе передачи информации «ДНК — белок» имеется «посредник» — молекула РНК. Утверждение о том, что генетическая информация переносится именно по этой схеме «ДНК — РНК — белок», носит громкое название центральной догмы молекулярной биологии.




Процесс синтеза РНК на матрице ДНК называется транскрипцией. Молекулы РНК намного короче молекул ДНК, с одной молекулы ДНК может «считываться» множество молекул РНК. Это значит, что на ДНК должно быть множество участков, с которых будет начинаться транскрипция — «посадочных площадок» для РНК-полимеразы (фермента, который будет синтезировать РНК). Эти участки называются промоторами. Дальше всё стандартно — РНК-полимераза, двигаясь вдоль одной из цепей ДНК, собирает комплементарную ей цепь РНК. Так же, как и в репликации, полимераза движется по цепи ДНК в направлении 3’-5’. Так как синтезируется только одна цепь, сложностей, имевших место в репликации (отстающая цепь, фрагменты Оказаки), здесь не будет. Цепь ДНК, по которой двигается РНК-полимераза, называется матричной (template strand), или антисмысловой (antisense strand). Вторая цепь ДНК, комплементарная матричной, имеет такую же последовательность нуклеотидов, как и в синтезируемой молекуле РНК (разумеется, с поправкой на замену тиминов урацилами), и за это называется смысловой цепью (sense strand, non-template strand).




Ну, теперь, наконец-то, можно рассмотреть сам процесс синтеза белка. Процесс сборки полипептидной цепи на матрице РНК называется трансляцией. Осуществлять этот процесс будет сложная молекулярная машина — рибосома. Рибосома, как мы помним, — это агрегат из двух субъединиц, состоящих из специальных рибосомных белков и специальных рибосомных РНК (рРНК). Причём рРНК по большей части определяет и структуру, и функции рибосомы; рибосомные белки, в общем, играют вспомогательную роль.
Collapse )

Введение в биологию — оглавление

"Если бы Уоллеса не было, его бы следовало придумать"

Оригинал взят у bbzhukov в Викторианский водевиль или Упражнение в конспирологии
Наткнулся я тут как-то на очередной пересказ очередного «разоблачителя Дарвина» – не то Тома Вульфа, не то Роя Дэвиса... в общем, какого-то абличителя, имя же им легион. Ну, рецепт таких «разоблачений» понятен: материал старательно отбирается и выстраивается так, чтобы все совпадения казались зловещими и неслучайными, все фразы – двусмысленными и недоговоренными, а там, где ну совсем уж ничего даже за уши притянуть не удается, говорится что-нибудь вроде «предположим, Дарвин получил рукопись Уоллеса не в июне 1858 года, а раньше...» – и дальше на этом ни на чем не основанном «предположении» строится вся история о том, как тупой мажор-толстосум Дарвин при пособничестве дружков-лжесвидетелей Лайеля и Гукера обокрал простодушного бедняка-трудягу Уоллеса. Ну, в общем, обычная клюква и тень-на-плетень. Прочитал, фыркнул – мол, ну ладно, что они свои версии из пальца высасывают, так это у них работа такая, но что ж у них у всех из пальцев доится одно и то же унылое говно? Что ж никто ничего пооригинальнее не придумает – ну хотя бы что все было наоборот...

И тут у меня в голове слвершенно помимо воли начало выстраиваться это самое «все наоборот». Итак, представьте себе: середина 1850-хCollapse )

Но довольно. Если кто-то решил, что я все это всерьез – то зря. Верю я в эту картинку не больше, чем в инсинуации «разоблачителей». А пишу только для того, чтобы выкинуть из головы привязавшийся сюжет. Ну и еще для того, чтобы продемонстрировать, как легко недисциплинированный мозг выстраивает подобные «тайны века» и сколь малые основания нужны для того, чтобы вся эта бредятина выглядела совершенно убедительной.
Впрочем, последнее уже давным-давно сделал Умберто Эко.

Андрей Журавлёв, "Летающие жирафы..."



