03.03.2020
Университет ИТМО

Создан алгоритм, позволяющий легче и точнее строить историю популяций людей и животных

5.1

Ученые из Университета ИТМО создали программу, позволяющую быстро и эффективно анализировать генетические данные. На их основе она строит наиболее вероятные модели демографической истории тех или иных популяций растений, животных и людей. Используя сложные схемы расчета, программа может с очень высокой долей вероятности предположить, какую историю прошла за последние тысячи лет та или иная группа живых организмов, какие периоды массового вымирания или массового размножения пережила популяция и давно ли она контактировала с другими родственными видами.

Реконструкция австралопитека / ©kartinkinaden.ru

Статья, посвященная данной методике, опубликована в журнале Giga Science.

Как выяснить, когда на Земле появились предки современных тигров, когда разделились две популяции слонов, а когда — Homo sapiens африканской популяции и евразийской? На эти вопросы может ответить демографическая история популяции — составленная на основе генетики модель, на которой показано, какие этапы на своем веку переживала популяция: были ли в ее истории массовые вымирания, миграции или резкие взлеты численности.

Кроме фундаментального значения такие данные могут помочь нам и в прикладных исследованиях по экологии. Например, если в каком-то районе осталось всего восемьсот моржей, ученым необходимо понять, критическое ли это снижение или же естественная численность, которая остается таковой уже несколько тысяч лет. Создание демографической истории популяции на основе генетических данных – сложная задача, требующая от популяционного генетика не только знаний в области биологии, но и навыков программирования.

Ученому необходимо собрать данные и написать код для расчета выбранных возможных моделей эволюции популяции, которые могли привести к тому многообразию генетических данных, которое мы наблюдаем у представителей сегодняшней популяции. До недавнего времени это был долгий процесс, конечный результат которого очень сильно зависел от изначальной гипотезы ученого. Если в ней был дефект, и исследователь чего-то не учел, то программа уже не могла исправить эту изначальную ошибку и считала вероятность тех или иных демографических событий только в тех рамках, которые изначально для нее заложил человек.

Эту ситуацию призвано решить программное обеспечение, которое придумала группа ученых Университета ИТМО в рамках работы грантовых программ проекта 5-100 и при поддержке JetBrains Research. Исследователи предложили программный продукт, который сам, автоматически, на основе данных геномных исследований строит наиболее вероятную модель демографической истории той или иной популяции.

При этом он в существенной степени менее зависим от изначального предположения исследователя, не требует от генетика серьезных навыков написания кода и работает значительно быстрее. Сама программа достаточно гибкая, и если полученный результат в чем-то разойдется с археологическими данными или историческими источниками, можно легко ввести дополнительные ограничения в алгоритм, и он уточнит свою гипотезу.

«Наша программа автоматически выводит на основе генетических данных ту модель, которую считает оптимальной, – рассказывает Владимир Ульянцев, руководитель Международной лаборатории «Компьютерные технологии» Университета ИТМО, – она смотрит весь объем сценариев. Я как ученый буду смотреть наиболее правдоподобные с моей точки зрения гипотезы – их может быть три, пять, может быть, 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. Интересно, что этот метод вдохновлен тем, как происходит эволюция – особи мутируют, скрещиваются. У нас вместо особей – демографические модели и их параметры, а приспособленность определяется схожестью с рассматриваемыми данными».

Ученые могут наложить полученные данные на карту, сопоставить информацию о том, что в такой-то период наблюдалась миграция популяции с археологическими находками и другими данными. С помощью этих алгоритмов уже проверены многие исследования и гипотезы эволюционных генетиков. Во многих случаях результат получился точнее, чем в изначальных исследованиях.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Университет ИТМО (Санкт-Петербург) — национальный исследовательский университет, ведущий вуз России в области информационных и фотонных технологий. Альма-матер победителей международных соревнований по программированию: ICPC (единственный в мире семикратный чемпион), Google Code Jam, Facebook Hacker Cup, Яндекс.Алгоритм, Russian Code Cup, Topcoder Open и др. Приоритетные направления: IT, фотоника, робототехника, квантовые коммуникации, трансляционная медицина, урбанистика, Art&Science, Science Communication.
Позавчера, 12:32
Алиса Гаджиева

Археологи обнаружили доказательства того, что доисторическое строение возрастом в 11 тысяч лет использовали для церемониальных действий, а потом преднамеренно засыпали землей.

Позавчера, 13:37
Ольга Иванова

Американские исследователи пришли к выводу, что человеческий мозг уменьшился из-за процессов глобализации, кооперации и разделения труда.

Позавчера, 13:46
Александр Березин

Повелители тундростепей Евразийского континента, оказывается, вовсе не вымерли с концом ледникового периода. Вопреки тому, что считалось ранее, они выжили — как минимум на Таймыре и как минимум до 1900 года до нашей эры. А это на много веков позже постройки пирамиды Хеопса. Получается, человек не привел мамонта к вымиранию? Или, напротив, нашел затерянные на Таймыре остатки вида и уничтожил их совсем недавно? Это сложный вопрос, от которого зависит ответ на другой: могут ли слоны заселить Север России и в наши дни?

18 октября
Елена Синицкая

На днях израильский ныряльщик обнаружил на дне Средиземного моря у Хоф-ха-Кармель древние предметы, среди которых оказался меч удивительной сохранности. По мнению специалистов Израильского управления древностей, железный меч с клинком около одного метра и 30-сантиметровой рукоятью принадлежал крестоносцу и датируется XII веком.

19 октября
Илья Ведмеденко

В КНР испытали монолитный твердотопливный ракетный двигатель, имеющий самую большую тягу в мире. Разработка изделия важна для создания ракет тяжелого класса.

Позавчера, 12:32
Алиса Гаджиева

Археологи обнаружили доказательства того, что доисторическое строение возрастом в 11 тысяч лет использовали для церемониальных действий, а потом преднамеренно засыпали землей.

13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

12 октября
Алиса Гаджиева

Две тысячи лет назад многие сооружения строили лучше, чем сегодня.

27 сентября
Мария Азарова

Новое исследование генетиков из Германии и Италии, похоже, помогло найти ответ на вопрос, который занимал ученых свыше двух тысяч лет: откуда взялись этруски?

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: