האתר נמצא בשלבי בנייה ומכיל מידע לא בשל.

למידע עדכני ושרותים בנושא פטנטים, פיתוח מוצרים והנדסה, יש להיכנס לפורטל הפטנטים:

פטנטים תבנית נגישות לג'ומלה!

סיכום - אב טיפוס עבור עיבוד שבבי של פטנטים

נכתב ע"י Nimo שישי, 05 דצמבר 2008 17:45

בתוך אבטיפוס יש גם תכונה של תוקפנות. זה בדומה למחפשים ולנטפלים. יכולים להיות פטנטים תוקפניים שרואים טריטוריה ואם היא תפוסה הם מגרשים את הפטנטים. תוקפנות מכונה H וותרנות D. ה- fitness של H יורד כשיש הרבה תוקפנים באבטיפוס כי הוא מנסה להילחם בכל מחיר אבל אז שני הפטנטים סובלים מנזק קשה. אם יש אסטרטגיה של להיות H בכל מחיר ויש מעט יש לזה יתרון אבל שיש זה כבר לא מהווה יתרון. מכאן שגם D זו אסטרטגיה לא רעה, תמיד יהיה מקום אחר. לכן צפוי שתהיה נקודת איזון שבו לפטנט כדאי להיות במידה שווה או H או D. זה תלוי כמובן בשכיחות הכללית.

שיווי משקל מתואם:

קיים ESS יציב מאוד מפתיע- מי שמגיע ראשון לטריטוריה הוא נשאר בעל הבית. כל מי שמנסה להפר את זה מפסיד. זה נשמר כי האסטרטגיה הקבועה באבטיפוס היא שכל הפטנטים מנסים להגן על נחלתם. יש יתרון גדול לא להיכנס למלחמה על בסיס מידע מוטעה, פטנט צריך להעריך את היכולת שלו והיכולת של היריב. אפשר להגיד שאין דרך פשוטה לחיה לדעת את היכולת שלה ושל היריב אלא ע"י לימוד- סימנים כמו גודל, כוח וכד'. מלחמה מתרחשת בד"כ כשיש אי הבנה.

פטנט מנסה לאותת לפטנטים האחרים את יכולתו ואם הוא באמת מייצג כוח אמיתי הוא יכול לשכנע. כל פטנט מראה כמה הוא חזק או זריז. בתוך העדר יש יתרון של פטנטים שמאותתים לטורף שהם חזקים, בעצם הם מאותתים שיש פטנטים חלשים יותר לטרף.

עיקרון ההכבדה (אמוץ זהבי)- כדי שאיתות יהיה אמין הוא חייב להית כזה שרק מי שבאמת חזק יפעיל אותו או ישתמש בו ולפטנט חלש אין את היכולת הזו.

כשפטנטים יוצאים לשטח לאכול יש מצב מעט מוזר שבו מי שיוצא ראשון הוא הכי בסכנה.  לכן כולם צריכים לצאת יחד והסיכויים קטנים. פטנט שמאוד רעב או מטפל בגוזלים חושב יותר על תועלת האוכל וייצא ראשון בכל זאת.

לסיכום ESS:

שיווי המשקל הגנטי ההתנהגותי וההתפתחותי באב טיפוס, הדרך היעילה ביותר לחשוב עליו היא במובן של מקסימיזציה של fitness כאשר המצב היציב באבטיפוס מותנה במה שעושים כל הפטנטים האחרים ואז המצב היציב באבטיפוס הוא לא מצב האופטימום של האבטיפוס אלא כל פטנט שיסטה מהמצב הזה יפסיד. באותם תנאי סביבה יכולים להיות יותר ממצב יציב אחד ואז יכולים להיות מצבים יציבים שונים לגמרי אבל שניהם יהיו יציבים במובן הזה שלכל סטייה מהם תהיה סלקציה. אותה אבטיפוס יכולה להיות בשיווי משקל שונה.

