Цифри не брешуть. Учені виявили, що в еволюційну генетику закладена теорія чисел

Вчені проводили обчислення на основі білків (Фото:SergeyNivens/Depositphotos)

Дослідники виявили новий зв’язок між математикою та природою. Вони з’ясували, що в еволюційну генетику закладена теорія чисел. Остання вважається однією з чистих форм математики.

Аналіз учених було опубліковано в журналі Journal of The Royal Society Interface. Як пояснив математик і старший автор дослідження Ард Луїс з Оксфордського університету, фахівці звернули увагу на мутації. Ці генетичні помилки з плином часу проникають у геном організму і визначають еволюцію.

Окремі мутації можуть ставати причинами захворювань або давати певні переваги, тоді як інші не мають помітного впливу на зовнішній вигляд, ознаки або поведінку індивіда. Останні називають нейтральними і використовують як індикатори еволюції.

Мутації накопичуються з постійною швидкістю і відображають генетичні розбіжності в міру віддалення від спільного предка. Організми мають бути здатні переносити деякі з цих помилок, щоб зберегти свій характерний фенотип. Але паралельно працює генетична лотерея, що видає корисні або не дуже заміни.

Ця так звана мутаційна стійкість створює генетичне розмаїття, проте вона відрізняється залежно від виду. Описана властивість є навіть у білків усередині клітин. Останні здатні переносити близько двох третин генетичних помилок. Тобто 66% мутацій у цьому разі стають нейтральними і не чинять впливу на організм.

Луїс із колегами на прикладі білка вирішили встановити, як унікальна генетична послідовність (генотип) зіставляється з певним фенотипом. Вчені провели чисельне моделювання, щоб дізнатися, наскільки близько природа може підійти до верхньої межі мутаційної стійкості. Вони вивчили абстрактні математичні характеристики того, скільки генетичних варіацій відповідає певному фенотипу, але не вносять у нього змін.

У результаті з’ясувалося, що мутаційна стійкість може бути максимальною в білках і структурах РНК, що зустрічаються в природі. Ба більше, максимальна стійкість відповідає самоповторюваному фрактальному шаблону, званому кривою Бланманже, і пропорційна базовому поняттю теорії чисел, званому сумою цифр.

«Ми знайшли чіткий доказ того, що при переході від послідовностей до вторинних структур РНК природа в деяких випадках досягає точної межі максимальної стійкості. Це, ніби біологія знала про фрактальну функцію сум цифр», — розповів Вайбхав Моханті з Гарвардської медичної школи.