Four Old News Items: Altruists, the RNA World, the Goliath Cyborg, and Obesity
Altruists die, but their cause lives on.
{
"title": "Альтруїсти гинуть, але справа їх живе",
"summary": "",
"body": "У журналі Science опубліковані результати примітної роботи американських мікробіологів, які вивчали конкуренцію між штучно створеними лініями кишкових паличок - \"лабораторних щурів\" бактеріального світу. Бактерії вирощували на середовищі з антибіотиком; за допомогою генної інженерії в них \"вшили\" здатність його знешкоджувати, для чого потрібно було наявність у середовищі певної сигнальної речовини. Всього було створено дві лінії бактерій: одні синтезували потрібну сигнальну речовину самі (їх можна умовно назвати \"альтруїстами\"), інші (\"егоїстами\") були позбавлені такої здатності. У змішаних колоніях \"альтруїстів\" і \"егоїстів\" сигнальна речовина передавалась від бактерії до бактерії, дозволяючи кожній з них протистояти дії антибіотика. Вочевидь спостерігати за конкуренцією двох ліній можна було завдяки тому, що \"альтруїстів\" змусили додатково синтезувати зелений флуоресціючий білок. Як і слід було очікувати, у змішаних колоніях \"егоїсти\" розмножувались швидше, і частка \"альтруїстів\" знижувалась. Причина в тому, що \"альтруїстам\" доводилось витрачати частину енергії на синтез сигнальної речовини і флуоресціючого білка, програючи у швидкості розмноження.\n\nУсі цілком закономірно. Але чим повинен закінчитися такий процес? Чи то стабілізацією чисельності \"альтруїстів\" на низькому рівні, чи то їх повним вимиранням (вибір між цими можливостями залежить від конкретних значень інтенсивності дії антибіотика, здатності сигнальної речовини до розповсюдження, енергетичних втрат \"альтруїстів\" та інших факторів). Однак у описуваному експерименті був передбачений ще один важливий процес. Періодично колонії змішували, а суміш бактерій розбавляли і висівали на нове середовище. Там виникали нові колонії з різним співвідношенням \"альтруїстів\" і \"егоїстів\". Кожна з колоній росла, і в кожній з них частка \"альтруїстів\" знижувалась. Однак (ось що важливо!) ті колонії, де частка \"альтруїстів\" була вищою, росли швидше. Потім знову кінець циклу, і знову утворення нових колоній. Підсумок: у кожній колонії частка \"альтруїстів\" знижувалась, а у всій експериментальній популяції - зростала!\n\nАвтори експерименту трактують це як ілюстрацію парадоксу Сімпсона (парадоксу об'єднань).\n\nЧи обмежується описане порівняння \"альтруїстів\" і \"егоїстів\" підтвердженням цього парадокса? Звичайно, ні! Одна з тем, що викликають запеклі суперечки в еволюційній біології, - протинаправленість індивідуального і групового відбору. Зрозуміло, що якщо дія якогось спадкового задатку призводить до збільшення частки його носіїв у середовищі, подальша еволюція піде в його сторону. А чи можуть закріпитися ознаки, які невигідні особи, але вигідні групі? Іноді так.\n\nСоціобіологи докладно розробили моделі, що показують, що якщо якийсь ген змушує особину жертвувати собою на благо інших носіїв цього ж гена, частка таких носіїв може зростати.\n\nА якщо акт \"альтруїзму\" здійснюється на благо всієї групи, без оцінки спорідненості? У кожній з колоній були як \"альтруїсти\", так і \"егоїсти\", і незважаючи на те, що частка \"альтруїстів\" незмінно знижувалась, їх образ життя торжествував і став нормою!\n\nЯк показав описаний експеримент, динамічне середовище, де відбувається утворення нових груп і має місце конкуренція між ними, може призводити до розповсюдження якостей, носії яких програють всередині кожної з груп, сприяючи, тим не менш, загальному успіху. У цьому дослідженні показано не тільки дію одного зі статистичних парадоксів, але і доведена ефективність групового відбору.\n\nІ вельми ймовірно, що соціальні структури, де навчають співтовариш, піклуються про хворих, складають музику або читають \"Компьютерру\", теж виникли за участю подібних процесів.\n\n[BATRIMG1] \n\nВідродження РНК-світу\n\nДо ланцюжки експериментів, що моделюють виникнення життя, додалося нове ланцюг. Але перш ніж приступити до розповіді про нього, необхідно вступ.\n\n\"КТ\" вже обговорювала уявлення про те, що життя з'явилося від випадкової взаємодії примітивних органічних молекул. Цю точку зору зазвичай приписують ученим ті, хто заробляє очки на її розвінчанні. Науці вже давно ясно, що складність не є результатом однократної випадковості, а виникає в результаті запам'ятовування розвивається системою цілої серії випадкових виборів, коли зміни в певному напрямку фільтруються певним спрямовуючим механізмом. Подібний механізм фільтрації непогано описаний. Для організмів це природний відбір, для молекул - відбір автокаталізаторів та інші види відбору щодо більш конкурентоспроможних структур і процесів.\n\nСучасне життя побудована на взаємодії двох класів біополімерів - білків і ДНК. Але дивовижно, що при їх взаємодії \"між\" ними майже завжди виявляється інший (крім ДНК) клас нуклеїнових кислот - РНК. Може, спостерігається нами стан - результат накладення нових молекулярних механізмів на стару РНК-основу? РНК придатна для зберігання і передачі спадкової інформації (хай і гірше, ніж більш стійка ДНК) і може володіти каталітичною активністю (звичайно, поступаючись у цьому відношенні ферментам - білкам-каталізаторам). У 1986 році нобелівський лауреат Уолтер Гілберт підвів підсумок визрівавшим протягом двох десятиліть ідеям і описав \"РНК-світ\" - форму преджиття, де і каталітичну, і інформаційну функції виконували молекули рибонуклеїнової кислоти. РНК-світ, вважає Гілберт, виник у результаті відбору на молекулярному рівні і призвів до багаторазового підвищення ефективності подальшого відбору.\n\nЧи можна експериментально довести, що відбувалося на Землі майже чотири мільярди років тому? На жаль, ні. Але спроби моделювання цих процесів здатні дати вельми цінне теоретичне знання.\n\nУ кінці 1990-х А. Б. Четверин та інші співробітники Інституту білка РАН навчилися вирощувати колонії розмножуються і конкуруючих один з одним клонів РНК на чашках Петрі з гелем, що містить РНК-мономери і необхідні ферменти. Досить виставити таку чашку на відкритий повітря, як у ній почнуть розмножуватися молекули РНК. Але це, звичайно, ще не РНК-світ, адже збірку нових полімерів здійснюють білки.\n\nУ початку 2008 року були опубліковані результати робіт співробітників Дослідницького інституту Скріппса (SRI) в Каліфорнії, що створили установку для розмноження і відбору рибозимів (РНК-каталізаторів). Авторам дослідження вдалося створити умови, при яких кращі каталізатори розмножуються на середовищі з білками і мономерами нуклеїнових кислот швидше гірших. Молекули РНК самі \"вирішують\", як змінити свою структуру відповідно до вимог експериментаторів.\n\nІ, нарешті, початок 2009 року. У тому ж SRI запущений процес еволюції молекул РНК, які обходяться без білків. Ученим вдалося підібрати пари молекул РНК, кожна з яких синтезує свою напарницю. Поселені на відповідне середовище, різні пари почина