Может ли старение развиться как адаптация для оптимизации отбора? (Применение компьютерного моделирования для поиска условий, при которых «басня о зайцах» способна объяснить эволюцию старения)

1 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, биологический факультет, 119991 Москва, Россия; электронная почта: e.u.yakovleva@gmail.com

2 Палеонтологический институт им. А.А. Борисяка РАН, 117997 Москва, Россия; электронная почта: markov_a@inbox.ru

3 ООО «АБК», 117997 Москва, Россия; электронная почта: mikhail.barg@gmail.com

Поступила в редакцию 06.08.2018

DOI: 10.1134/S0320972518120084

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: старение, эволюция старения, «басня о зайцах», адаптация, естественный отбор, имитационная модель, компьютерное моделирование.

Аннотация

В настоящее время существует два взгляда на эволюцию старения. Классическая теория старения предполагает, что естественный отбор неэффективно элиминирует мутации или аллели, оказывающиеся вредными для организма в позднем возрасте. Другая гипотеза состоит в том, что генетическая программа старения развилась как адаптация, способствующая оптимизации эволюционного процесса. Академик В.П. Скулачев отстаивает данную альтернативную гипотезу, смысл которой проиллюстрирован им в «басне о зайцах». В настоящей работе предпринята попытка с помощью компьютерного моделирования подобрать условия, в которых, согласно «басне», старение развивается как адаптация, являющаяся необходимой для эволюции других полезных признаков. Моделирование показало, что эволюционный механизм, изложенный в «басне о зайцах», работоспособен лишь отчасти. При определенных условиях запрограммированное ухудшение одних функций организма способствует увеличению эффективности естественного отбора по другим его функциям. Однако не удалось выявить механизмы, которые обеспечили бы распространение и поддержание отбором генов старения внутри популяции.

Текст статьи

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

Финансирование

Исследование проводится при финансовой поддержке РФФИ (проект №18-04-00915 А).

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Список литературы

1. Jones, O.R., Scheuerlein, A., Salguero-Gomez, R., Camarda, C.G., Schaible, R., Casper, B.B., Dahlgren, J.P., Ehrlen, J., Garcia, M.B., Menges, E.S., Quintana-Ascencio, P.F., Caswell, H., Baudisch, A., and Vaupel, J.W. (2014) Diversity of ageing across the tree of life, Nature, 505, 169–173.

2. Hamilton, W.D. (1966) The moulding of senescence by natural selection, J. Theor. Biol., 12, 12–45.

3. Rose, M. (1991) Evolutionary Biology of Aging, Oxford Univ. Press, Oxford.

4. Medawar, P.B. (1952) An Unsolved Problem of Biology, London, HK Lewis.

5. Williams, G.C. (1957) Pleiotropy, natural selection, and the evolution of senescence, Evolution, 11, 398–411.

6. Северин Ф.Ф., Скулачев В.П. (2009) Запрограммированная клеточная смерть как мишень борьбы со старением организма, Успехи геронтологии, 22, 37–48.

7. Skulachev, V.P. (2003) Aging and the programmed death phenomena, Top. Curr. Genet., 3, 191–238.

8. Heredia, D., Sanz, V., Urquia, A., and Sandin, M. (2015) A systemic approach for modeling biological evolution using Parallel DEVS, Biosystems, 134, 56–70.

9. Markov, M.A., and Markov, A.V. (2014) Computer simulation of the ontogeny of organisms with different types of symmetry, Paleontol. J., 48, 1143–1151.

10. Марков М.А., Марков А.В. (2011) Самоорганизация в онтогенезе многоклеточных: опыт имитационного моделирования, Журнал общей биологии, 5, 323–339.

11. Меншуткин В.В., Наточин Ю.В. (2008) Имитационное моделирование процесса образования многоклеточных животных, Палеонтологический журнал, 2, 3–12.

12. Меншуткин В.В. (2003) Компьютерная имитация различных типов эволюционного процесса, Журнал общей биологии, 4, 328–336.

13. Peck, S.L. (2004) Simulation as experiment: a philosophical reassessment for biological modeling, Trends Ecol. Evol., 10, 530–534.

14. Chistyakov, V.A., Denisenko, Y.V., and Bren, A.B. (2018) Presence of old individuals in a population accelerates and optimizes the process of selection: in silico experiments, Biochemistry (Moscow), 83, 159–167.

15. Wright, S. (1932) The roles of mutation, inbreeding, cross-breeding and selection in evolution in Proceedings of the sixth international congress of genetics (Jones, D.F., ed.), Brooklyn Botanic Garden, Menasha, WI, pp. 356–366.

16. Crow, J.F., and Kimura, M. (1970) An introduction to population genetics theory, Harper and Row, N.Y.

17. Barton, N.H. (2000) Genetic hitchhiking, Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci., 355, 1553–1562.