Ученые создали алгоритм, который предсказывает "генетическую историю" животных и растений
03.03.2020 23:00:32
Юрий БАКЕРЕНКО
Ученые разработали программу, с помощью которой можно быстро и эффективно находить следы массовых вымираний животных и растений, а также узнавать о других демографических процессах, анализируя их ДНК, пишет ТАСС.
Фото: pixabay.com
"Интересно, что этот метод вдохновлен тем, как происходит эволюция — особи мутируют, скрещиваются. Вместо животных, микробов или растений наш алгоритм использует демографические модели и их параметры, а приспособленность определяется схожестью с рассматриваемыми данными", — прокомментировал работу один из ее авторов, сотрудник Университета ИТМО Владимир Ульянцев.
О массовых вымираниях животных, а также об эпизодах резкого сокращения их численности, которые связаны с изменением климата, болезнями или какими-то другими факторами, можно узнать не только по их окаменелым останкам, которые сохранились в осадочных породах Земли, но и по генетическим данным.
Это стало возможным благодаря тому, что различные типы демографических событий заметным образом меняют то, как часто встречаются различные типы мутаций и вариации генов в общем генофонде того или иного вида. Анализируя и сопоставляя их, ученые могут узнавать демографическую историю тех или иных видов животных и растений, а также понять, из-за чего вымерли те или иные популяции.
К примеру, анализ ископаемой ДНК неандертальцев и мамонтов показал, что и древние люди, и их шерстистые "соседи" жили в небольших популяциях с низким уровнем генетического разнообразия. Появление большого числа вредных мутаций в геноме мамонтов после очередного резкого сокращения их численности, как полагают американские генетики, было главной причиной их вымирания.
Изучая генетическое разнообразие и отслеживая мутации в генофонде животных и растений, Ульянцев и его коллеги создали алгоритм, который может ускорить поиски подобных эпизодов генетической истории вымерших и ныне существующих видов.
Как отмечает пресс-служба ИТМО, до недавнего времени это был долгий процесс, результат которого очень сильно зависел от изначальной гипотезы ученого. Если в ней был дефект, а исследователь чего-то не учел, то программа уже не могла исправить эту ошибку и считала вероятность тех или иных демографических событий только в рамках тех данных, которые в нее изначально были внесены.
Исследователи исправили этот недочет. Разрабатывая свой алгоритм, который строит наиболее вероятные модели демографической истории по генетическим данным, они воспользовались своеобразным "эволюционным подходом". В отличие от других программ такого рода, для работы с таким алгоритмом не нужно разбираться в программировании, кроме того, он работает точнее и быстрее.
Работу алгоритма ученые проверили, проанализировав генофонд человечества и попытавшись проверить, действительно ли наши предки покинули Африку примерно 100 тысяч лет назад. Для этого генетики сравнили образцы геномов представителей племени йоруба из Африки, американцев из штата Юта и жителей Пекина. Программа подтвердила общепринятые представления о том, как и когда человечество начало колонизировать Землю, не уступив в точности расчета уже существующим и более трудоемким алгоритмам.
"Наша программа автоматически выводит на основе генетических данных ту модель, которую считает оптимальной. Я как ученый буду рассматривать наиболее правдоподобные с моей точки зрения гипотезы — их может быть три, пять или даже десять. А программа будет тестировать все модели, которые покажутся ей вероятными, — это значительно больший объем. Поэтому программа находит решения лучше тех, что были найдены людьми изначальными методами", — подытожил Ульянцев.
Фото: pixabay.com"Интересно, что этот метод вдохновлен тем, как происходит эволюция — особи мутируют, скрещиваются. Вместо животных, микробов или растений наш алгоритм использует демографические модели и их параметры, а приспособленность определяется схожестью с рассматриваемыми данными", — прокомментировал работу один из ее авторов, сотрудник Университета ИТМО Владимир Ульянцев.
О массовых вымираниях животных, а также об эпизодах резкого сокращения их численности, которые связаны с изменением климата, болезнями или какими-то другими факторами, можно узнать не только по их окаменелым останкам, которые сохранились в осадочных породах Земли, но и по генетическим данным.
Это стало возможным благодаря тому, что различные типы демографических событий заметным образом меняют то, как часто встречаются различные типы мутаций и вариации генов в общем генофонде того или иного вида. Анализируя и сопоставляя их, ученые могут узнавать демографическую историю тех или иных видов животных и растений, а также понять, из-за чего вымерли те или иные популяции.
К примеру, анализ ископаемой ДНК неандертальцев и мамонтов показал, что и древние люди, и их шерстистые "соседи" жили в небольших популяциях с низким уровнем генетического разнообразия. Появление большого числа вредных мутаций в геноме мамонтов после очередного резкого сокращения их численности, как полагают американские генетики, было главной причиной их вымирания.
Изучая генетическое разнообразие и отслеживая мутации в генофонде животных и растений, Ульянцев и его коллеги создали алгоритм, который может ускорить поиски подобных эпизодов генетической истории вымерших и ныне существующих видов.
Как отмечает пресс-служба ИТМО, до недавнего времени это был долгий процесс, результат которого очень сильно зависел от изначальной гипотезы ученого. Если в ней был дефект, а исследователь чего-то не учел, то программа уже не могла исправить эту ошибку и считала вероятность тех или иных демографических событий только в рамках тех данных, которые в нее изначально были внесены.
Исследователи исправили этот недочет. Разрабатывая свой алгоритм, который строит наиболее вероятные модели демографической истории по генетическим данным, они воспользовались своеобразным "эволюционным подходом". В отличие от других программ такого рода, для работы с таким алгоритмом не нужно разбираться в программировании, кроме того, он работает точнее и быстрее.
Работу алгоритма ученые проверили, проанализировав генофонд человечества и попытавшись проверить, действительно ли наши предки покинули Африку примерно 100 тысяч лет назад. Для этого генетики сравнили образцы геномов представителей племени йоруба из Африки, американцев из штата Юта и жителей Пекина. Программа подтвердила общепринятые представления о том, как и когда человечество начало колонизировать Землю, не уступив в точности расчета уже существующим и более трудоемким алгоритмам.
"Наша программа автоматически выводит на основе генетических данных ту модель, которую считает оптимальной. Я как ученый буду рассматривать наиболее правдоподобные с моей точки зрения гипотезы — их может быть три, пять или даже десять. А программа будет тестировать все модели, которые покажутся ей вероятными, — это значительно больший объем. Поэтому программа находит решения лучше тех, что были найдены людьми изначальными методами", — подытожил Ульянцев.