«Летающие жирафы, мамонты-блондины, карликовые коровы...» Мамонты, похоже, таки действительно блондины, а якутские коровы — самые мелкие в мире. Ну ещё немного про птеродактилей — они почему-то названы «летающими жирафами». У них была длинная шея, и они летали, да. И вот ещё бонус — в этой книге наконец-то рассказывается про «четырёхкрылых динозавров», которые украшают название предыдущей. В остальном — такой же набор увлекательных историй, объединённых, в общем-то, только мотивом «что вижу, о том пою». Например, прекрасный очерк о розовой чайке, предваряющий главу об эволюции полёта, — к чему он? Тут и немного экологии розовой чайки, и тернистая история её изучения, и автор, прыгающий посреди болота в одном сапоге... А всё это, собственно, вот к чему: чайка летает. Ну, представьте: в книге про историю изобретения колеса вам вначале рассказывают, скажем, об отделке салона у Mazda 6. Нет, я не говорю, что это плохо, тем более, что написано действительно интересно. Если надо как-то охарактеризовать жанр — ощущение такое, что слушаешь какие-то рассказы автора, случайно оказавшись его соседом по самолёту, в котором он летит на какую-то конференцию. Или как-то очутившись рядом с ним у экспедиционного костра. Воон из-за того камня выглядывала россомаха, «...и тут мне вспоминается берцовая кость шерстистого носорога»... Рассказ о магнитном поле Земли сопровождается ссылкой — правда, не на публикацию, а на устный рассказ американского профессора, «с которым мы коротали время у скалистого обрыва реки Алдан в Якутии». После того, как мы узнаем, как зовут жену профессора, и о том, что он не смог как следует сварить рис в полевых условиях, рассказ о магнетизме продолжается.

Вообще, местами сильно смахивает на ефремовскую «Дорогу ветров», где тоже наряду с палеонтологией — куча впечатлений частного характера, художественных описаний природы и т. д. Но «Дорога ветров» всё-таки сильно отличается цельностью — как тематической, так и сюжетной.

Да, и так же, как в предыдущей книге, автор не жертвует лёгкостью изложения ради точности. Вот пример стиля: «Скорость химических реакций тем выше, чем выше температура, а значит, и темпы обмена веществ выше, и органические молекулы, включая гены, изменяются быстрее». Лично я бы в такой ситуации предпочёл написать «органические молекулы, включая те, в которых записана генетическая информация» или что-то в этом роде, но не спорю, что это длиннее и сложнее. Так, ещё местами проскакивают «стебли осоки и других диких злаков», опять смешаны понятия «хищники» и «хищные», «самые молодые и физически активные слои древесины» почему-то находятся «между корой и лубом»...

Список научпопа

Андрей Журавлёв, "Парнокопытные киты..."



«Дорогу — фантазмам!» — так озаглавлено коротенькое введение к книге А. Ю. Журавлёва «Парнокопытные киты, четырёхкрылые динозавры, бегающие черви...». Нет, «фантазмы» в данном случае не имеют отношения к фильму Дона Коскарелли, в их роли здесь выступают удивительные, необычайные, фантастические ископаемые существа, о которых может поведать палеонтология. «И немного фантазии. Совсем чуть-чуть.» — пишет автор.

Книга именно популярная — автор старается читателя завлечь и местами даже развлечь. Шутит, травит байки, и к тому же рассказывает множество действительно интересных вещей про древних животных. Правда, вот про парнокопытных китов, четырёхкрылых динозавров и бегающих червей в книге не будет практически ничего: первым посвящено несколько строчек, вторые упоминаются только на первой странице со словами «но жили на Земле организмы гораздо интереснее», в качестве «бегающих» же червей описывается такое: «Ну как подобное толстое создание с хоботом могло передвигаться на своих несуразных культяпках с коготками на самых кончиках, растопыренных в разные стороны? Его несколько более древние североевропейские и китайские родственники, названные ксенузиями (родовое название одного из таких существ — Xenusion), тоже отличались странным сложением — их лапки были столь длинными и тонкими, что годились, разве чтобы распластаться на поверхности».

