I matematici apprezzano la bellezza della matematica che molti di noi non vedono. Ma la natura è un mondo meraviglioso in cui osservare la bellezza creata dalle relazioni matematiche.
Il mondo naturale offre modelli apparentemente infiniti basati sui numeri, se riusciamo a riconoscerli.
Fortunatamente per noi, un team eterogeneo di ricercatori ha appena scoperto un’altra straordinaria connessione tra matematica e natura. Tra una delle forme più pure di matematica, la teoria dei numeri e i meccanismi che governano l’evoluzione della vita su scala molecolare, c’è la genetica.
per quanto astratto possa essere, Teoria dei numeri Potrebbe anche essere una delle forme di matematica più popolari per molti di noi. Comprende la moltiplicazione, la sottrazione, la divisione e l’addizione (funzioni aritmetiche) di numeri interi o di numeri interi e le loro controparti negative.
famoso Sequenza di Fibonacci Questo è solo un esempio, dove ogni numero nella sequenza è la somma dei due numeri precedenti. I suoi motivi possono essere trovati in tutta la natura, nelle pigne, negli ananas e nei semi di girasole.
“La bellezza della teoria dei numeri non risiede solo nelle relazioni astratte che rivela tra i numeri interi, ma anche nelle profonde strutture matematiche che illumina nel nostro mondo naturale.” Spiegare Il matematico di Oxford Ard Lewis è l’autore principale del nuovo studio.
Di interesse per Lewis e i suoi colleghi erano le mutazioni, errori genetici che si insinuano nel genoma di un organismo nel tempo e portano all’evoluzione.
Alcune mutazioni possono essere costituite da un cambiamento di una sola lettera nella sequenza genetica che causa malattie o produce qualche vantaggio inaspettato, mentre altre non possono avere alcun effetto evidente sull’aspetto, sui tratti o sui comportamenti (fenotipo) dell’organismo.
Queste ultime vengono talvolta definite mutazioni neutre e, sebbene non abbiano effetti riconoscibili, sono indicatori dell’evoluzione in atto. Le mutazioni si accumulano a un ritmo costante nel tempo, mappando le relazioni genetiche tra gli organismi mentre divergono lentamente da un antenato comune.
Tuttavia, gli organismi devono essere in grado di tollerare alcune mutazioni, per mantenere il loro fenotipo distintivo mentre la lotteria genetica continua a distribuire le varianti che Uh, forse no essere utile.
Si chiama così Durabilità mutazionale La diversità genetica nasce, ma varia da specie a specie e può essere osservata anche nelle proteine all’interno delle cellule.
Le proteine studiate possono tollerare circa due terzi degli errori casuali nelle loro sequenze codificanti 66% delle mutazioni neutro e non ha alcun effetto sul suo aspetto finale.
“Sappiamo da tempo che molti sistemi biologici mostrano una forza apparente notevolmente elevata, senza la quale l’evoluzione non sarebbe possibile.” Spiegare Louis.
“Ma non sapevamo quale fosse la forza massima assoluta possibile, o se ci fosse un limite.”
Per indagare, Lewis e i suoi colleghi hanno cercato di: proteine ripiegabili E Piccole strutture di RNA Come esempi di come una sequenza genetica unica, nota come genotipo, può corrispondere a un particolare fenotipo o tratto.
Nel caso delle proteine, una breve sequenza di DNA delinea gli elementi costitutivi della proteina che, quando raggruppati, ne codificano la forma.
Più piccole delle proteine sono le strutture secondarie dell’RNA; Filamenti fluttuanti di codice genetico che aiutano a costruire proteine.
Lewis e i suoi colleghi si sono chiesti quanto sarebbe vicina la natura al raggiungimento dei limiti superiori della forza mutazionale, quindi hanno eseguito simulazioni numeriche per calcolare le probabilità.
Hanno studiato le caratteristiche matematiche astratte di quante variazioni genetiche si associano a un particolare fenotipo senza modificarlo e hanno dimostrato che il potere mutazionale può effettivamente essere massimizzato nelle proteine e nelle strutture dell’RNA presenti in natura.
Inoltre, la massima robustezza segue uno schema frattale autoricorrente chiamato a Curva di biancomangiareed era coerente con il concetto base della teoria dei numeri, chiamato Dividi la somma dei numeri.
“Abbiamo trovato prove evidenti nella mappatura dalle sequenze alle strutture secondarie dell’RNA che in alcuni casi la natura raggiunge l’esatto limite superiore di forza.” Lui dice Vaibhav Mohanty, della Harvard Medical School.
“È come se la biologia conoscesse la funzione della somma dei numeri razionali.”
Ancora una volta la matematica sembra essere un elemento essenziale della natura, dando struttura al mondo fisico, anche a livello microscopico.
Lo studio è stato pubblicato in Giornale dell’interfaccia della Royal Society.
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