Bilim insanları ‘saf matematiğin’ evrim genetiğinde yazılı olduğunu keşfetti: ScienceAlert

Matematikçiler, çoğumuzun asla görmediği matematiğin güzelliğinden keyif alıyorlar. Ancak doğa, matematiksel ilişkilerden kaynaklanan güzelliklerin gözlemlenebildiği harika bir dünyadır.

Doğal dünya, sayılara dayalı sonsuz sayıda desen sunuyor – tabii eğer onları tanıyabilirsek.

Şanslıyız ki, çeşitli araştırmacılardan oluşan bir ekip, matematik ve doğa arasında başka bir şaşırtıcı bağlantıyı keşfetti; Matematiğin en saf biçimlerinden biri olan sayılar teorisi ile moleküler ölçekte yaşamın evrimini yöneten mekanizmalar arasında genetik.

Ne kadar soyut olursa olsun, Sayı teorisi Birçoğumuz için matematiğin en tanıdık biçimlerinden biri de olabilir. Tam sayıların veya tam sayıların ve bunların negatif karşılıklarının çarpmasını, çıkarılmasını, bölünmesini ve eklenmesini (aritmetik işlevler) içerir.

Ünlü olan Fibonacci Dizisi Bu, dizideki her sayının önceki iki sayının toplamı olduğu yalnızca bir örnektir. Desenlerini doğanın her yerinde, çam kozalaklarında, ananaslarda ve ayçiçeği tohumlarında bulabilirsiniz.

“Sayılar teorisinin güzelliği yalnızca tamsayılar arasında ortaya çıkardığı soyut ilişkilerde değil, aynı zamanda doğal dünyamızda aydınlattığı derin matematiksel yapılarda da yatmaktadır.” Açıklıyor Oxford matematikçisi Ard Lewis, yeni çalışmanın baş yazarı.

Lewis ve meslektaşlarının ilgisini çeken şey, zamanla bir organizmanın genomuna sızan ve evrime yol açan genetik hatalar olan mutasyonlardı.

Bazı mutasyonlar genetik dizide hastalığa neden olan veya beklenmeyen bir avantaj sağlayan tek harfli bir değişiklik olabilirken, diğer mutasyonların bir organizmanın görünümü, özellikleri veya davranışları (fenotip) üzerinde gözle görülür bir etkisi olmayabilir.

İkincisine bazen nötr mutasyonlar denir ve gözle görülür bir etkisi olmasa da, bunlar evrimin işleyişinin göstergeleridir. Mutasyonlar zaman içinde sabit bir oranda birikir ve ortak atadan yavaş yavaş ayrılan organizmalar arasındaki genetik ilişkileri şekillendirir.

Bununla birlikte, genetik piyango alternatifleri dağıtmaya devam ederken, organizmaların kendi ayırt edici fenotiplerini korumak için bazı mutasyonları tolere edebilmeleri gerekir. Belki evet belki hayır Bir işe yara.

Buna denir Mutasyon sağlamlığı Genetik çeşitlilik yaratır, ancak türler arasında değişiklik gösterir ve hatta hücre içindeki proteinlerde bile gözlemlenebilir.

İncelenen proteinler, kodlama dizilerindeki rastgele hataların yaklaşık üçte ikisini tolere edebiliyor Mutasyonların %66’sı Nötrdür ve son görünümüne hiçbir etkisi yoktur.

“Birçok biyolojik sistemin dikkate değer derecede yüksek görünür sağlamlık sergilediğini ve bu olmadan evrimin mümkün olamayacağını bir süredir biliyoruz.” Açıklıyor Louis.

“Fakat mutlak maksimum gücün ne kadar mümkün olduğunu veya bir maksimumun olup olmadığını bilmiyorduk.”

Araştırmak için Lewis ve meslektaşları baktılar… Protein katlanması Ve Küçük RNA yapıları Genotip olarak bilinen benzersiz bir genetik dizinin nasıl belirli bir fenotip veya özelliği atadığının örnekleri olarak.

Proteinler söz konusu olduğunda kısa bir DNA dizisi, bir araya getirildiğinde şeklini kodlayan proteinin yapı taşlarını gösterir.

Ribonükleik asidin (RNA) ikincil yapıları proteinlerden daha küçüktür; Proteinlerin oluşturulmasına yardımcı olan, serbest yüzen genetik kod şeritleri.

Lewis ve meslektaşları doğanın mutasyon gücünün üst sınırlarına ulaşmaya ne kadar yakın olduğunu merak ettiler, bu yüzden olasılıkları hesaplamak için sayısal simülasyonlar yaptılar.

Belirli bir fenotipi değiştirmeden kaç genetik varyasyonun eşleştiğinin soyut matematiksel özelliklerini incelediler ve doğal olarak oluşan proteinler ve RNA yapılarında mutasyon gücünün gerçekten de maksimuma çıkarılabileceğini gösterdiler.

Ayrıca maksimum sağlamlık, kendini tekrarlayan bir fraktal modeli takip eder. Blancman eğrisive sayı teorisinin temel konseptiyle tutarlıydı. Sayıların toplamını bölme.

“Dizilerden RNA ikincil yapılarına kadar haritalamada, bazı durumlarda doğanın kesin bir maksimum güce ulaştığına dair açık kanıtlar bulduk.” o diyor Vaibhav Mohanty, Harvard Tıp Fakültesi’nden.

“Sanki biyoloji rasyonel sayıların toplamının işlevini biliyormuş gibi.”

Bir kez daha matematik, mikroskobik seviyelerde bile fiziksel dünyaya yapı kazandıran, doğanın temel bir unsuru gibi görünüyor.

Çalışma şu tarihte yayınlandı: Royal Society Arayüzü Dergisi.