Los científicos descubren que las ‘matemáticas puras’ están escritas en la genética evolutiva: ScienceAlert

Los matemáticos disfrutan de la belleza de las matemáticas que muchos de nosotros nunca vemos. Pero la naturaleza es un mundo maravilloso en el que se puede observar la belleza resultante de las relaciones matemáticas.

El mundo natural ofrece patrones aparentemente interminables basados ​​en números, si podemos reconocerlos.

Afortunadamente para nosotros, un equipo diverso de investigadores acaba de descubrir otra conexión sorprendente entre las matemáticas y la naturaleza; Entre una de las formas más puras de las matemáticas, la teoría de números, y los mecanismos que rigen la evolución de la vida a escalas moleculares, la genética.

Por abstracto que sea, Teoría de los números También puede ser una de las formas de matemáticas más familiares para muchos de nosotros. Incluye multiplicación, resta, división y suma (funciones aritméticas) de números enteros, o números enteros y sus contrapartes negativas.

el famoso secuencia Fibonacci Este es sólo un ejemplo, donde cada número de la secuencia es la suma de los dos números anteriores. Sus patrones se pueden encontrar en toda la naturaleza, en piñas, piñas y semillas de girasol.

“La belleza de la teoría de números reside no sólo en las relaciones abstractas que revela entre números enteros, sino también en las profundas estructuras matemáticas que ilumina en nuestro mundo natural”. El explica El matemático de Oxford Ard Lewis, autor principal del nuevo estudio.

Para Lewis y sus colegas eran de interés las mutaciones, que son errores genéticos que se deslizan en el genoma de un organismo con el tiempo y conducen a la evolución.

Algunas mutaciones pueden ser un cambio de una sola letra en la secuencia genética que causa una enfermedad o produce alguna ventaja inesperada, mientras que otras mutaciones pueden no tener ningún efecto notable en la apariencia, los rasgos o el comportamiento (fenotipo) de un organismo.

A estas últimas a veces se las denomina mutaciones neutras y, aunque no tienen ningún efecto perceptible, son indicadores de la evolución en acción. Las mutaciones se acumulan a un ritmo constante a lo largo del tiempo, dando forma a las relaciones genéticas entre organismos a medida que divergen lentamente de un ancestro común.

Sin embargo, los organismos deben ser capaces de tolerar algunas mutaciones para mantener su fenotipo distintivo mientras la lotería genética continúa distribuyendo alternativas que Tal vez si tal vez no sé útil.

eso es lo que se llama Robustez mutacional Genera diversidad genética, pero varía entre especies e incluso se puede observar en proteínas dentro de las células.

Las proteínas estudiadas pueden tolerar alrededor de dos tercios de los errores aleatorios en sus secuencias codificantes 66% de las mutaciones Es neutro y no influye en su aspecto final.

“Sabemos desde hace algún tiempo que muchos sistemas biológicos exhiben una robustez aparente notablemente alta, sin la cual la evolución no sería posible”. El explica Luis.

“Pero no sabíamos cuál era la potencia máxima absoluta posible, ni si existía un máximo”.

Para investigar, Lewis y sus colegas buscaron Plegado de proteínas Y Pequeñas estructuras de ARN Como ejemplos de cómo una secuencia genética única, conocida como genotipo, asigna un fenotipo o rasgo específico.

En el caso de las proteínas, una breve secuencia de ADN muestra los componentes básicos de la proteína que, cuando se combinan, codifican su forma.

Más pequeñas que las proteínas son las estructuras secundarias del ácido ribonucleico (ARN); Hebras de código genético que flotan libremente y que ayudan a formar proteínas.

Lewis y sus colegas se preguntaron qué tan cerca estaba la naturaleza de alcanzar los límites superiores de fuerza mutacional, por lo que realizaron simulaciones numéricas para calcular las probabilidades.

Estudiaron las características matemáticas abstractas de cuántas variaciones genéticas se asignan a un fenotipo particular sin cambiarlo, y demostraron que el poder mutacional puede maximizarse en proteínas y estructuras de ARN naturales.

Además, la robustez máxima sigue un patrón fractal que se repite a sí mismo llamado curva de Blancmany era consistente con el concepto básico de la teoría de números, llamado Romper la suma de números.

“Encontramos evidencia clara en el mapeo de secuencias a estructuras secundarias de ARN de que en algunos casos la naturaleza logra un máximo preciso en fuerza”. Él dice Vaibhav Mohanty, de la Facultad de Medicina de Harvard.

“Es como si la biología conociera la función de la suma de números racionales”.

Una vez más, las matemáticas parecen ser un elemento fundamental de la naturaleza, dando estructura al mundo físico, incluso a niveles microscópicos.

El estudio fue publicado en Revista de la interfaz de la Royal Society.