האבולוציה של המערכת הגנטית עצמה

אבולוציה של קצב המוטציה:

יתרון לקצב מוטציה גדול יותר או קטן יותר, בהנחה שקצב המוטציה הוא תכונה. למשל מבחינה מולקולרית הדיוק בקצב המוטציה הוא תכונה. כדאי לזכור שהדנ"א עצמו די אדיש לאינפורמציה שהוא מכיל. תכונת היציבות של הדנ"א זו תכונה מולקולרית של הדנ"א ולא אינפורמטיבית. לתכונות המולקולאריות של הדנ"א שמגדירות את הדיוק במוטציה לא תלויות באינפורמציה או בהשלכות של המוטציה.

כששואלים איזו סלקציה פועלת על קצב מוטציה צריך להתחשב בקצב המוטציה של כל הגנים, השינויים ב- fitness כתוצאה ממוטציה עליהם פועלת הסלקציה.  יש אחוז גדול מאוד של מוטציות עם השפעה קטנה יחסית ומספר די גדול של מוטציות עם השפעה דומה ומידת ההשפעה על ה- fitness תלויה, כמו במודל של פישר, במרחק מנקודת האופטימום. כל תכונה ותכונה הסיכוי שהמוטציה שבה תהיה מוצלחת תלוי במרחק של התכונה מהאופטימום. בטבע יש הרבה מאוד צירופים שונים. יש הרבה תכונות שנשמרו באופן אחיד ביותר במשך מאות שנים, כלומר הייתה עליהם סלקציה מאוד מייצבת וכל מוטציה מזיקה. אם תכונות נמצאות כבר בנקודת האופטימום כל המוטציות מזיקות וסביר שתהיה סלקציה להקטנת הקצב. כל מוטציה בהסתברות מאוד גבוהה מקלקלת. לעומת זאת תכונות אחרות שיותר קשורות להתאמה סביבתית יכול להיות שהן נמצאות במרחק מסוים ואז יש סיכוי לא קטן שמוטציות יהיו מוצלחות. חשוב להתייחס גם לגודל המוטציה, לאפקט. גודל קטן הוא בעל סיכוי 1/2 להיות מוצלח ו-1/2 להזיק. לתהליך מוטציוני אין הבחנה בדנ"א שבו הוא פוגע. בהסתברות של 10^-9 למשל, יש מוטציה להחלפת בסיס, באופן אקראי.

Zכדי להבין איזה סלקציה פועלת על קצב מוטציה צריך להניח על התוצאה המשוקללת של כל המוטציות. חישוב קצב מוטציה אופטימאלי הוא כמעט בלתי אפשרי כי הנתונים הרלוונטיים הם דנ"א.

יש לא מעט וירוסים שבהם הסיכוי לשגיאות הוא פי אלף יותר. העובדה היא שהדיוק הרבה יותר קטן בפקטור עצום. אם מתייחסים למאגר הגדול הגנומי של אבטיפוס עילאיים כמו לאדם יש מוטציות בסדר גודל של 2 בכל דור במקום כלשהו בגנום.

הגישה לפתור את זה הייתה לבחון מה קורה לגן אחד בלבד ולמוטציה מסוג מסוים אחד שיודעים מה היא עושה.

סלקציה על קצב מוטציה פועלת על ההצלחה של תוצרי המוטנט. נאמר והיה גן A1 שהמוטציה יצרה A2, אם הסלקציה פעלה על A2 יש linkage selection. כשיש סלקציה על תכונה מסוימת זה גורר את השינוי בתדירות של כל הגנים שהולכים איתה. תכונה מסוימת (נקראת mutator) משפיעה על סיכוי למוטציה בתכונה אחרת (u). בגן הקובע את המוטציה מכיל גם אללים שונים (m1 או m2) והם שמכתיבים את קצב המוטציה.

איך תפעל סלקציה על תכונה m שהיא קצב המוטציה כתוצאה נלווית של קצב הסלקציה על ה- fitness?

-          אם m1 מגדיל את הסיכוי למוטציה ב-u אז התדירות של A1 שעולה גורמת לעלייה בתדירות של הגן שגורם לעלייה! ההסתברות לקבל את האלל של ה- fitness הגדול יותר תהיה גדולה יותר. זה בדיוק האפקט של התאחיזה (linkage)-הסלקציה לא פועלת ישירות אלא כנלווית. היא פועלת על u וגוררת עלייה בתדירות האלל m. ההסתברות לקבל A2 למשל גבוהה יותר כשקצב המוטציה יותר גבוה, אם A2 מוצלח ויש סלקציה לטובתו קצב המוטציה יעלה.

