Maaari bang Mahulaan ang Ebolusyon? Pagbuo ng Bridge sa pagitan ng Matematika at Biology

Ang mga siyentipiko ay nakabuo ng isang balangkas para sa pagsusuri ng mga hula ng mga nabubuhay na bagay, kabilang ang ebolusyon.

Ang ebolusyon ay umaangkop at nagpapahusay ng mga nabubuhay na bagay sa kanilang natural na angkop na lugar. Maaari itong magamit upang hulaan kung paano nagbabago ang katawan, ngunit kung paano mahigpit na masusuri ang mga nasabing hula? Ang koponan ng Biophysics at Computational Neuroscience na pinangunahan ni Propesor Gašper Tkačik sa Austrian Institute of Science and Technology (IST) ay nakabuo ngayon ng isang balangkas ng matematika para sa paggawa nito.

Ang ebolusyon at ebolusyon ay madalas na nakakahanap ng mga mapanlikhaing solusyon sa mga problemang sumasakit sa mga tao, mula sa kung paano ka makakaligtas sa kailaliman ng dagat hanggang sa mga kumplikadong istraktura tulad ng mata o tainga. Ngunit maaari ba nating mahulaan ang istatistika ng mga resulta?

Wiktor Mynarski

Kasamahan sa trabaho ng Wiktor Mynarski pagkatapos ng trabaho. Kredito: Kris Brewer

Ito ay isang mahalagang tanong na nag-uudyok sa koponan ng pananaliksik ng Tkačik. Paggawa sa mga sangang daan ng biology, physics, at matematika, inilalapat nila ang mga konsepto sa mga kumplikadong biological system, o tulad ng paglalagay nito ng Tkačik:. “

Ang mga bundok ay tumataas sa laki

Nakikipagtulungan sa Wiktor Mynarski at mag-aaral na PhD na si Michal Hledík, tinulungan ng mag-aaral ng pangkat na si Thomas Sokolowski, na nagtatrabaho ngayon sa Frankfurt Institute for Advanced Studies, ang mga siyentista ay dumiretso. Nakabuo sila ng isang balangkas ng matematika na gumagamit ng pang-eksperimentong data mula sa mga kumplikadong biological system upang mahigpit na suriin at sukatin kung paano nagbabago ang naturang system sa kapaligiran nito. Ang isang halimbawa ng naturang pagbagay ay ang retina ng retina na nangongolekta ng ilaw upang makabuo ng isang matalim na imahe, o isang diagram ng mga kable ng uod na sistema ng uod na tinitiyak na ang lahat ng mga kalamnan at nerbiyos ay maayos na konektado, gamit ang napakaliit na bilang ng mga neural cable.

Michal Hledík

Mag-aaral ng PhD na si Michal Hledík. Utang: Martin Swede

Ang isang itinatag na modelo ng mga siyentipiko ay ibinase ang kanilang mga natuklasan sa representasyon ng pamilyar tulad ng pag-hiking sa mga bundok at lambak. Tinutukoy ng mga kadahilanan ng pisikal kung saan sila matatagpuan sa lugar na ito. Habang umuunlad ang ebolusyon at umaangkop ang katawan sa natural na angkop na lugar, umakyat ito sa tuktok ng isang bundok. Ang mas mahusay na kakayahang umangkop ay humahantong sa mas mahusay na pagganap sa kapaligiran – halimbawa gumawa ng higit na interes – na makikita sa mas mataas na antas ng lupa na ito. Samakatuwid, ang isang masigasig na agila na may malasakit na mga mata ay nakatakda sa isang mas mataas na ibabaw kaysa sa ninuno ng ibon ay nagkaroon ng isang negatibong pagtingin sa parehong lugar.

Ang bagong balangkas ni Myynarski, Hledík at mga kasamahan ay pinapayagan silang tantyahin kung gaano karaniwan ang mga karaniwang organismo sa kanilang angkop na lugar. Sa dalawang-dimensional na mundo ng mga bundok at lambak, ang pagkalkula ng taas ay tila maliit, ngunit ang aktwal na mga biological system ay mas kumplikado. Maraming iba pang mga impluwensya, na humantong sa napakalaking pagpaplano ng mundo. Dito, bumababa ang damdamin at kailangan ng mga mananaliksik ng matatag na mga tool sa matematika upang masukat ang pamilyar at masubukan ang mga hula nito kumpara sa pang-eksperimentong data. Ito ang hatid ng bagong balangkas.

Pagbuo ng mga tulay sa agham

Nag-aalok ang IST Austria ng isang mayabong lupa para sa multilateral na kooperasyon. Si Wiktor Mynarski, isang computer scientist, ay interesado sa paglalapat ng mga konsepto ng matematika sa mga biological system.