Да, шутки шутками, а через все эти названия древних червяков в первой части книги придётся продираться всерьёз: ксенузии, экдисозои, палеосколициды, опистоконты, памбделурии, ханцеллорииды, лофотрохозои, эксцентротеки, лорициферы — не вздумайте перепутать, кто из них кто, потеряете содержательную часть, останутся одни воспоминания, что всё про какие-то «фантазмы»... Дальше будет легче, хотя и не всегда понятнее: если вы внимательный читатель, старающийся вникать во все причинно-следственные связи, то будьте готовы, что некоторые вещи объясняться не будут: если что-то объяснить сложно, автор этого просто не делает. Там же, где объясняет, старается, чтобы получилось попроще, иногда явно утрирует. Осведомлённый читатель поймёт, где немного притянуто за волосы, но ведь мы, кажется, не для него стараемся? В общем, меня не покидало ощущение постоянной небрежности текста, которая стала ценой лёгкости изложения. Я регулярно зависал и думал: это вот здесь косяк автора, косяк редактора, или это я совсем идиот, и ничего не понимаю? Можно спокойно проглотить, что у изотопа 12C в ядре 12 нейтронов, и читать дальше. А кто-то так и запомнит.

Такой вот, например, пассаж довольно типичен: «Получается, что в начале всего было грибоживотное и все мы — немного грибы». Ну да, рассказывается о заднежгутиковых — «грибоживотной ветви органического мира», да у нас были общие предки с грибами… Почему мы от этого «немного грибы»?.. Но звучит эффектно, да.

Или вот: «Оказывается путь к сердцу мужчины (равно как и женщины) и, что самое важное, к мозгу лежит через желудок. Именно там находится “микробный орган” — богатое и разнообразное сообщество из 100 триллионов (1014) бактерий, архей и других микроорганизмов (при том что собственных — человеческих — клеток во всём нашем теле насчитывается на порядок меньше)...». Известную пословицу, конечно, соблазнительно использовать. Но ведь нету столько микробов у нас в желудке, микрофлора желудка вообще крайне бедная. Имеется в виду, конечно, микрофлора кишечника, но для красного словца его можно и желудком назвать, да?

А вот здесь что имелось в виду? «То, что отличает их [завропод] от прочих обитателей суши, — очень длинная шея и хвост. Эти органы создавали значительную площадь для испарения влаги, то есть для охлаждения: у жираффатитана площадь поверхности шеи достигала 21,5 квадратных метра, хвоста — 16,5, у диплодока — 10 и 19 соответственно». Испарения влаги? Какой влаги? Это ж рептилии, кожа должна быть сухая... Нет, дело не в том, что они якобы вели полуводный образ жизни, автор прямо перед этим защищает идею, что они всё же были наземными. В общем, буду рад, если кто объяснит мне, чего я тут не понял.

«По правому северному борту речки протягивается иссиня-черная узкая полоска морских известняков. Они считаются единственными в Иберийских горах протерозойскими известняками, поскольку какие-либо органические остатки в них не найдены». Чувствую себя совсем тупым. Отсутствие органических остатков указывает на то, что это известняки? Или что они протерозойские? Почему?

«Азотистые и фосфорные соединения цветковые тоже запасают в больших объемах, чем голосеменные. У последних все уходит в обедненный этими веществами лигнин (древесину), которого у них по массе примерно в два раза больше». Найдутся ведь читатели, которые запомнят, что «лигнин» и «древесина» — это одно и то же, и будут ссылаться — доктор биологических наук написал, профессор...

«Основу кишечной микробиоты у растительноядных животных составляют анаэробные бактерии, отчасти жгутиковые простейшие и грибы. Поэтому одним из конечных продуктов пищеварения у жвачных является парниковый газ — метан, у сумчатых — водород, а у людей — азот и углекислый газ». Тут я завис надолго. Гуглил. Таки азот? Кишечная микрофлора у людей? Кто, кто вырабатывает у нас молекулярный азот?

