동전 던지기로 진화

수학적 모델은 돌연변이 전파에서 우연의 일치를 포착합니다.

증가하는 돌연변이 체 : 파면이 빨간 점으로 상징되는 유전자 변이를 퍼 뜨리면서. 도시 된 경우에, 돌연변이는 단지 약간의 이점을 가져 오므로, 그들의 퍼짐은 무작위 과정에 크게 의존하고 단지 느리게 주장된다. 역학 및 자기 조직을위한 © MPI / Hallachek
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생물 학자들은 진화가 돌연변이와 선택의 원칙만을 따르지 않고 우연한 환경의 영향을받는 것으로 오랫동안 알려져왔다. 그러나 지금까지 진화에 대한 무작위 영향을 정량화하는 것은 불가능했습니다. 새로운 수학적 절차는 이제 이것을 허용합니다. 독일 연구자들이 저널 "Physical Review Letters"에보고 한 바와 같이, 반응성 가스 혼합물 및 심지어 입자 물리학에서도 전염병 및 연소 전선의 확산에도 적용 할 수 있습니다.

진화는 얼마나 빠릅니까? 이것은 괴팅겐의 막스 플랑크 역학 및 자기 조직 연구소의 물리학 자 Oskar Hallatschek가 제기 한 연구 질문 중 하나입니다. 그는 공식과 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 답변을 시도합니다. 그의 컴퓨터 모델에는 자신의 게놈에 변화를 일으키는 개인이 있으며, 소위 돌연변이로 인해 이점이 있습니다. 그러므로, 그들은 그들의 동족 성보다 생존 가능성이 더 높으며 돌연변이는 대대로 가상의 존재들 사이에서 계속 퍼져 나간다.

슬로 싱 웨이브로서의 돌연변이

컴퓨터 모델은 돌연변이가 개인에 의해 채워진 영역을 가로 질러 파도처럼 쏟아지는 것을 보여줍니다. 이 파동의 속도는 두 가지 요소에 달려 있습니다. 첫째, 돌연변이 체가 갖는 이점의 정도. 돌연변이가 착용자의 생존 가능성을 증가시킬수록 파동이 더 빨리 진행됩니다. 두 번째 요인은 우연이다. "돌연변이의 확산은 누가 언제 누구에게 증인을 낳 느냐에 달려있다"고 할라 트 ek은 설명했다.

동전으로 연락처

접촉 가능성이 있습니다. 할라 트 ek은 그것을 동전 던지기와 비교합니다. 두 가지 가능성이 있습니다. 돌연변이가 접촉 (머리) 또는 관계되지 않은 (숫자)와 관련이 있습니다. 따라서, 돌연변이는 통과되거나 그렇지 않다. 통계적으로, 머리와 숫자의 50-50 비율이 동전 던지기를 기대합니다. 그러나 던지는 횟수가 적을수록 결과가이 기대치에서 크게 벗어나는 경향이 있습니다. 두 번만 던지면 두 가지 모두를 제공 할 것 같지 않습니다.

컴퓨팅 사회에서도 비슷합니다. 인구 밀도와 접촉 네트워크가 얇 으면 동전 던지기가 줄어 듭니다. 할라 트 ek은“그런데 돌연변이 체의 수는 밀집된 소셜 네트워크가 아니라 이웃의 한 개인 집단에서 다음 세대로, 그리고 한 세대에서 다음 세대로 크게 다르다”고 말했다. 이러한 임의의 변동은 시뮬레이션이 보여주는 것처럼 돌연변이의 확산을 늦춘다. 디스플레이

난기류와 파면

또한 파면의 모양을 변경합니다. 한편으로, 이들은 웨이브가 롤오버 될 때 뮤턴트없는 상태에서 혼합 된 상태로 부드럽게 이동하지 않는 영역을 야기합니다. 오히려 강한 변동이 발생합니다. 이것들은 돌연변이가 다시 나타나기 전에 짧은 시간 동안 하위 영역에서 완전히 사라질 수 있습니다. 따라서 파면은 전파와 주파로 나눌 수 있습니다. 다른 한편으로, 파면의 길이, 즉 파를 기록하고있는 영역과 완전히 커버 된 영역 사이의 거리는 임의의 방해받지 않는 파면.

또한 낮은 선택 이점을 가진 돌연변이에 적합한 방정식

Hallatschek은 컴퓨터에서 이러한 현상을 시뮬레이션 할 수 있었을뿐만 아니라이를 정량적으로 설명하여 더 잘 이해할 수있었습니다. 지금까지, 랜덤 요소가 돌연변이 체의 선택 이점과 비교하여, 즉 돌연변이가 높은 주장 성을 갖는 경우 돌연변이의 파동 전파를 계산하는 것이 가능했다. 과학자들은 화학 시약뿐만 아니라 생물의 성장, 확산 및 임의의 변동을 설명하는 이른바 무작위 피셔-콜 모고 로프-페트로프 스키-피스 코우 노프 방정식 (SFKPP)을 설명했습니다. 그러나 그들은 임의의 종속 용어를 무시했지만이 용어를 항상 무시할 수는 없다고 Hallatschek은 강조합니다. 물리학자는“가장 자연적으로 발생하는 돌연변이는 단지 약간의 선택 이점 만 가져 오기 때문이다. 이 경우 기회는 비교적 큰 역할을합니다.

Hallatschek은 이러한 경우에 섭동 계산이라고하는 수학적 방법을 통해 SFKPP 방정식을 풀었습니다. 그는 돌연변이 파의 속도가 인구 밀도의 근에 비례하여 증가한다는 것을 발견했습니다. 또한 파면의 길이는 전력 법에 의해 설명 될 수있는 주파수 분포를 따른다는 것을 보여 주었다. 그는 또한 파면 분할이 랜덤 워크 (random walk)라는 랜덤 프로세스를 따른다는 것을 발견했다.

방법은 전염병 또는 화학 반응을 설명합니다

할라 트 ek은“이러한 양적 이해는 SFKPP 방정식을 따르는 다른 현상을 설명 할 수있게한다”고 말했다. 따라서 물리학자는 과학자들이 그의 방법을 사용할 것이라고 확신합니다. 할라 sch은“전염병 학자들은 이제 질병이 어떻게 퍼지는 지 더 정확하게 묘사 할 수있다”고 말했다. 또한 화학자들은이 방법을 사용하여 반응의 흐름을 연구 할 수있었습니다. 돌연변이의 장점과 유사한 것은 두 물질의 반응성입니다. 입자 물리학 자조차도 그의 연구에 관심을 보였다고 연구원은 밝혔다. 그는 기본 입자에 대한 산란 실험을 설명하기 위해 SFKPP 방정식과 유사한 것을 사용하기 때문입니다.

한라 테크와 그의 7 명 팀은 지난 20 만 년 동안 인류의 진화를 탐구하고 싶다. 그는 유익한 돌연변이가 파도처럼 퍼지는 유전자 데이터를 기반으로 이해하려고합니다.

(Max Planck Society, 15.09.2009-NPO)