Degenerescência (biologia) - Degeneracy (biology)

Dentro dos sistemas biológicos, a degeneração ocorre quando componentes / módulos / vias estruturalmente diferentes podem desempenhar funções semelhantes (ou seja, são efetivamente intercambiáveis) sob certas condições, mas desempenham funções distintas em outras condições. A degenerescência é, portanto, uma propriedade relacional que requer a comparação do comportamento de dois ou mais componentes. Em particular, se a degenerescência estiver presente em um par de componentes, então haverá condições em que o par parecerá funcionalmente redundante, mas outras condições em que eles parecerão funcionalmente distintos.

Observe que esse uso do termo praticamente não tem relevância para o conceito questionavelmente significativo de populações evolutivamente degeneradas que perderam funções ancestrais .

Exemplos biológicos

Exemplos de degenerescência são encontrados no código genético , quando muitas sequências de nucleotídeos diferentes codificam o mesmo polipeptídeo ; no enovelamento de proteínas , quando diferentes polipeptídeos se dobram para serem estrutural e funcionalmente equivalentes; em funções de proteínas , quando funções de ligação sobrepostas e especificidades catalíticas semelhantes são observadas; no metabolismo , quando múltiplas vias biossintéticas e catabólicas paralelas podem coexistir. De forma mais geral, a degenerescência é observada em proteínas de todas as classes funcionais (por exemplo , enzimática , estrutural ou regulatória), conjuntos de complexos de proteínas , ontogênese , sistema nervoso , sinalização celular (crosstalk) e vários outros contextos biológicos revisados ​​em.

Contribuição para robustez

A degenerescência contribui para a robustez das características biológicas por meio de vários mecanismos. Os componentes degenerados compensam uns aos outros sob condições onde são funcionalmente redundantes, proporcionando robustez contra falha de componente ou via. Como os componentes degenerados são um tanto diferentes, eles tendem a abrigar sensibilidades únicas, de modo que um ataque direcionado, como um inibidor específico , tem menos probabilidade de representar um risco para todos os componentes de uma vez. Existem numerosos exemplos biológicos em que a degenerescência contribui para a robustez dessa forma. Por exemplo, famílias de genes podem codificar para diversas proteínas com muitos papéis distintos, mas às vezes essas proteínas podem compensar umas às outras durante a expressão gênica perdida ou suprimida , como visto nos papéis de desenvolvimento da família de genes de adesinas em Saccharomyces . Os nutrientes podem ser metabolizados por vias metabólicas distintas que são efetivamente intercambiáveis ​​por certos metabólitos, embora os efeitos totais de cada via não sejam idênticos. No câncer , as terapias direcionadas ao receptor de EGF são impedidas pela coativação de tirosina quinases de receptor alternativo (RTK) que têm sobreposição funcional parcial com o receptor de EGF (e, portanto, são degeneradas), mas não são direcionadas pelo mesmo inibidor de receptor de EGF específico . Outros exemplos de vários níveis de organização biológica podem ser encontrados em.

Teoria

Relações teóricas entre propriedades biológicas que são importantes para a evolução. Para uma revisão das evidências que suportam essas relações, consulte.

Vários desenvolvimentos teóricos delinearam ligações entre degenerescência e importantes medições biológicas relacionadas à robustez, complexidade e evolucionabilidade . Esses incluem:

  • Argumentos teóricos apoiados por simulações propuseram que a degenerescência pode levar a formas distribuídas de robustez em redes de interação de proteínas. Esses autores sugerem que fenômenos semelhantes podem surgir em outras redes biológicas e, potencialmente, contribuir também para a resiliência dos ecossistemas .
  • Tononi et al. encontraram evidências de que a degenerescência é inseparável da existência de complexidade hierárquica nas populações neurais . Eles argumentam que a ligação entre degeneração e complexidade é provavelmente muito mais geral.
  • Simulações razoavelmente abstratas apoiaram a hipótese de que a degenerescência altera fundamentalmente a propensão de um sistema genético para acessar novos fenótipos hereditários e que a degeneração poderia, portanto, ser uma pré-condição para a evolução aberta .
  • As três hipóteses acima foram integradas onde propõem que a degeneração desempenha um papel central na evolução aberta da complexidade biológica. No mesmo artigo, foi argumentado que a ausência de degenerescência em muitos sistemas complexos projetados (abióticos) pode ajudar a explicar por que a robustez parece estar em conflito com a flexibilidade e adaptabilidade, como visto em software, engenharia de sistemas e vida artificial .