אם כן, אם המוטציות נחותות יש נגדן סלקציה והתדירות שלהן יורדת אז הן גוררות הקטנה בקצב הסלקציה. ככל שיש יותר מוטציות נחותות יש יותר סלקציה להקטנת הקצב ולהיפך- ככל שהן יותר מוצלחות הן גוררות סלקציה להגדלת הקצב. הסלקציה פועלת רק בעקיפין.

ההנחה היא שמוטציות מוצלחות הן יחסית נדירות. רובן פחות מוצלחות, לגבי רוב התכונות. הסיבה היא שמה שקיים טוב יותר. לכן המצב הנפוץ בטבע הוא כזה שרוב המוטציות נחותות ובמצב הזה כל זמן שיש מוטציה יש סלקציה להקטנת קצב המוטציה. מדי פעם מופיעה מוטציה מוצלחת שגוררת את האללים בגנים שעברו את המוטציה והם שיעלו את קצב המוטציה. באופן כללי קצב המוטציה מאוד נמוך אז אם מדברים על אופטימיזציה הערכים מאוד נמוכים.

 

מוטציה בגן אחד-

אנחנו מניחים שאם האבטיפוס מספיק יציבה יש שיווי משקל מוטציה- סלקציה בתדירות מוטציה של u קצב המוטציה חלקי s מקדם הסלקציה. כשיש שינוי בסלקציה גן אחד לפחות מבין כל המוטנטים יותר מוצלח. הוא מתחיל להתרבות עם אותו יתרון סלקטיבי ולכן הוא ישתלט על האבטיפוס. אותו שינוי קורה כשיש שינוי מ- A1 ל-A2 ותדירות A2 עולה באבטיפוס. קצב ההתרבות שלו פרופורציוני לתדירות ההתחלתית. הגן ל- fitness המוצלח שמתרבה פרופורציוני לקצב המוטציה שיצרה אותו קודם. באותו זמן פועלת סלקציה על ה- mutator. הסלקציה הפועלת על הגנים במוטציה היא שקלול בין כמה הגן מפסיד בין שינויים סלקטיביים לעומת כמה הוא מרוויח אח"כ. קצב המוטציה האופטימאלי הוא 1/k כאשר k  הוא ה- interval בין הדורות. 

יום שלישי 01 אפריל 2008

סלקציה על קצב מוטציה- המשך.

כל פעם שיש אירוע של סלקציה הוא גורר אחריו את האלל עם קצב המוטציה היותר גבוה. מה שקורה בגנום כולו פחות או יותר דומה. אם יש בגנום כולו 20 אלף גנים ובכל אחד משתלט מדי פעם אלל יותר מוצלח, כל פעם הוא גורר אחריו את האללים לקצב מוטציה יותר גבוה. ברגע שהאלל בעל ה- fitness הגבוה משתלט הוא גורר אחריו את כל האללים לקצב מוטציה יותר גבוה שנמצאים בסביבתו הקרובה. אפשר להעריך מהו הקצב שבו חלה סלקציה אדפטיבית לגנום כולו. יש סדר גודל די דומה למינים שונים- משהו כמו פר דור. באיזשהו מקום בגנום תהיה החלפה אדפטיבית. זה אומדן לא מדויק אבל יש הערכות בכמה מערכות.

כל פעם שהסביבה משתנה כמו למשל תקופת הקרח בעשרות או מאות גנים האללים התחלפו. כל פעם שנוצר איבר חדש מיד יש סלקציה על כל האיברים האחרים. זו התארגנות מחדש של המערכת הפנימית. את זה קשה מאוד להעריך. אפשר להגיד שכאשר יש שינויים יותר מהירים יש יותר החלפות גנים. כך גם כשיש התפתחות מורפולוגית ומעבר התפתחותי.

