Являются ли самцы основным эволюционным инструментом для производства генетической изменчивости, необходимой для эволюции?

То, что я говорю здесь, является просто личным размышлением, которое может оказаться серьезно ошибочным, на самом деле я спрашиваю об этом, потому что я не видел, чтобы это было представлено где-либо еще.

Эволюция идет по двум направлениям. Первый — это новый процесс создания генетической изменчивости, который включает в себя: мутацию и миграцию. Второй — это процесс очистки, то, что стирает результаты первого процесса, а именно: естественный отбор и дрейф генов.

Естественный отбор более функционален в том смысле, что он сохраняет только те черты, которые приспосабливаются к окружающей среде. Генетический дрейф не является дискриминационным в этом смысле, поэтому он может смыть любой результат процесса 1, будь то вредный или полезный.

Понятно, что первичным источником эволюции является первый процесс (т. е. мутация и генетическая миграция), поскольку второй процесс (т. е. естественный отбор и дрейф) действует только на те результаты, которые его формируют.

[Примечание: под первичным «источником» эволюции здесь подразумевается то, что отвечает за производство основного материала, на котором работает эволюция, поскольку эволюция — это изменение генетической изменчивости на протяжении поколений, тогда «генетическая изменчивость» — это основной материал для эволюции, и это производится путем мутации и миграции. Естественный отбор и дрейф не производят генетическую изменчивость, они изменяют ее, уменьшая ее, и процесс, направленный на уменьшение чего-либо, вряд ли может рассматриваться как производитель этой вещи. Мясник не является основным «источником» мяса, а корова!]

Теперь, в принципе, чем больше у нас производства генетического материала, тем больше шанс получить полезное генетическое изменение. Конечно, увеличение частоты мутаций может привести к появлению вредных признаков, которые будут вымыты отбором и дрейфом, однако здесь главная проблема заключается в более высокой вероятности наличия полезной мутации.

Мужской сперматогенез у млекопитающих создает впечатление, что именно МУЖСКОЙ пол является Рудой эволюции. Несравненно высокая скорость продукции клеток на всех стадиях сперматогенеза по сравнению с оогенезом заставляет думать, что вероятность возникновения мутации при сперматогенезе должна быть намного выше, чем при оогенезе.

Яички кажутся печью, в которой запекаются генетические вариации. Быстрый оборот сперматогенеза, при котором каждый первичный сперматоцит в конечном итоге приводит к 4 сперматозоидам (по сравнению с одной яйцеклеткой, возникающей из каждого первичного оогония), помимо очень большого количества сперматозоидов, производимых ежедневно, продолжается годами. В то время как с оогенезом все действительно заканчивается в эмбриональной жизни, остальное - это просто этапы созревания, ничего нового в том, что касается изменения генетического материала внутри ооцитов, это состояние на протяжении большей части жизни самки.

Когда я смотрю на семенные канальцы и вижу все эти слои сперматоцитов, ведущие к сперматозоидам, я склонен думать, что существует даже какой-то небольшой естественный отбор, что плохие мутировавшие клетки зародышевой линии вымрут, и выживут только те, у которых хороший геном. выжить на всех стадиях сперматогенеза, и, возможно, те, у кого есть полезная мутация, могут иметь преимущество в выживании в этой среде и даже иметь больше шансов на оплодотворение яйцеклетки?

Мало того, семенники, по-видимому, более подвержены стрессовым факторам внутри тела и даже прямым внешним стрессовым факторам окружающей среды, в то время как яичники, лежащие глубоко внутри, кажутся более защищенными. Ооцит на самом деле «выбирает» один сперматозоид, поэтому его правило избирательно, а не приводит к изменениям.

Все это наводит на мысль, что именно мужские зародышевые клетки могут обеспечивать высокую скорость мутаций в ответ на стрессоры или даже без них в силу очень высокой скорости продукции зародышевых клеток в течение очень длительных периодов времени. Похоже, это и есть настоящий источник полезных мутаций, которые в конечном итоге будут способствовать эволюции.

Четыре связанных вопроса:

  1. Частота мутаций в мужской зародышевой линии выше, чем в женской?

  2. Если да, то не означает ли это, что самцы, скорее всего, являются источником наиболее полезных генетических мутаций, что является основным двигателем эволюции?

  3. Если 1 и 2 верны, то имеем ли мы право делать вывод, что «быть основным источником полезных генетических мутаций» является основной целью эволюции мужского пола?

  4. Была ли эта идея предложена ранее?

