Создан алгоритм, позволяющий легче и точнее строить историю популяций людей и животных — Naked Science
7 минут
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.
Вчера, 17:59
6 минут
Мария Азарова

Благодаря детским костям, покоившимся на протяжении более чем 78 тысяч лет в одной из пещер Кении, ученым удалось наконец узнать, как обращались с телами умерших в Африке.

11 часов назад
9 минут
ТГУ

Ученые Биологического института Томского государственного университета совместно с коллегами из СибГМУ исследуют зараженность животных и людей в Сибири описторхозом. Основная задача – выяснить, какие звенья играют главную роль в распространении заболевания, чтобы на основе этих данных разработать способы мониторинга и профилактики. Некоторые аспекты проблемы уже удалось понять.

Вчера, 21:01
5 минут
Илья Ведмеденко

Американцы потерпели неудачу во время испытательного запуска межконтинентальной баллистической ракеты Minuteman III. Причину только предстоит выяснить.

1 мая
37 минут
Александр Березин

Бразильское агентство по наблюдению за здоровьем граждан (ANVISA) заявило, что нашло в вакцине «Спутник-V» некий живой вирус. Что оно имеет в виду и почему более авторитетные западные игроки не выявили подобных причин для беспокойства? Есть и другие поводы для обеспокоенных вопросов. Обе массовые западные аденовирусные вакцины от Covid-19 вызывают необычные тромбы, которые уже имели смертельные исходы. Правы ли те, кто ожидает таких же побочных эффектов от «Спутника», и почему их в этом случае еще ни разу не смогли найти?

2 мая
62 минуты
Николай Цыгикало

Знаменитый ракетный комплекс «Искандер» стал одним из символов российской военной мощи. Он не покидает центра внимания экспертов и средств массовой информации, а его тактико-технические характеристики приводятся в каждом информационном ресурсе военной тематики. Но цифры цифрами, а что за ними? Посмотрим на работу «Искандера» с разных сторон, чтобы разобраться в принципах действия и логике конструктивных решений. Тогда глубина понимания позволит пройти дальше одних лишь цифр ТТХ, и при всей важности они окажутся не на первом месте. Наш материал — самый полный рассказ о работе «Искандера» в открытом доступе.

Позавчера, 15:24
4 минуты
Ольга Иванова

Ученые из Финляндии определили причины того, почему «собака бывает кусачей» по отношению к человеку и другим животным.

23 апреля
11 минут
Василий Парфенов

Действующий глава NASA в рамках общения с прессой ответил на ряд вопросов, касающихся недавних заявлений российских политиков и главы «Роскосмоса» о скором отказе от собственного сегмента МКС. Администратор заверил всех, что агентство находится в хороших отношениях с Россией, а также поделился информацией о согласовании обмена местами для астронавтов и космонавтов в пилотируемых миссиях двух стран.

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

8 апреля
13 минут
Мария Азарова

Когда знаменитый епископ Лунда Педер Винструп умер, его похоронили в семейном склепе в Лундском соборе вместе с женой. После реставрации собора в XIX веке гробы перенесли в общее хранилище, а в 2012 году ученые решили исследовать мумифицированные останки. Неожиданно в ногах Винструпа обнаружили небольшой кулек — завернутое в ткань тело недоношенного ребенка. Это открытие вызвало резонный вопрос: как эмбрион попал в гроб к епископу и имели ли они родственную связь?

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: