Skaičių magija. Mokslininkai atrado, kad evoliucinėje genetikoje slypi skaičių teorija

Naujajame tyrime mokslininkų komanda atrado dar vieną stebinantį matematikos ir gamtos ryšį.

Iš tiesų tyrėjams pavyko pastebėti ryšį tarp vienos gryniausių šio mokslo formų - skaičių teorijos - ir gyvybės evoliuciją molekuliniu lygmeniu valdančių mechanizmų, t. y. genetikos.

Iš tiesų skaičių teorija yra viena iš geriausiai daugeliui žmonių pažįstamų matematikos formų. Ji apima sveikųjų skaičių ir jų neigiamų atitikmenų aritmetines funkcijas (daugybą, dalybą, sudėtį ir atimtį).

Pavyzdžiui, garsiąją Fibonačio seką, kurioje kiekvienas sekos skaičius yra ankstesnių dviejų skaičių suma, galima rasti visur gamtoje, pavyzdžiui, pušų spurgų, ananasų ir saulėgrąžų sėklų.

Pasak tyrimo vyriausiojo autoriaus, Oksfordo universiteto matematiko Ardo Luiso, skaičių teorijos grožis slypi ne tik abstrakčiuose sveikųjų skaičių sąryšiuose, bet ir "giliose matematinėse struktūrose, kurias ji nušviečia mūsų gamtos pasaulyje".

Naujajame tyrime mokslininkai daugiausia dėmesio skyrė mutacijoms - genetinėms klaidoms, kurios įsibrauna į organizmo genomą ir lemia evoliuciją.

Pavyzdžiui, kai kurios mutacijos yra vienos raidės genetinės sekos pokyčiai, sukeliantys ligas arba suteikiantys netikėtą pranašumą.

Kitos gali neturėti jokio pastebimo poveikio organizmo išvaizdai, elgsenai ar savybėms. Pastebėkite, kad pastarąsias mokslininkai kartais vadina neutraliomis mutacijomis.

Yra žinoma, kad mutacijos laikui bėgant kaupiasi pastoviu greičiu ir atspindi genetinius ryšius tarp organizmų, kurie lėtai skiriasi nuo bendro protėvio.

Tačiau organizmai turi sugebėti susidoroti su tam tikromis mutacijomis, kad išlaikytų jiems būdingą elgseną, požymių išvaizdą - fenotipą. Tuo pat metu genetinė loterija vis išdalina įvairius pakaitalus, kurie gali būti naudingi arba atvirkščiai.

Dėl to šis mutacijų stabilumas sukuria genetinę įvairovę, tačiau ji skiriasi priklausomai nuo rūšies ir gali būti stebima net ląstelėse esančiuose baltymuose.

Pasak Luiso, mokslininkai jau seniai žino, kad daugelis biologinių sistemų pasižymi nepaprastai dideliu fenotipiniu stabilumu, be kurio evoliucija būtų tiesiog neįmanoma.

Tačiau jie nežinojo, koks yra absoliutus didžiausias įmanomas stabilumas ir ar toks maksimalus stabilumas apskritai egzistuoja.

Tyrime komanda nagrinėjo baltymų lankstymąsi ir mažųjų RNR struktūras kaip pavyzdžius, kaip unikali genetinė seka, vadinama genotipu, atitinka tam tikrą fenotipą ar požymį.

Pavyzdžiui, baltymų atveju trumpa DNR seka atspindi kartu sudėtus baltymo statybinius blokus ir koduoja formą.

Luisas su kolegomis domėjosi, kaip arti gamta gali priartėti prie viršutinės mutacijų stabilumo ribos. Todėl jie naudojo skaitmeninį modeliavimą, kad apskaičiuotų galimas variacijas.

Tyrėjai nagrinėjo abstrakčias matematines savybes, kiek genetinių variacijų atitinka tam tikrą fenotipą jo nepakeičiant.

Dėl to jiems pavyko nustatyti, kad mutacijų stabilumas iš tiesų gali būti maksimalus natūraliai susidarančiose baltymų ir RNR struktūrose.

Be to, rezultatai rodo, kad didžiausias stabilumas atitinka savaime pasikartojantį fraktalinį modelį, vadinamą Blanmanžo kreive.

Be to, ji buvo proporcinga pagrindinei skaičių teorijos sąvokai, žinomai kaip skaitmenų sumos frakcija.

Pasak tyrimo bendraautoriaus Vaibhav Mohanty iš Harvardo medicinos mokyklos, iš tiesų rezultatai rodo, kad tai panašu į tai, ką "biologija žinojo apie skaitmenų sumos fraktalinę funkciją".