Учените откриват, че в еволюционната генетика е заложена „чиста математика“
Математиците се любуват на хубостта на математиката, която доста от нас не виждат. Природата обаче е отлично място за наблюдаване на хубостта, подбудена от математическите взаимоотношения. Природният свят предлага видимо безкрайни модели, подкрепени от цифри – в случай че можем да ги разпознаем.
За наш шанс един хетерогенен екип от откриватели преди малко откри още една поразителна връзка сред математиката и природата; сред една от най-чистите форми на математиката – теорията на числата – и механизмите, ръководещи еволюцията на живота в молекулярни мащаби – генетиката.
Колкото и нереална да е, теорията на числата може да бъде и една от най-познатите форми на математиката за доста от нас. Тя обгръща умножението, изваждането, делението и събирането (аритметични функции) на цели цифри или цели цифри и техните негативни аналози.
Известната поредност на Фибоначи е единствено един от образците, където всяко число в последователността е общ брой от предходните две. Нейните модели могат да бъдат открити в цялата природа – в шишарките, ананасите и слънчогледовите семки.
„ Красотата на теорията на числата се крие освен в нереалните връзки, които тя разкрива сред задачите цифри, само че и в дълбоките математически структури, които тя осветява в нашия естествен свят “, изяснява математикът от Оксфордския университет Ард Луис, старши създател на новото проучване.
Интерес за Луис и сътрудниците му съставляват разновидностите – генетичните неточности, които с течение на времето се промъкват в генома на даден организъм и са мотор на еволюцията. Някои разновидности могат да бъдат еднобуквена смяна в генетичната поредност, която предизвиква заболяване или води до ненадейно преимущество, до момента в който други разновидности могат да нямат следен резултат върху външния тип, чертите или държанието на организма (неговия фенотип).
Последните от време на време се назовават неутрални разновидности и макар че нямат наблюдаем резултат, те са индикатор за протичащата еволюция. Мутациите се натрупват с непрекъсната скорост с течение на времето, като обрисуват генетичните връзки сред организмите, които постепенно се отклоняват от общия предшественик.
Организмите обаче би трябвало да могат да понасят някои разновидности, с цел да запазят присъщия си фенотип, до момента в който генетичната лотария продължава да разпределя заместители, които могат да бъдат или да не бъдат преференциални.
Тази така наречен мутационна резистентност генерира генетично многообразие, само че тя е друга при другите типове и може да се следи даже при протеините в клетките.
Изследваните белтъци могат да понесат към две трети от инцидентните неточности в кодиращите си последователности, което значи, че 66% от разновидностите са неутрални и не оказват въздействие върху крайната им форма.
„ От известно време знаем, че доста биологични системи имат удивително висока резистентност на фенотипа, без която еволюцията не би била допустима “, изяснява Луис.
„ Но не знаехме каква е безспорната оптималната допустима резистентност и дали въобще има такава. “
За да го проучат, Луис и сътрудниците му преглеждат сгъването на протеини и структурите на дребни РНК като образци за това по какъв начин неповторима генетична поредност, известна още като генотип, се съотнася към избран фенотип или симптом.
При белтъците къса ДНК поредност изписва градивните детайли на белтъка, които, когато се сглобят, кодират формата му.
По-малки от белтъците са вторичните структури на РНК; свободно плаващи влакна от генетични кодове, които оказват помощ за построяването на белтъците.
Луис и сътрудниците му се интересували какъв брой близо може да стигне природата до горните граници на мутационната резистентност, по тази причина провели числени симулации, с цел да изчислят опциите.
Те изследвали нереалните математически характерности на това какъв брой генетични вариации се отнасят до избран фенотип, без да го трансформират, и посочили, че мутационната резистентност в действителност може да бъде оптималната в естествено срещащите се протеини и РНК структури. Нещо повече, оптималната резистентност следва самоповтарящ се фрактален модел, наименуван крива на Бланкмандж, и е пропорционална на главно разбиране от теорията на числата, наречено дроб на сумата от числа.
„ Намерихме ясни доказателства в картографирането от последователности към вторични структури на РНК, че природата в някои случаи реализира точното ограничаване на оптималната резистентност “, споделя Вайбхав Моханти от Медицинското учебно заведение в Харвард.
„ Сякаш биологията знае за фракталната функционалност на сумата на цифрите “.
За следващ път математиката се оказва значителен съставен елемент на природата, който придава конструкция на физическия свят, даже на микроскопични равнища.
Изследването е оповестено в списанието на Кралското общество.