כשאין שום מוטציה מועילה תוצרי המוטציה פגומים אז היא מורידה fitness. רק בזמן ההחלפה יש סלקציה לגידול קצב הסלקציה. כל פעם באיזשהו מקום מתחלף איזשהו גן שגורר אחריו את הגנים שבקרבתו.

linkage selection נחלש מאוד כתלות בגן המוטציה- תאחיזה יעילה פועלת על אותם גנים שמשפיעים על התכונה ונמצאים קרוב אליה.

קצב המוטציה בגנום כולו שווה פחות או יותר לקצב ההחלפה של המוטציות המוצלחות. קצב המוטציה הוא בערך 1-2 בכל דור. ההחלפה היא פי 50 יותר איטית ממה שהייתה דרושה על מנת לעיבוד שבבי קצב אופטימאלי גבוה. התכונה להעלאת קצב המוטציה עולה אם מתנים תנאים משתנים.

לדיוק שכפול הדנ"א יש מחיר גבוה מאוד בקצב השכפול- שמשכפלים מאוד מדויק הקצב יורד. צריך לעיבוד שבבי מערכת בקרה מאוד מהודקת שמאטה את קצב המוטציה. לעומת זאת א דנ"א צריך להשתכפל מהר בהכרח יהיו יותר שגיאות. יש מוטציות לא מהסיבה העיקרית של יתקון אדפטיבי לשינוי מהיר, למרות שזה קיים. בגדול יש קצב מוטציה גבוה שנובע בעיקרו מכך שהשכפול המדויק של הדנ"א מפסיד מהמהירות שלו. בכל מני שלבים במהלך החיים יש יתרון לחלוקת תאים מהירה.

לווירוס יש קצב מוטציה גבוה וכך הוא מתמודד עם שינויים בפונדקאים או עם אנטיביוטיקה וכו'. קצב המוטציה הזה לא עבר סלקציה להכנה לעתיד אלא בעיקר כתוצאה של אי דיוק או מערכת שכפול מאוד לא מדויקת. אם הווירוס היה בוחר בין רמת דיוק לבין קצב המהירות הוא היה בוחר ברמת הדיוק. 10% מהצאצאים שלו גם יוצאים דפוקים בגלל שמוטציות נעשות גם בתכונות החשובות לו.

יש הרבה מאוד סיפורים על קצב מוטציה אופטימאלי בתנאים של סטרס. בתנאי סטרס זה נכון שקצב המוטציה יותר גבוה אך השאלה היא אם יש סלקציה להגדלה או שזו תוצאת לוואי של המערכת. לכן צריך מאוד להיזהר מגישה נאיבית שהאבולוציה עובדת למען מטרה לעתיד. זה לא כך, היא פועלת בכל דור ודור לטובת זה שמצליח להתרבות מהר.

לרוב יש למוטציה וצרים לא מוצלחים אז להגיד שיש לה מטרה אדפטיבית זה לא מדויק.

האבולוציה של הרבייה המינית

היתרון של הרבייה המינית זה לעיבוד שבבי צרופים שונים שיגררו אחריהם ב- linkage selection את הגנים שיקבעו את מידת הרקומבינציה. מדובר במערכות גנטיות דיפלואידיות. המערכת היא של שתי מנות. במיוזה יש הפרדה אקראית של כרומוזומים שמקורם משני ההורים ובנוסף יש רקומבינציה כך שיש לא רק צירופים שונים של הכרומוזומים מההורים אלא גם כרומוזומים חדשים. חשוב לזכור שאין שינוי בתדירות האללים והרקומבינציה לא יוצרת גנים חדשים אלא גנוטיפים חדשים. לכן מדובר על ההצלחה של הגנוטיפים השונים והצירופים אבל לא על האללים.

רקומבינציה משמעותית רק בגנים פולימורפים- שיש יותר מאלל אחד. אם יש גנים מונומורפים לא תהיה משמעות לקומבינציה כי שני הכרומוזומים מההורים זהים. זה מגביל את חשיבות העניין רק לתכונות הפולימורפיות ולא לאחידות. למרות זאת שגנים נחשבים מונומורפים כי יש גן שולט באבטיפוס, אחוז קטן של מוטציות נוצר בכל דור ודור. זאת אומרת שהרקומבינציה חשובה לגנים פולימורפים ליצירת צרופים חדשים ובאופן אוניברסאלי חשובה לכל הגנים כי יש להם אוסף, קטן אומנם, של מוטציות. רובן פגומות.

