Algebra evolutiei

Dupa emisiunea Ceasuri moleculare, Sonata mi-a reprosat lipsa de claritate si Adrian Voiculescu a remarcat ca exista inca intrebari la care nu s-a raspuns. Voi incerca mai intai sa fiu mai clar. Apoi vom merge mai departe impreuna, intrebantu-ne si cautand raspunsuri.

Exista doua feluri de modele stiintifice: logico-conceptuale si matematice. De exemplu, arborele filogenetic formulat de Darwin este un model logico-conceptual. Arborele filogenetic molecular este un model matematic.

Acest model are la baza patru axiome:

1.Majoritatea mutatiilor sunt neutre din punct de vedere adaptativ insa duc la cresterea diversitatii (genetic drift, founder effect, bottleneck effect).
2.Cea mai comuna mutatie este substitutia unei nucleotide cu alta (substitutie moleculara).
3.Rata substitutiilor este constanta in istoria vietii (ceasuri moleculare).
4.Evolutia merge pe drumul cu numarul minim de substitutii (principiul parsimoniei).

Metoda consta in a alinia genomuri in secvente paralele si a construi matrici de distanta intre aceste secvente. Distanta intre doua secvente este data de numarul de substitutii in secventa originara. Pe baza matricilor de distanta si a ceasurilor moleculare se calculeaza toti arborii filogenetici posibili si este ales cel cu parsimonie maxima.

Sa alegem un exemplu simplu, pe care il vom rezolva manual. Avem mai jos trei secvente paralele de opt nucleotide, la gorila, om, si cimpanzeu.

Go
ACGTCGTA
Om
ACGTTCCT
Cimp
ACGTTTCG

Deja la prima vedere observam ca primele patru litere sunt comune la toate trei speciile, iar primele cinci la om si cimpanzeu. Plecam de la ipoteza ca secventele comune sunt mostenite de la stramosul comun. Pasul urmator este construirea matricii de distante.

Go-Om 4, Go-Cimp 4, Om-Cimp 2.

Avem deci patru substituii intre gorila si om, patru intre gorila si cimpamzeu, si doua intre om si cimpanzeu. Sarcina noastra este acum sa stabilim arborele filogenetic. Pentru aceasta, vom calcula euristic toti arborii filogenetici posibili si il vom alege pe cel cu parsimonie maxima.

Un arbore posibil ar fi acela ca Gorila, Cimpanzeul si Omul sunt trei crengi din acelasi nod, adica au evoluat in paralel dintr-un singur stramos comun. In aceasta ipoteza, fiecare secventa ar fi avut 4 mutatii, urmate de alte doua, una la om si alta la cimpanzeu. Asta implica 14 mutatii in total, adica numarul maxim posibil. Este parsimonia minima. O alta problema o constituie distanta de doua molecule intre om si cimpanzeu. Asta inseamna ca ceasul molecular ar fi mers cu o substitutie in plus la fiecare din cele doua fata de ceasul gorilei.

Sa consideram acum un alt scenariu. Gorila s-a despartit mai intai de linia stramosului comun al omului si al cimpanzeului prin doua substitutii. Stramosul comun om/cimp a suferit o substituie inainte de bifurcare, si apoi fiecare din cele doua specii a avut cate o substituie. Asta inseamna un numar de 5 mutatii si un ritm egal al ceasurilor moleculare pe parcursul procesului. Este drumul cu parsimonie maxima.

Vom determina deci arborele filogenetic cu doua noduri, primul la despartirea liniei gorilei de linia comuna, al doilea la bifurcarea omului si cimpanzeului. Lungimea crengilor in timp este direct proportionala cu numarul respectiv de substitutii moleculare.

Acum, o secventa de opt litere nu ar putea fi baza unei ipoteze. Este vorba insa de trei miliarde. Asta face ca probabilitatea sa depaseasca nivelul indoielii rezonabile. Pe de alta parte, analiza unei matrici atat de complexe nu se poate face manual, insa operatia este in principiu aceiasi.

Exista intrebari? Numele lor este legiune. Avem toate raspunsurile? Stiinta nu are niciodata toate raspunsurile. Adevarul este ca avem mai multe modele ale evolutiei moleculare la fel de valide. Acesta nu este insa un argument pentru scepticism intelectual. Intr-o zi vom avea raspunsuri la intrebarile prezente, dar raspunsurile vor da nastere la alte intrebari. Cunoasterea este o aventura, si aventurile nu sunt pentru cei care nu tolereaza incertitudini.

Vom explora in continuare certitudinile si incertitudinile evolutiei. Deocamdata am incercat doar sa fac mai clare cateva idei din prezentarea video.

