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Des scientifiques ont découvert que les « mathématiques pures » sont écrites dans Evolutionary Genetics : ScienceAlert

Des scientifiques ont découvert que les « mathématiques pures » sont écrites dans Evolutionary Genetics : ScienceAlert

Les mathématiciens apprécient la beauté des mathématiques que beaucoup d’entre nous ne voient pas. Mais la nature est un monde merveilleux dans lequel observer la beauté créée par les relations mathématiques.

Le monde naturel offre des modèles apparemment infinis basés sur des nombres – si nous pouvons les reconnaître.

Heureusement pour nous, une équipe diversifiée de chercheurs vient de découvrir un autre lien étonnant entre les mathématiques et la nature. Entre l’une des formes les plus pures des mathématiques, la théorie des nombres, et les mécanismes qui régissent l’évolution de la vie à l’échelle moléculaire, se trouve la génétique.

aussi abstrait que cela puisse être, La théorie du nombre Il s’agit peut-être également de l’une des formes de mathématiques les plus populaires pour beaucoup d’entre nous. Cela comprend la multiplication, la soustraction, la division et l’addition (fonctions arithmétiques) de nombres entiers, ou de nombres entiers et de leurs équivalents négatifs.

célèbre Séquence de Fibonacci Ceci n’est qu’un exemple, où chaque nombre de la séquence est la somme des deux nombres précédents. Ses motifs se retrouvent partout dans la nature, dans les pommes de pin, les ananas et les graines de tournesol.

« La beauté de la théorie des nombres ne réside pas seulement dans les relations abstraites qu’elle révèle entre les entiers, mais aussi dans les profondes structures mathématiques qu’elle éclaire dans notre monde naturel. » Expliquer Le mathématicien d’Oxford Ard Lewis est l’auteur principal de la nouvelle étude.

Lewis et ses collègues étaient intéressés par les mutations, des erreurs génétiques qui se glissent dans le génome d’un organisme au fil du temps et conduisent à l’évolution.

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Certaines mutations peuvent être un changement d’une seule lettre dans la séquence génétique qui provoque une maladie ou produit un avantage inattendu, tandis que d’autres ne peuvent avoir aucun effet notable sur l’apparence, les traits ou les comportements (phénotype) de l’organisme.

Ces dernières sont parfois qualifiées de mutations neutres et, bien qu’elles n’aient aucun effet perceptible, elles sont des indicateurs de l’évolution à l’œuvre. Les mutations s’accumulent à un rythme constant au fil du temps, cartographiant les relations génétiques entre les organismes à mesure qu’ils s’écartent lentement d’un ancêtre commun.

Cependant, les organismes doivent être capables de tolérer certaines mutations pour conserver leur phénotype distinctif pendant que la loterie génétique continue de distribuer les variantes qui en résultent. Euh, peut-être pas sois utile.

C’est comme ça que ça s’appelle Durabilité mutationnelle La diversité génétique est née, mais elle varie selon les espèces, et peut même être observée au niveau des protéines intracellulaires.

Les protéines étudiées peuvent tolérer environ les deux tiers des erreurs aléatoires dans leurs séquences codantes. 66% des mutations neutre et n’a aucun effet sur son aspect final.

« Nous savons depuis un certain temps que de nombreux systèmes biologiques présentent une force apparente remarquablement élevée, sans laquelle l’évolution ne serait pas possible. » Expliquer Louis.

« Mais nous ne savions pas quelle était la force maximale absolue possible, ni s’il y avait une limite. »

Pour enquêter, Lewis et ses collègues ont examiné : protéine repliable Et Petites structures d’ARN À titre d’exemples de la façon dont une séquence génétique unique, connue sous le nom de génotype, peut correspondre à un phénotype ou un trait particulier.

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Dans le cas des protéines, une courte séquence d’ADN décrit les éléments constitutifs de la protéine qui, une fois regroupés, codent leur forme.

Les structures secondaires de l’ARN sont plus petites que les protéines ; Brins de code génétique flottants qui aident à construire des protéines.

Lewis et ses collègues se demandaient à quel point la nature serait proche d’atteindre les limites supérieures de la force mutationnelle. Ils ont donc effectué des simulations numériques pour calculer les probabilités.

Ils ont étudié les caractéristiques mathématiques abstraites du nombre de variations génétiques correspondant à un phénotype particulier sans le modifier, et ont montré que le pouvoir mutationnel peut en effet être maximisé dans les protéines et les structures d’ARN naturelles.

De plus, la robustesse maximale suit un modèle fractal auto-récurrent appelé Courbe de blanc-mangeret était cohérent avec le concept de base de la théorie des nombres, appelé Casser la somme des nombres.

« Nous avons trouvé des preuves claires dans la cartographie des séquences vers les structures secondaires de l’ARN que, dans certains cas, la nature atteint exactement la limite supérieure de force. » Il dit Vaibhav Mohanty, de la faculté de médecine de Harvard.

« C’est comme si la biologie connaissait la fonction de la somme des nombres rationnels. »

Une fois de plus, les mathématiques semblent être un élément essentiel de la nature, structurant le monde physique, même à l’échelle microscopique.

L’étude a été publiée dans Journal d’interface de la Royal Society.