Исследователи открыли эволюционную генетику, встроенную в «чистую математику»

В результате удивительного слияния абстрактного и материального динамичная группа исследователей обнаружила глубокую связь: взаимодействие чистой математики и самой эволюции жизни на молекулярном уровне.

Не только математики восхищаются изяществом математики; сама природа свидетельствует об этой красоте, предлагая бесконечные закономерности, закрепленные в числах, которые только и ждут, чтобы их разглядели.

Многие могут считать теорию чисел эзотерической, но на самом деле это одна из наиболее доступных для понимания отраслей математики. Занимаясь арифметическими операциями с целыми числами, она может похвастаться такими знакомыми понятиями, как знаменитая последовательность Фибоначчи. Эти математические закономерности ярко проявляются в окружающем нас мире — достаточно взглянуть на буратины или подсолнухи.

Доктор Ард Луис, выдающийся математик из Оксфордского университета и ведущий автор исследования, подчеркивает: «Теория чисел не только раскрывает сложные взаимосвязи между целыми числами. Она также выявляет глубокие математические структуры, хитроумно вплетенные в природу».

Расшифровка генетики с помощью математики

Центральное место в исследованиях Луиса и его коллег занимают мутации — непредсказуемые генетические сдвиги, которые в течение веков закрепляются в организмах, определяя их эволюцию. Эти мутации могут варьироваться от однобуквенных изменений, дающих преимущества или вызывающих заболевания, до незаметных, не оказывающих заметного влияния на внешние признаки организма.

Именно эти «тихие», или «нейтральные», мутации являются эволюционными маркерами. Накапливаясь с течением времени, они позволяют проследить генетическую линию организмов в процессе их эволюции от общего прародителя.

Одно важное наблюдение: организмы должны терпеть определенные мутации, чтобы сохранить присущие им характеристики, даже если генетика постоянно вносит потенциальные вариации, ремонт кофеварок Борк.

Зондирование в белках

Углубившись в изучение вопроса, специалисты обнаружили, что белки способны противостоять почти двум третям произвольных ошибок в кодирующих последовательностях. Это означает, что около 66% мутаций являются нейтральными и не влияют на форму белка.

Луис поясняет: «Мы знаем о впечатляющей устойчивости многих биологических систем, что является важным условием эволюции. Однако истинная степень этой устойчивости оставалась неуловимой».

Чтобы разобраться в этом вопросе, исследователи изучили процесс сворачивания белков и структуры РНК. Здесь краткая последовательность ДНК определяет компоненты белка, которые затем в совокупности определяют его форму.

Расширение границ с помощью имитационного моделирования

В своем стремлении оценить природные пределы мутационной устойчивости Луис и его коллеги обратились к численному моделированию. Изучение математических характеристик генетических вариаций привело к удивительному открытию. Они обнаружили, что мутационная устойчивость природы может достигать своего зенита, проявляясь в естественно существующих белках и структурах РНК.

Еще более интригующим является тот факт, что пик прочности отражает самовоспроизводящийся фрактальный паттерн — кривую Бланманже, соответствующую основополагающему понятию теории чисел — дроби с суммой цифр.

Вайбхав Моханти из Гарвардской медицинской школы говорит: «Наши результаты показывают, что в некоторых случаях природа достигает вершины прочности. Как будто биология неразрывно связана с фрактальной функцией сумм цифр».

В очередной раз математика предстает как неотъемлемый каркас природы, придающий ей структуру даже в микроскопических измерениях. <Исследование опубликовано в Journal of The Royal Society Interface..