Развитие делает линейную алгебру, когда это создает новые разновидности? Анализ бригадой эволюционных биологов и примененных математиков указывает, что это может иметь место, по крайней мере для одной известной эволюционной особенности: клювы зябликов Дарвина.Чарльз Дарвин был заинтригован разновидностью зябликов во время его визита в Галапагосские острова в 1835.
Он заметил, что клювы птиц казались прекрасными? настроенный на их диету: те с маленькими, резкими клювами были склонны пировать на насекомых, например, в то время как те с крепкими клювами съели растительность. Находка помогла ему сформулировать свою эволюционную теорию естественным отбором.
Задаваясь вопросом, был ли своего рода математический образец позади адаптации, бригада из Гарвардского университета, включая postdoc Otger Campas и студента градиента Рикардо Мальярино, проанализировала формы клюва 13 из зябликов Дарвина, включая шесть разновидностей в роду Geospiza и три в роду Camarhynchus. Используя тщательно оцифрованные профили от экземпляров в Музее Гарварда Сравнительной Зоологии, исследователи тогда намереваются видеть до какой степени линейные преобразования? самые простые математические функции, которые могут действовать на геометрические объекты? мог «разрушиться» двумерные кривые, представляющие верхние клювы зябликов на общую форму.Математически, любые две кривые связаны некоторым преобразованием. Но линейность налагает серьезные ограничения.
В двух размерах это позволяет формам изменяться только через вычисление и стрижку. Примерно говоря, измеряющее преобразование является тем, протягивающим или сжимающим два перпендикулярных топора, но сохраняющим их перпендикулярными, в то время как постричь преобразование пихает одну ось к другому, изменяя угол между ними.
Исследователи нашли что шесть зябликов Geospiza и их предок Темнокожий Grassquit подошедший в измеряющих преобразованиях один. Другие 6 экземпляров также одно только подошедшее вычисление использования. Эти две группировки стали один через, стригут, бригада сообщает онлайн на этой неделе в Продолжениях Национальной академии наук.
«Мы были вполне потрясены, что они все разрушились так хорошо», говорит соавтор исследования Майкл Бреннер. «В данный момент это просто эмпирически», добавляет он. «Мы пытаемся выяснить то, что это означает».Ответ, независимо от того, что это, оказывается, вероятно заключается в деталях экспрессии гена. Изучите соавтора Архата Абжанова, и коллеги уже установили, что два протеина в основном ответственны за форму клюва в Geospiza?? кальмодулин управляет длиной, в то время как bmp4 влияет на ширину и глубину? так «мы ожидали, что будет некоторая корреспонденция между этими клювами», говорит Маллэрино. «Но факт, что мы получили такие чистые уровни корреспонденции, действительно очень удивителен».
По-видимому те же или подобные протеины привлечены во вторую группу, но те исследования должны все же быть сделаны.Марк Киршнер, биолог систем в Медицинской школе Гарварда в Бостоне, называет работу «хорошим случаем прикладной математики добавляемый к качественному биологическому наблюдению».
Это может помочь объяснить как зяблики Дарвина? и возможно другие организмы также? смогли адаптироваться так быстро к их окружающим средам: Если успешные изменения в фенотипе зависят только от двух или трех параметров вместо тысяч, он говорит, «он делает его намного более выполнимым, что Вы можете получить так много изменения в относительно короткое время».Чарльз Стивенс, молекулярный биолог в Институте Salk в Сан-Диего, Калифорния, кто изучил взаимодействие между развитием и группами математических преобразований, соглашается, что группа Гарварда на что-то. «Уловка теперь должна найти сохраненные правила формирования рисунка для генных сетей, имеющих собственность давания начало всем этим группам», говорит он. «Когда это будет сделано, это будет важным шагом вперед в нашем понимании эволюционных механизмов».