читаю пока It's clear that the main source of evolution is the first process, since the second process only acts on what results form it. Это зависит от того, что вы подразумеваете под «эволюцией» в этом предложении. И даже при четком определении вы, вероятно, столкнетесь как с семантическими проблемами при разделении эффекта каждого из них (см., например, теорию сдвига баланса), так и с проблемами оценки относительных эффектов каждого из них. В любом случае относительная важность этих двух процессов является предметом длительных дискуссий в этой области.
@ Remi.b, возможно, ты меня неправильно понял. Под первым процессом я имел в виду «мутации и миграцию», а собственно мутации в основном, именно те, которые являются ИСТОЧНИКОМ генетической изменчивости. Естественный отбор не является источником изменчивости, он направлен на сокращение ранее существовавших вариаций. Мясника вряд ли можно рассматривать как источник мяса. Корова есть. Под источником я подразумеваю, что производство основного материала какого-либо процесса возможно в первую очередь. Ни естественный отбор, ни генетический дрейф не создают генетических вариаций, эволюция — это изменение генетических вариаций на протяжении поколений... продолжение следует
...продолжение, поэтому по определению без «генетической изменчивости» эволюция невозможна, поэтому «основной материал», необходимый для эволюции, - это «генетическая изменчивость», процессы, ответственные за производство этой изменчивости, - это мутация и миграция. Естественный отбор и дрейф не производят генетическую изменчивость, они на самом деле ограничивают ее, т. е. избавляют от ее части. Процесс, направленный на уменьшение некоторого материала, не может рассматриваться как источник этого материала, да, он является источником изменения этого материала, но не самого этого материала.
Я голосую за то, чтобы закрыть этот вопрос как не относящийся к теме, потому что это представление теории, замаскированное под вопрос избитым вопросом «прав ли я?»
@ Дэвид, но это не теория?! это впечатление.
@ Дэвид, я отредактировал вопрос.
@ZuhairAl-Johar Вы должны сосредоточиться на одном вопросе за раз. В противном случае ваш пост будет считаться слишком широким. В то время как хороший фон ценится, обширный просто становится слишком большим и хоронит главный вопрос. Будьте кратки и включите всю соответствующую предысторию, но не более того.

Ответы (2)

  1. Да. В нескольких работах было обнаружено, что частота мутаций de novo выше в ДНК, полученной от отца. Недавняя статья из быстрого поиска [1] показала, что ~80% из 15 746 мутаций de novo в 225 семьях произошли от отца.

  2. Основываясь на общем количестве мутаций, да, но они также с большей вероятностью принесут вредные мутации. Так что на базе, вероятно, нет.

  3. Это не имеет особого смысла. Рассмотрим низший прокариотический организм, размножающийся бесполым путем. Процесс репликации мало чем отличается от сперматогенеза. Так что это не объясняет, почему происходит половая дифференциация. Более вероятно, что половая дифференциация имела место, чтобы способствовать генетическому разнообразию (за счет предотвращения самовоспроизведения), и вместо того, чтобы мужской пол эволюционировал в сторону увеличения репликации гамет, женский пол эволюционировал в сторону уменьшения репликации гамет из-за отбора против беременности в более старшем возрасте (когда организм более хрупкие и чувствительные к родам). Это только мое предположение, у меня нет ссылок.

  4. Да. Это называется эволюция, управляемая мужчинами. [2].

[1] Влияние родителей на мутации de novo зародышевой линии человека у 1548 троек из Исландии. Йонссон, Х. и др. 2017

[2] Скорость спонтанной мутации человеческого гена. Халден, JBS1935

Если я действительно понимаю вашу предпосылку, которая является большим «если», вы спрашиваете, был ли генетический материал в сперме подвергнут большей мутации, чем его аналог в яйцеклетке... к моменту спаривания. В случае людей, где есть много исследований, и ответ почти наверняка да .

Недавние исследования [GWAS] показали, что 76% новых мутаций происходят в отцовской линии и предоставляют недвусмысленные доказательства увеличения количества мутаций с возрастом отца.

Общая теория того, как это работает (которую вы, похоже, повторяете), восходит к...

Haldane (1947) предложил следующий общий механизм половых различий в частоте мутаций: «Первичные ооциты в основном, если не все, формируются при рождении, тогда как сперматогонии продолжают делиться на протяжении всей половой жизни самца. Поэтому, если мутация возникает из-за ошибочного копирования генов в ядерном делении, мы можем ожидать, что она чаще встречается у мужчин, чем у женщин».

Что касается [вашего] выбора терминологии...

Последующие оценки более высокой частоты мутаций у мужчин на основе молекулярно-генетических данных привели Miyata et al. (1987) , чтобы предположить, что эволюция «движима мужчинами».