Veja também

Referências

Leitura adicional

Como existem muitos tipos distintos de sistemas que sofrem variação e seleção hereditárias (ver Darwinismo Universal ), a degeneração se tornou um tópico altamente interdisciplinar. O seguinte fornece um breve roteiro para a aplicação e estudo da degenerescência em diferentes disciplinas.

Comunicação Animal

Variação Cultural

  • Downey G (2012). "Variação cultural em habilidades de rúgbi: Um relatório neuroantropológico preliminar". Annals of Anthropological Practice . 36 (1): 26–44. doi : 10.1111 / j.2153-9588.2012.01091.x .

Ecossistemas

Epigenética

História e filosofia da ciência

Biologia de sistemas

Evolução

Imunologia

Vida artificial , inteligência computacional

  • Andrews, PS e J. Timmis, A Computational Model of Degeneracy in a Lymph Node. Lecture Notes in Computer Science, 2006. 4163: p. 164
  • Mendao, M., J. Timmis, PS Andrews e M. Davies. O sistema imunológico em partes: lições computacionais de degenerescência no sistema imunológico. em Foundations of Computational Intelligence (FOCI). 2007
  • Whitacre, JM e A. Bender. Neutralidade degenerada cria paisagens de fitness evolutíveis. no WorldComp-2009. 2009. Las Vegas, Nevada, EUA.
  • Whitacre, JM, P. Rohlfshagen, X. Yao e A. Bender. O papel da robustez degenerada na capacidade de evolução de sistemas multiagentes em ambientes dinâmicos. em PPSN XI. 2010. Cracóvia, Polônia.
  • Macia J., Solé R. (2009). "Robustez distribuída em redes celulares: insights de circuitos sintéticos evoluídos" . Journal of the Royal Society Interface . 6 (33): 393–400. doi : 10.1098 / rsif.2008.0236 . PMC  2658657 . PMID  18796402 .
  • Fernandez-Leon, JA (2011). Evolução das dependências cognitivo-comportamentais em agentes situados para robustez comportamental. BioSystems 106, pp. 94-110.
  • Fernandez-Leon, JA (2011). Robustez comportamental: uma ligação entre mecanismos distribuídos e dinâmica transiente acoplada. BioSystems 105, Elsevier, pp. 49-61.
  • Fernandez-Leon, JA (2010). Evolução do comportamento robusto dependente da experiência em agentes incorporados. BioSystems 103: 1, Elsevier, pp. 45–56.

Cérebro

  • Price, C. e K. Friston, Degeneracy and cognitive anatomy. Trends in Cognitive Sciences, 2002. 6 (10) pp. 416-421.
  • Tononi, G., O. Sporns e GM Edelman, Medidas de degeneração e redundância em redes biológicas. Proceedings of the National Academy of Sciences, EUA, 1999. 96 (6) pp. 3257–3262.
  • Mason, PH (2014) O que é normal? Um levantamento histórico e perspectiva neuroantropológica, em Jens Clausen e Neil Levy. (Eds.) Handbook of Neuroethics, Springer, pp. 343-363.

Linguística

Oncologia

  • Tian, ​​T., S. Olson, JM Whitacre e A. Harding, The origins of cancer robustness and evolvability. Integrative Biology, 2011. 3: pp. 17–30.

Avaliação por pares

  • Lehky, S., Sistemas de Avaliação e Seleção por Pares: Adaptação e Desadaptação de Indivíduos e Grupos por meio da Revisão por Pares. 2011: BioBitField Press.

Pesquisadores

links externos

  1. ^ Fernandez-Leon, JA (2011). "Evoluindo dependências cognitivo-comportamentais em agentes situados para robustez comportamental". BioSystems . 106 (2–3): 94–110. doi : 10.1016 / j.biosystems.2011.07.003 . PMID  21840371 .
  2. ^ Fernandez-Leon, JA (2011). "Robustez comportamental: uma ligação entre mecanismos distribuídos e dinâmica transiente acoplada". BioSystems . 105 (1): 49–61. doi : 10.1016 / j.biosystems.2011.03.006 . PMID  21466836 .
  3. ^ Fernandez-Leon, JA (2010). "Evolução do comportamento robusto dependente da experiência em agentes incorporados". BioSystems . 103 (1): 45–56. doi : 10.1016 / j.biosystems.2010.09.010 . PMID  20932875 .