«Однако синие фотоны несут больше всего энергии, хотя и встречаются реже других (на них и охотятся наземные фотосинтетики), а красные фотоны хотя и менее энергоемки, но обильны. Поэтому многие морские водоросли поглощают красные фотоны — частицы других цветов, в том числе зелёные, до них просто не доходят». Я знаю причину, по которой до водорослей могут не доходить именно красные лучи — на глубину приникает только высокочастотный свет. Или что-то другое имеется в виду?

«Более трети из примерно 23 тысяч наших генов — общие с бактериями (ещё треть мы разделяем с эукариотами в целом, 16 процентов — с животными, 13 — с позвоночными, 6 — с приматами, 0,16 — с неандертальцем)...». Цифры — это хорошо. Читатели любят цифры. Только вот как считаются эти «общие гены»? Это все общие гены? Тогда не понятно, почему с увеличением степени родства их число уменьшается. Или «общие гены с приматами» — это гены, которые общие только с приматами, но отсутствуют у других позвоночных? То есть у нас с неандертальцем около 37 (0,16% от 23000) общих генов, которых нет у шимпанзе, что ли?.. Вообще очень подозрительная цифра 0,16% — в литературе именно она приводится как оценка для степени различия генома человека и неандертальца. Совпадение?

«В свою очередь, астрофизики изобрели причину этой периодичности: двойную звезду Солнца — со зловещим именем Немезида, которая, обращаясь по очень вытянутой эллиптической орбите, пересекает облако Оорта — триллионное скопление комет, окружающее Солнечную систему, — и своим притяжением изменяет орбиты этих небесных тел». Я не астроном, но, по-моему, двойной звездой всё-таки называется система, включающая обе звезды. Если речь идёт о двойной звезде, то не Немезида — двойная звезда, а система Солнце-Немезида — двойная звезда. Я не прав? Буду рад узнать об этом больше.

«Змеи потеснили ящериц, а плацентарные млекопитающие — сумчатых: в позднемеловую эпоху на северных континентах, а позднее — в плиоценовую эпоху (3-4 миллиона лет назад), когда образовался Панамский перешеек, и в Южной Америке (уцелели те лишь в Австралии и на ближайших к ней островах)». Вот это вот извините. В Южной Америке они таки тоже уцелели, хоть и потеснённые. Некоторые очень даже неплохо себя чувствуют, и даже распространились в Северную Америку.

«Альфа-протеобактерия стала симбионтом около 2,1 миллиарда лет назад: к этому уровню приурочены древнейшие остатки настоящих клеточных организмов, то есть эукариот». «Настоящих клеточных организмов, то есть эукариот». Чёрт, здесь же дети — то есть, ну, люди же это читать будут!

«Ныне зоологи именуют их Amoebozoa, или общественными амёбами. По-русски они называются слизевиками из-за выделяемой ими слизи». Amoebozoa — это то же самое, что «общественные амёбы», так это надо понимать? Ага-ага.

«520-360 миллионов лет назад именно бесчелюстные господствовали среди позвоночных. Девонский период оказался для них переломным: из морей их вытеснили челюстноротые — рыбы и позднее их потомки (земноводные, пресмыкающиеся, птицы и млекопитающие)». Кто, как не птицы, вытеснили бесчелюстных из полюбившихся им морей? Это, впрочем, вряд ли кто воспримет всерьёз.

«Полностью растительноядным хищником является, например, большая панда, которая питается исключительно бамбуком». Автор хотел написать «растительноядным хищным»? Это было бы правильно. Я зануда? Названия таксонов с обозначением способа питания путать нехорошо.

Ну, и так далее. Ощущение, что прежде всего издательство сэкономило на редакторах. Большая часть шероховатостей не досталась бы читателям при хорошей редакторской работе. Корректор тоже местами халтурил, хотя не сильно. Зато бумага хорошая, интересные рисунки и оформление. В общем, такие дела.

Список научпопа