И более современный термин — мужская мутация :

Концепция мужской мутации была тщательно проанализирована в последние годы с использованием эволюционного подхода, в котором сравниваются расхождения последовательностей аутосом и/или половых хромосом, чтобы сделать вывод об относительном вкладе матерей и отцов в накопление мутаций. Например, если предположить, что анализируется нейтральная последовательность, что гетерогенность скорости, обусловленная другими факторами, компенсируется исследованием многих локусов и что эффект наследственного полиморфизма должным образом учитывается, отношение частоты мутаций между мужчинами и женщинами, am, можно решить по наблюдаемой разнице в скорости расхождения X- и Y-хромосом. Смещение мужских мутаций положительно коррелирует с относительным избытком клеточных делений у мужчин по сравнению с женской зародышевой линией, о чем свидетельствует эффект времени поколения: у млекопитающих

Наконец, нужно быть осторожным с тем, что подразумевается под вариацией, потому что ...

Создание генетической изменчивости путем рекомбинации может быть гораздо более быстрым процессом, чем ее создание путем мутации.

Если бы мы могли каким-то образом отключить мутацию, то в большой популяции мейотическая рекомбинация все еще довольно долго приводила бы к новым комбинациям в потомстве. В конце концов, после того, как это комбинаторное пространство будет исчерпано, мы будем видеть только организмы, которые повторяют то, что уже живет или жило в прошлом.

Итак, я разобрался с вашими 1 и 4. Что касается теорий, почему мы видим этот мужской уклон в мутации... (ваши 2-3), все становится сложнее :

Общая теоретическая точка зрения состоит в том, что уровень мутаций представляет собой баланс между вредными мутациями, снижающими приспособленность, полезными мутациями, повышающими приспособленность, и затратами на приспособленность из-за механизмов репарации мутаций для снижения скорости мутаций (Sniegowski et al. 2000). Относительная важность этих факторов может варьироваться, но поскольку большинство мутаций, как правило, менее приспособлены, чем существующий дикий тип, отбор обычно должен снижать частоту мутаций за счет улучшения механизмов репарации. Однако сила непрямого отбора, изменяющая скорость мутаций, увеличивая или уменьшая ее, довольно низка и находится на уровне изменения скорости мутаций, вызванного локусом-модификатором (Sniegowski et al., 2000).

Используя приведенный выше контекст, половые различия могут быть эволюционным результатом отбора для более эффективного снижения частоты вредных мутаций у самок, сохранения более высокой частоты благоприятных мутаций у самцов, меньших затрат на снижение частоты мутаций у самок или сочетание этих факторов. Одна эволюционная гипотеза половых различий в частоте мутаций состоит в том, что у двух полов могут быть разные селективные оптимумы, уравновешивающие частоту вредоносных мутаций и стоимость эффективной репарации и репликации (Ellegren 2007). Более конкретно, если мы предположим, что основное влияние отбора на частоту мутаций заключается в том, чтобы максимально снизить частоту мутаций на репликацию, чтобы снизить скорость вредных мутаций, тогда любые половые различия, наблюдаемые в частоте мутаций, могут быть связаны с разным числом репликаций у двух полов. Другими словами, если основное воздействие селекции заключается в максимальном снижении частоты мутаций, то в целом он более успешен у самок либо из-за большего количества репликаций самцов, либо потому, что механизмы репарации по какой-то причине более эффективны у самок, чем у самцов. В соответствии с этим Crow (2000) предполагает, что увеличение частоты мутаций в более позднем репродуктивном возрасте неудивительно. Его аргументация заключается в том, что до недавнего времени немногие мужчины доживали до сорока лет, поэтому давление отбора было незначительным, чтобы уменьшить пагубные последствия мутаций от пожилых мужчин. Или,

Как видите, как и большинство теорий, касающихся эволюционной причины какого-то механизма, который сам влияет на эволюцию... это не устоявшаяся наука.

Итак, по поводу 2-3. Я думаю, что понимаю вашу точку зрения, что если мы выберем мутацию, которая сохранилась до сегодняшнего дня, есть большая вероятность, что она произошла от мужчины (2). Даже если это правда, это мало что говорит об эволюции половых предубеждений в мутациях.

Вы делаете вывод (3), что

«быть основным источником полезных генетических мутаций» - основная цель эволюции мужского пола.

Я думаю, что дискуссия больше уходит в философию, чем в науку. Как говорит предыдущая длинная цитата, может быть просто, что естественный отбор был плох в сокращении чего-то, что в среднем вредно, но хуже в уменьшении одной группы, то есть у самцов, например, потому что там труднее уменьшить. Итак, если предположить, что это так, то «главной целью» эволюции могла быть именно эта редукция, а тот факт, что полезные мутации (как и все мутации) чаще происходят от самцов, является просто статистическим артефактом (редуктивной мутации)». главное предложение".

