Los científicos han descubierto que las «matemáticas puras» están escritas en la genética evolutiva: ScienceAlert

Los matemáticos disfrutan de la belleza de las matemáticas que muchos de nosotros no vemos. Pero la naturaleza es un mundo maravilloso en el que observar la belleza creada por 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 gobiernan la evolución de la vida a escalas moleculares, se encuentra la genética.

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

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 los números enteros, sino también en las profundas estructuras matemáticas que ilumina en nuestro mundo natural». Explicar El matemático de Oxford Ard Lewis es el autor principal del nuevo estudio.

Para Lewis y sus colegas eran de interés las mutaciones, 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 no pueden tener ningún efecto notable en la apariencia, rasgos o comportamientos (fenotipo) del organismo.

A estas últimas a veces se las denomina mutaciones neutras y, aunque no tienen ningún efecto discernible, son indicadores de la evolución en funcionamiento. Las mutaciones se acumulan a un ritmo constante a lo largo del tiempo, mapeando 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 las variantes que Eh, tal vez no sé útil.

así es como se llama Durabilidad mutacional La diversidad genética nace, pero varía entre especies, pudiendo incluso observarse 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 neutral y no tiene ningún efecto en su aspecto final.

«Sabemos desde hace algún tiempo que muchos sistemas biológicos exhiben una fuerza aparente notablemente alta, sin la cual la evolución no sería posible». Explicar Luis.

«Pero no sabíamos cuál era la fuerza máxima absoluta posible, o si había un límite».

Para investigar, Lewis y sus colegas buscaron proteína plegable Y Pequeñas estructuras de ARN Como ejemplos de cómo una secuencia genética única, conocida como genotipo, puede asignarse a un fenotipo o rasgo particular.

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

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

Lewis y sus colegas se preguntaron qué tan cerca estaría la naturaleza de alcanzar los límites superiores de la 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 autorrecurrente llamado curva de manjar blancoy era consistente con el concepto básico de la teoría de números, llamado Descomponer la suma de los números..

«Encontramos evidencia clara en el mapeo de secuencias a estructuras secundarias de ARN de que en algunos casos la naturaleza alcanza el límite superior exacto de 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 esencial de la naturaleza, que da estructura al mundo físico, incluso a niveles microscópicos.

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