Gašper Tkačik

Propesor Gašper Tkačik. Kredito: Nadine Poncioni / IST Austria

“Ang papel na ito ay isang pagsasama-sama ng marami sa aking mga paboritong paksang pang-agham, na sumasaklaw sa isang malawak na hanay ng mga biological system at pamamaraan ng pag-iisip,” paliwanag ng pinakahuling pag-aaral. Sa kanyang pagsasaliksik sa paghihiwalay, nakikipagtulungan si Michal Hledík sa koponan ng Tkačik at ang pangkat ng pagsasaliksik ni Nicholas Barton sa larangan ng henetiko sa IST Austria. Si Gašper Tkačik mismo ay binigyan ng inspirasyon upang malaman ang mga kumplikadong biological na programa sa pamamagitan ng lens ng pisika ng kanyang tagapayo sa PhD na si William Bialek e unibersidad ng Princeton.

“Doon ko natutunan na ang buhay na mundo ay hindi laging marumi, kumplikado, at hindi maa-access sa isang literal na kahulugan. Sa kabaligtaran, maaari itong humimok ng isang buong bagong pag-unlad sa inilapat na pisika at imprastraktura, “paliwanag niya.

“Ang aming pamana ay dapat na kakayahang ituro ang mga daliri sa mga piling biological system at hulaan, mula sa pinakamaagang mga prinsipyo, kung bakit ang mga sistemang ito ay nasa halip na limitado sa pagpapaliwanag kung paano ito gumagana,” ipinaliwanag ni Tkačik ang kanyang motibo. Ang kakayahang mahulaan ay dapat maganap sa isang kontroladong kapaligiran, tulad ng pinakasimpleng mga virus na E. Lumalaki si Coli sa ilalim ng mga ideal na kondisyon. Ang isa pang tagahula ay ang mga system na nagpapatakbo sa ilalim ng mahigpit na mga limitasyon sa katawan, na labis na pumipigil sa ebolusyon. Halimbawa ang isang mata ay kailangang ilipat ang mga imahe na may mas mataas na kalinawan sa utak habang gumagamit ng mas kaunting enerhiya.

Inilahad ito ni Tkačik, “Sa mga tuntunin ng paniniwala sa kahit na ang pinakamaliit na pagiging kumplikado ng katawan maaari itong maging mahusay na sagot sa ‘Bakit?’ isang tanong na pinagtatalunan ng mga tao sa buong kasaysayan. Ang aming kamakailang gawain ay lumilikha ng isang tool upang sagutin ang katanungang ito, sa pamamagitan ng pagbuo ng isang tulay sa pagitan ng matematika at biology. “

Sanggunian: “Pagsusuri sa istatistika at kahusayan ng mga neural system” nina Wiktor Młynarski, Michal Hledík, Thomas R. Sokolowski at Gašper Tkačik, na may petsang 15 Pebrero 2021, Neuron.
SEKSYON: 10.1016 / j.neuron.2021.01.020

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang lumalaking problema ng “malalim na heograpiya”

Ang maaaring mukhang isang imahe ng Tacoma ay talagang isang simulate na nilikha sa pamamagitan ng paglilipat ng mga biswal na imahe ng Beijing...

Bagong Milky Way Exterior Destroyers Bagong Sky Map ay Inilabas – Madilim na Mahalagang Mga Konsepto ay Maaaring Magbigay ng Bagong Eksperimento

Ang mga astronomo ay naglabas ng isang bagong celestial map ng Milky Way galaxy na pinakamalapit sa aming kalawakan. Kredito: NASA / JPL-Caltech...

Susunod na Generation Stable Pop-Up na Istraktura na inspirasyon ni Origami

Ni Harvard John A. Paulson School of Engineering at Applied Science Abril 22, 2021 Ang hindi masusunog na kanlungan na ito ay hindi natatakpan ng makapal...

Pinalitan ng DNA ang Y Chromosome na Nag-aambag ng Maikling Buhay na Buhay sa Mga Lipad ng Lalaki

Pagpapayaman ng Heterochromatin sa lahat ng mga chromosome. Immunofluorescence stain ng H3K9me3 sa male mitotic chromosome. Bar scale ay 50μm. Kredito:...

Pinapayagan ng mga polimer na kumakain ng polimer ang “biodegradable” na mga plastik na tunay na masusunog

Ang ginagamot na plastik (kaliwa) ay naghiwalay pagkatapos ng tatlong araw lamang sa karaniwang pag-aabono (kanan) at ganap na makalipas ang dalawang linggo. ...

Newsletter

Subscribe to stay updated.