Pleiotropic scaling of gene effects and the ‘cost of complexity’

Je me demande si je ne dois pas faire une nouvelle catégorie pour y ranger certains articles « se sont tiré une balle dans le pied ». Un peu long mais il en faut au moins ça. Pour l’instant je garde « jtf funded » en tant que tag.

La John Templeton Foundation, qui occupe un pourcentage appréciable de mes loisirs ces jours-ci, grâce à leur action via l’UIP et Jean Staune en France, semble avoir pris les dispositions pour se transformer les pieds en passoires. En finançant des études scientifiques, dans l’espor que les résultats iraient par miracle abonder dans leur sens de besoin d’impliquer des entités surnaturelles, pour soutenir leur créationnisme new age. Allez savoir.

Après l’étude sur l’effet de la prière sur l’amélioration de l’état de santé qui montre que les prières n’ont aucun effet bénéfique (peuvent par contre aggraver le cas des personnes qui sont au courant qu’on prie pour elles !), nous voici avec une autre notion chère aux créationnistes (plus ou moins anti-Darwin) qui semble tomber grâce aux financements de la JTF, le coût de la complexité. Jean Staune et Pierre Perrier seront ravis de se renseigner sur le sujet, je n’en doute pas (en fait si, je plaisantais 🙂 )


Le coût des traits complexes a été souvent évoqué pour instiller l’idée que le temps nécessaire pour les processus évolutionnaires n’était pas suffisant pour aboutir à la complexité nécessaire pour obtenir des organismes du genre Homo sapiens et donc en faveur d’une évolution guidée/orientée, probablement pas la fantasme appelé dieu, l’intelligent designer façon évolution théiste, le dernier créationnisme à ce jour.

En étudiant de plus près la réalité (et ne restant pas à ses rêves) il semble que le coût de la complexité a été surestimé, essentiellement parce que le pléïotropisme des mutation se trouve restreint par la sélection naturelle.

Les conséquence de cette observation sont assez intéressantes, puisqu’elles semblent indiquer que avec une complexité croissante on observe une sélection d’espèces qui ne disposeraient pas du potentiel de s’adapter rapidement à des changements externes des facteurs de sélection; mais par ailleurs, des organismes suffisamment complexes pour affecter les facteurs de sélection, en modifiant leur micro-envirronnement, seraient favorisés pour survivre à des changements catastrophiques et disposer du temps nécessaire pour une adaptation plus lente.

Nature 452, 470-472 (27 March 2008) | doi:10.1038/nature06756; Received 23 August 2007; Accepted 28 January 2008

Pleiotropic scaling of gene effects and the ‘cost of complexity’

Günter P. Wagner, Jane P. Kenney-Hunt, Mihaela Pavlicev, Joel R. Peck, David Waxman & James M. Cheverud

As perceived by Darwin, evolutionary adaptation by the processes of mutation and selection is difficult to understand for complex features that are the product of numerous traits acting in concert, for example the eye or the apparatus of flight. Typically, mutations simultaneously affect multiple phenotypic characters. This phenomenon is known as pleiotropy. The impact of pleiotropy on evolution has for decades been the subject of formal analysis1, 2, 3, 4, 5, 6. Some authors have suggested that pleiotropy can impede evolutionary progress (a so-called ‘cost of complexity’5). The plausibility of various phenomena attributed to pleiotropy depends on how many traits are affected by each mutation and on our understanding of the correlation between the number of traits affected by each gene substitution and the size of mutational effects on individual traits. Here we show, by studying pleiotropy in mice with the use of quantitative trait loci (QTLs) affecting skeletal characters, that most QTLs affect a relatively small subset of traits and that a substitution at a QTL has an effect on each trait that increases with the total number of traits affected. This suggests that evolution of higher organisms does not suffer a ‘cost of complexity’ because most mutations affect few traits and the size of the effects does not decrease with pleiotropy.

These findings affect predictions about the consequences of complexity on evolvability in two ways. First, the reason that Fisher’s geometric model suggests a decrease in evolvability with increasing number of traits (complexity) is that his and all studies following his approach assume that each mutation potentially affects all traits (‘universal pleiotropy’). Therefore with increasing complexity it becomes increasingly unlikely that all traits are affected by a mutation in a way that causes fitness to increase. However, the effects we detected in our study are not nearly as widely pleiotropic as assumed by the model of universal pleiotropy. QTL effects are more restricted to parts of the phenotype as suggested by the idea of variational modularity. Why this is so is unclear, but there is increasing evidence that natural selection can change pleiotropy such that evolvability increases. If, at any one time, only one or a few characters are maladapted, modularity increases evolvability. The second factor that was cited as leading to a lower evolvability of complex organisms is the assumption of constant total effect. This assumption was introduced to accommodate the fact that most mutations have small effects. In contrast, the euclidean superposition model with universal pleiotropy predicts that the probability of small-effect mutations becomes very small. This is so because if many characters are affected by each mutation, then it would be unlikely that the total effect is small. The constant-total-effect model, however, has the consequence that the average effect per character decreases and thus the rate of response to directional selection also decreases, leading to another cost of complexity prediction. However, our data show that the total effects of mutation actually increase with pleiotropy. It therefore seems that in real organisms the combination of restricted rather than universal pleiotropy, and increasing total effects, could be seen as evolution’s answer to the challenges of evolving complex organisms with random variation and selection.

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