כל מני גנים פגומים לא מתבטאים אם אלל המוצלח הוא דומיננטי. יש רווח מזה לפטנט הדיפלואידי. הוא מפסיד פחות fitness ע"י מוטציות פגומות. יחד עם זאת, לטווח הארוך זה לא עוזר. השכיחות של האללים עולה עד שקצב הסילוק משתווה לקצב המוטציה. שיווי המשקל של קצב הסילוק וקצב המוטציה מתקיים לא משנה באיזה מערכת. אם מצטברים הרבה גנים פגומים מוגנים הטרוזיגוטים, כשעוברים חזרה למערכת שמבטלת את זה כמו למשל הפריה עצמית ההגנה מתבטלת. האבקה עצמית זה תשלום מאוחר עבור ההגנה שהייתה קודם. זה תהליך אבולוציוני שהולך לכיוון מסוים ואי אפשר לצאת ממנו.

רבייה מינית זה להביא יחד שני הורים ורקומבינציה זה לעיבוד שבבי גנוטיפ משני מינים כך שזה כלול אחד בשני. הרקומבינציה קיימת מווירוסים ועד אבטיפוס עילאיים. המערכת מאוד שמורה מבחינה מולקולרית. יש קבוצות שלמות של אורגניזמים בהן רבייה מינית היא 100% אבל הרבה מאוד יוצאים מן הכלל- יש רבייה מינית חלקית. או מדי פעם או במקביל. להרבה אורגניזמים יש יכולת לשנות את הפרופורציה בין הרבייה המינית לאל מינית. תוצר של רבייה מינית לכשעצמו לא מקנה יתרון פיסיולוגי או התנהגותי. אם נוצר אותו גנוטיפ ברבייה מינית או אל מינית התפקוד בסביבה אותו דבר.

רבייה מינית היא כאשר שני הצאצאים ייחודיים שונים מההורים ואחד מהשני. כל פטנט של רבייה מינית הוא צרוף גנוטיפי ייחודי. זה יוצר קונפליקטים גנטיים. ברגע שיש הרכב גנטי שונה בין הפטנטים יש יתרון לתכונה של צאצא אחד לעומת האחרים. רבייה מינית מייצרת מראש מצבי קונפליקט שיכולים להיות קיצוניים. רבייה אל מינית קיימת גם בבע"ח גם בצמחים ויכולה להיות מוצלחת. נוצרות רק נקבות (נקבה יוצרת נקבה והזכרים מיותרים). רבייה אל מינית מורכבת מצרופים א-סקסואליים לא רק בתכונה אחת. הסלקציה פועלת לא רק על תכונה אלא על האוסף. זה מאפשר אבולוציה ברמה יותר מתוחכמת, לסלקציה יש אוספים של תכונות שעוברים סלקציה כקומפלט.

עד שנת 1968 אנשים לא הבינו כמה גדול המחיר הגנטי של הרבייה המינית. כל נקבה מינית יוצרת נקבה מינית אחרת. באבטיפוס שיש בה מוטציה לרבייה אל מינית, נקבה אל מינית תפנה את כל המשאבים שלה ליצירת בנות, שתי נקבות. ברגע שמופיע מוטנט נדיר לרבייה אל מינית יש לו יתרון פי 2, הוא מתרבה במהירות כפולה מרבייה מינית. צריך לתת לגן ברבייה מינית יתרון מספיק גדול פי 2 [1]. נקבה מינית מטפלת ב-50% מהגנים שנותן לה הזכר, הוא נתפש כפרזיט עליה.

הבעיה היא שהורים הם לא מדגם זניח של האבטיפוס, הם מבחר של הגנוטיפים הטובים, שהצליחו. כדי שלרבייה מינית יהיה יתרון היא צריכה להתגבר על המחיר פי 2 של הגנים של הזכר ודבר שני שצרופים חדשים בממוצע יותר טובים מצרופים קודמים.

יתרונות אקולוגיים- בסביבה משתנה.