Anunțuri

19 Responses to Algebra evolutiei

  1. „Dupa emisiunea Ceasuri moleculare, Sonata mi-a reprosat lipsa de claritate si Adrian Voiculescu a remarcat ca exista inca intrebari la care nu s-a raspuns”

    eu zic ca ii oferiti prea multa atentie lui Sonata..

    el imi aminteste de pozitia lui Behe cu privire la sistemul imunitar al vertebratelor la procesul din Dover

    ma refer la scena de la 6:28

  2. @Edi ” Stiinta nu are niciodata toate raspunsurile. ”

    mai exista si alt domeniu unde se cauta raspunsuri ?

  3. dorinvieru says:

    Articolul acesta imi aduce aminte de un comentariu al lui Sonata referitor la faptul ca TE este un Model Matematic:

    Ai mai debitat la adresa mea acuze ca nu inteleg cum e „chestia cu modelele matematice”, si ca „teoria evolutiei este un model matematic”. Balarii. Te-ai obisnuit sa gandesti in alb si negru.

    Daca abordarea lui Sonata este ca „TE este un Model Matematic. Balarii” ma intreb despre ce vorbim.

  4. Edi Constantinescu,

    Inainte de a va adresa o intrebare rog anticipat sa scuzati o oarecare lipsa a mea de pricepere in domeniu. Sper totusi ca intrebarea sa nu fie una proasta. Sa zicem ca in urma unor astfel de mutatii in secventa de nucleotide are loc transformarea unei gene viabile intr-o pseudogena. Nu aleg deocamdata niciun exemplu desi sunt destule, unele s-au si citat. Acum ma asez in postura unui adept al intelligent design, ipotetic vorbind. Pot sa speculez ca daca aceste mutatii au un rol totusi, si daca pseudogena respectiva are de asemenea un rol regulator sa zicem (desi ea nu codeaza pentru proteine), atunci inca mai poate sta in picioare ipoteza designului. Intrebarea mea ar fi urmatoarea : de unde stim ca aceste pseudogene nu au niciun fel de rol si cat de siguri putem fi in aceasta privinta ? A doua intrebare este daca s-au facut experimente legate de asta, macar pe animale, pe ce perioada de timp au fost urmarite dupa aceea si cu ce rezultate? Va multumesc.

  5. AV …” atunci inca mai poate sta in picioare ipoteza designului. ”

    scuze ca vorbesc neintrebat ..

    ce zici tu, suna mai mult a evolutie teista …

  6. Sonata says:

    @ dorinvieru

    Cred ca nu înțelegi ce spun pentru ca nu știi sa citești. Acuzațiile pe care mi le-ai adus erau bălării, anume ca nu înțeleg cum este cu… In rest, de la unul care pretindea 100% acuratețe in „modelele matematice” ai ajuns sa te mulțumești cu ipoteze si speculații. Fantastica evoluție!

  7. AV,

    Am promis ca vom explora impreuna intrebarile. Deocamdata modelul prezentat de mine are cateva probleme pe care inca nu le-am discutat. Vom disucta la urma si despre evolutionismul teist care are cteava ipoteze teologice (nu stiintifice) valide logico-filozofic. Un domeniu fascinant este simularea unor mecanisme evolutionare in laborator, asta doar in ultimii ani, dar este un domeniu care promite multe raspunsuri. Last but not least, multumim diavolului pentru AIDS care ne-a stimulat sa cercetam evolutia in lab ca niciodata inainte. Continuam.

  8. Mihai,

    La Andrews Dr.Baldwin obisnuia sa zica: din fericire pentru noi avem deja raspunsul in Biblie si SOP.

    No kidding, filosofia ne arata care sunt intrebarile legitime si din acest punct de vedere uneori ne da jumate din raspuns.

  9. dorinvieru,

    Eu si Sonata suntem doi southern gentlemen care au decis sa se intalneasca la 4 A.M. la Stone Mountain, cu pistoalele lustruite si martori. Castigatorul cumpara flori vaduvei. Deja am vizitat cateva florarii.

  10. Sonata,

    In rest, de la unul care pretindea 100% acuratețe in „modelele matematice” ai ajuns sa te mulțumești cu ipoteze si speculații. Fantastica evoluție!

    Cand eu am spus ca „nu avem nici o dovadă că acest creier este produsul unei inteligențe, dar avem din ce în ce mai multe dovezi că este produsul unei coincidențe foarte putin probabile dar nu imposibile” tu ai cerut „un singur eveniment cand ceea ce crezi ca este posibil s-a intamplat”.

