科学者たちは「純粋数学」が進化遺伝学で書かれていることを発見：ScienceAlert

数学者は、私たちの多くが決して目にすることのない数学の美しさを楽しんでいます。 しかし、自然は数学的な関係から生じる美しさを観察できる素晴らしい世界です。

自然界には、私たちが認識できれば、数字に基づいた一見無限のパターンが存在します。

私たちにとって幸運なことに、多様な研究者チームが数学と自然の間の驚くべきつながりを新たに発見したところです。 数学の最も純粋な形式の 1 つである整数論と、分子スケールで生命の進化を支配するメカニズムである遺伝学との間。

抽象的かもしれませんが、 数論 それは私たちの多くにとって最も馴染みのある数学形式の 1 つかもしれません。 これには、整数、または整数とその負の対応物の乗算、減算、除算、および加算 (算術関数) が含まれます。

有名なもの フィボナッチ数列 これはほんの一例であり、シーケンス内の各数値は前の 2 つの数値の合計です。 そのパターンは、松ぼっくり、パイナップル、ヒマワリの種など、自然界のあちこちで見られます。

「数論の美しさは、それが明らかにする整数間の抽象的な関係だけではなく、それが私たちの自然界の深い数学的構造を明らかにすることにもあります。」 彼は説明する オックスフォードの数学者アード・ルイスは、新しい研究の主著者である。

ルイスと彼の同僚が興味を持ったのは、突然変異でした。突然変異とは、時間の経過とともに生物のゲノムに紛れ込み、進化につながる遺伝的エラーです。

一部の突然変異は、病気を引き起こしたり予期せぬ利点を生み出す遺伝子配列の一文字の変化である場合がありますが、他の突然変異は生物の外観、形質、または行動 (表現型) に目立った影響を及ぼさない場合もあります。

後者は中立突然変異と呼ばれることもあり、目立った影響はありませんが、実際の進化の指標となります。 突然変異は時間の経過とともに一定の割合で蓄積し、共通の祖先からゆっくりと分岐しながら生物間の遺伝的関係を形成します。

しかし、生物は、遺伝的宝くじが代替生物を配布し続ける間、その特有の表現型を維持するために、いくつかの突然変異に耐えることができなければなりません。 そうかもしれないし、そうではないかもしれない 便利である。

それがそう呼ばれています 突然変異の堅牢性 それは遺伝的多様性を生み出しますが、それは種によって異なり、細胞内のタンパク質でも観察されることがあります。

研究されたタンパク質は、コード配列内のランダムなエラーの約 3 分の 2 を許容できます。 変異の66% これは中立であり、最終的な外観には影響しません。

「私たちは、多くの生物学的システムが著しく高い見かけの堅牢性を示し、それがなければ進化は不可能であることを以前から知っていました。」 彼は説明する ルイス。

「しかし、可能な絶対最大出力がどれくらいなのか、あるいは最大値が存在するのかどうかはわかりませんでした。」

調査するために、ルイスと彼の同僚は次のことに注目しました。 タンパク質のフォールディング そして 低分子RNA構造 遺伝子型として知られる固有の遺伝子配列がどのように特定の表現型または形質を割り当てるかの例として。

タンパク質の場合、短い DNA 配列はタンパク質の構成要素を示し、これらが組み合わされるとその形状をコード化します。

リボ核酸 (RNA) の二次構造はタンパク質よりも小さいです。 タンパク質の構築を助ける遺伝コードの浮遊鎖。

ルイスと彼の同僚は、自然界が変異強度の上限にどれだけ近づいているのか疑問に思い、数値シミュレーションを実行して確率を計算しました。

彼らは、特定の表現型を変えることなく、どれだけの遺伝的変異がその表現型にマッピングされるかという抽象的な数学的特徴を研究し、天然に存在するタンパク質やRNA構造において突然変異の力が実際に最大化され得ることを示した。

さらに、最大の堅牢性は、 ブランクマン曲線と呼ばれる数論の基本概念と一致していました。 数値の合計を分解する。

「我々は、配列からRNA二次構造へのマッピングにおいて、場合によっては自然界が正確な強度の最大値を達成するという明確な証拠を発見しました。」 彼は言う。 ハーバード大学医学部のヴァイバブ・モハンティ氏は言う。

「あたかも生物学が有理数の和の関数について知っているかのようです。」

繰り返しになりますが、数学は自然の基本的な要素であるようで、顕微鏡レベルであっても物理世界に構造を与えます。

この研究は、 王立協会インターフェースジャーナル。