Да, рекомбинация является исходной генетической вариацией, поэтому существует секс, и миграция также действует, добавляя рекомбинацию, однако, как вы сказали, когда она исчерпана, она не может двигаться дальше. Однако в том, что касается рекомбинации, мужской и женский вклад кажется равным. Его мутации, которые, кажется, вызваны мужчинами. Мало того, что условия для производства, жизни и путешествий сперматозоидов довольно суровые, как если бы происходил своего рода небольшой естественный отбор, выжили бы только те сперматозоиды с генетическим содержанием, которое позволяет им адаптироваться к среде половых путей, продолжение...
продолжение ... этот небольшой естественный отбор может быть своего рода отбором сперматозоидов с полезным генетическим материалом, поэтому кажется, что все это делается преднамеренно, чтобы сделать мужскую систему машиной, производящей полезные мутации, чтобы толкать колесо. эволюция вперед. Конечно, побочным эффектом этого является то, что это может быть и вредно. Мне кажется, что мужской пол с точки зрения эволюционной биологии должен быть рудой генетической изменчивости, необходимой для эволюции.
Я не говорил, что мутации всегда полезны! Наоборот, я прямо сказал, что у этого есть побочный эффект — производство вредных мутаций. Однако я вижу сложность, о которой вы говорите.
@ZuhairAl-Johar: действительно, я должен был сказать «в среднем».
Что ж, ваше дополнение, кажется, еще больше поддерживает представленную здесь точку зрения, что самцы в первую очередь предназначены быть источником полезных мутаций! Женский пол играет роль в снижении частоты вредных мутаций, т.е. он играет избирательную роль, и затраты на приспособленность в отношении ремонта связаны с самками.
даже в среднем определенно вредных мутаций намного больше, чем полезных, самец, по-видимому, является источником обоих видов мутаций, хороших и плохих, а последних, конечно, больше! Вопрос, который я поднимаю, не в этом. Я думаю, что из всех полезных мутаций доля тех, которые исходят от самца, намного выше, чем тех, которые происходят от самки. Следовательно, что касается источника хороших мутаций, питающих эволюцию, то самец, по-видимому, является главным производителем! Но за это, конечно же, приходится платить наследственными заболеваниями!
Я не знаю, почему вы говорите, что «некоторые из моих предпосылок неверны», какие именно? то, что вы написали в двух скобках, это то, что я сказал на самом деле?
@ZuhairAl-Johar: Я перенес это обсуждение в конец и немного подумал.
@ Я вижу присутствующую там точку зрения, как ты сказал, она становится сложной. Но я чувствую, что это неправильно. Он немного искривлен. Но, конечно, это возможность.
@ZuhairAl-Johar: Вот еще одна возможность: если мы предположим, что мы находимся в балансе мутаций и дрейфа (большое если), а у мужчин труднее уменьшить мутации, то средняя скорость мутаций (мужчины + женщины) / 2 будет оптимальным. Но это не будет иметь такого значения ни в одной из групп.
@Fizz Как гипотеза о том, что за наблюдаемыми различиями стоит отбор по частоте мутаций, объясняет, почему ооциты образуются только в начале женской жизни и остаются в состоянии покоя, а не генерируются непрерывно, но с медленной скоростью генерации?
@Fizz, боюсь, я не могу комментировать твою последнюю возможность. Я не знаю, что вы имеете в виду под оптимальным?
@Cell: я не думаю, что он пытается это объяснить.
Я должен был упомянуть, что у женщины есть митохондриальная ДНК. который является источником генетической изменчивости, которую самцы не поставляют. Однако я думаю, что более высокая частота мутаций мужской зародышевой линии перевешивает это. На самом деле, даже если говорить о богатстве за счет рекомбинации, именно самец является источником половых различий, поэтому в некотором смысле он вносит немного больший вклад в генетическую изменчивость, чем самки даже в результате рекомбинации.
Аргумент, который вы процитировали в последних строках, достигнет кульминации, когда вы прокомментируете, что самцы, являющиеся основным источником полезной мутации, являются просто артефактом неудачи основной цели, лежащей в основе половой эволюции у самцов. Мне это не нравится. Однако даже если допустить это, все равно это ничего не меняет, все равно первичным источником эволюции является мужской пол, был ли он артефактом или нет, я склонен думать, что это не артефакт, а артефакт и цена, заплаченная получение этих полезных мутаций неизбежно приводит к возникновению вредных мутаций.
Являются ли самцы основным эволюционным инструментом для производства генетической изменчивости, необходимой для эволюции?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v