    Chiar ca nu intelegi notiunea de Model Matematic. Tu nu procesezi ca faptele verifica Teoria si nu invers ? Pentru ca daca ar fi altfel, Teoria NU S-AR SCHIMBA. Din fericire, Teoria se poate schimba, cand informatiile se schimba.
    Ti-am mai dat un exemplu cu Modelele Atomice Rutherford si Bohr.
    Faptul ca avem din ce in ce mai multe dovezi care sustin Teoria asta inseamna ca acesta este modelul pe care il folosim si nu altul. Cand informatiile se schimba si Modelul/Teoria se schimba. Dar nu veni cu „Dumnezeu are voie sa se implice in natura respectand legile pe care El le-a stabilit” Tu vii cu Dumnezeu in stiinta ? Ce-i asta ?

    Si toata discutia noastra a inceput de la afirmatia ta „paradigma „TE” este menținută pe respirație artificiala si popularizata de către ideologi
    Daca ai fi inteles ce este un Model Matematic si o Teorie nu ai fi spus asta.

  11. Marcus Crassus says:

    Vieru Dorin,
    Comentariile intra automat in moderation queue daca au mai mult de 2 linkuri.

  12. Ianis says:

    WordPress ne anunta ca se implinesc 6 ani de cand suntem pe platforma OXIGEN2. 🙂

    Multa sanatate si ganduri bune gazdei, contributorilor, comentatorilor si tuturor vizitatorilor!

  13. Aurel Ionica says:

    Ianis,
    De 6 ani bateti apa-n piua pentru ca sunteti pe un drum infundat cum a profetizat Petrache Lupu. Sa mai zica ceva ca profetiile lui nu se implinesc!

  14. adabnerth says:

    Edi ,parerea mea ca ar fii cazul sa abordezi probelma stiintei din perspectiva criticului social. Aceasta ar fii o posibila explicatie a faptului ca multi oameni nu acceptateoriile stiintifice astazi. Poti aborda cumva relevanta lucrarilor lui Alvin Toffler Powershit , Future shock , , Revolutionary Wealth prin prisma teologiei crestine? Also, Neil Postman’s ideas are very relevant today.

  15. Intentionez sa ajung acolo. Deocamdata trebuie sa ma tin de cuvant cu privire la ce poate intelege pana si un prapadit ca mine din biologia moleculara pentru ca si alti prapaditi sa aiba curajul sa gandeasca cu mintea lor.

  16. Capu-Varzã says:

    „prapadit” = cu Capu-Varzã 😉

  17. Edi Constantinescu,

    Daca luam exemplul hemoglobinei umane, lanturile de tip delta din cate stiu sunt cele mai recente si se intalnesc exclusiv la oameni si primate. Unii adepti ai creationismului sustin insa ca, dupa ceasurile moleculare si calculand rata mutatiilor, rezultatele ar fi urmatoarele: pentru a justifica diferentele dintre catena alfa si mioglobina, prima duplicatie ar fi trebuit sa aiba loc acum 600 milioane de ani, apoi de la alfa la beta acum 400 milioane si tot asa pana la delta acum 40 de milioane de ani. Or, spun ei, problema e ca acum 40 de milioane de ani niciunul dintre beneficiari nu aparuse inca, nici omul nici maimutele antropoide. Deci, sustin ei, teoria evolutiei esueaza prin propriile ei predictii.
    As vrea sa va intreb daca aceste date sunt reale (eu le-am gasit intr-un eseu scris de Oana Iftime – biolog roman creationist), iar in cazul in care sunt reale, cum se explica aceste cifre ?

  18. Si as mai avea o intrebare. Maimuta are 48 de cromozomi iar omul 46. Evolutionistii spun ca doi cromozomi de la maimuta au fuzionat si ca, intr-adevar, exista la om un cromozom cu 2 centromeri situati excentric. S-ar putea ca intrebarea mea sa fie aiurea dar totusi ma framanta? Este posibila la mamifere fuziunea a doi cromozomi fara niciun efect nociv asupra individului ? A observat cineva vreodata, vreun savant, o astfel de fuziune care sa nu lase urmari negative ? Cu cine se mai poate imperechea un astfel de individ ca sa procreeze ? Din cate stiu mutatiile cromozomiale au efecte grave si duc intotdeauna la indivizi inferiori.

Lasă un răspuns:

Te rog autentifică-te folosind una dintre aceste metode pentru a publica un comentariu:

Logo WordPress.com

Comentezi folosind contul tău WordPress.com. Dezautentificare / Schimbă )

Poză Twitter

Comentezi folosind contul tău Twitter. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Facebook

Comentezi folosind contul tău Facebook. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Google+

Comentezi folosind contul tău Google+. Dezautentificare / Schimbă )

Conectare la %s

%d blogeri au apreciat asta: