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
19 статей
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет ИТМО» — первое неклассическое высшее учебное заведение Санкт-Петербурга, один из национальных исследовательских университетов России.
Вчера, 09:59
5 минут
Сергей Васильев

Австралийские ученые обнаружили несколько загадочных кольцевых структур, излучающих в радиодиапазоне, но не смогли понять, как далеко те находятся, какие имеют размеры и откуда появляются в космосе.

Вчера, 15:12
2 минуты
Илья Ведмеденко

В Калифорнии нашелся новый объект, похожий на монолит из «Космической одиссеи». Ранее нечто похожее обнаружили в штате Юта и на территории Румынии.

8 часов назад
5 минут
Мария Кривоченко

Эксперты определили три отрезка жизни, в течение которых организм сильнее всего подвержен негативному воздействию алкоголя. Среди них — период развития плода, возраст от 15 до 19 лет, а также старость (от 65 лет).

30 ноября
7 минут
Василий Парфенов

История с загадочным артефактом в американском штате Юта становится все запутаннее. Мало того, что, вопреки всем предосторожностям властей, «монолит» нашли любопытные граждане, так его еще украли. А недавно стало известно об аналогичной находке в Европе — на территории археологического памятника в Пятра-Нямце, Румыния.

Вчера, 15:12
2 минуты
Илья Ведмеденко

В Калифорнии нашелся новый объект, похожий на монолит из «Космической одиссеи». Ранее нечто похожее обнаружили в штате Юта и на территории Румынии.

30 ноября
4 минуты
Василий Парфенов

Пилотируемый глубоководный аппарат «Фэньдоучжэ» опустился на глубину 10 909 метров в Марианскую впадину. Во время этого погружения впервые осуществлялась прямая трансляция фото и видео на поверхность.

14 ноября
34 минуты
Василий Парфенов

На вопрос, кто проживает на дне океана, люди отвечают по-разному. Дети и некоторые взрослые скажут: Губка Боб Квадратные Штаны. Фанаты Лавкрафта благоговейно, но с огоньком в глазах пробормочут нечто вроде «Ктулху фхтагн». А подводники и океанологи задумчиво посмотрят на вопрошающего и, если повезет, расскажут много интересного. Про квакеров, «биоуток», «блуп» и еще Посейдон его знает какие аномальные явления подводного мира.

22 ноября
25 минут
Александр Березин

Планеты вокруг нашего Солнца расположены совсем не так, как в других системах. И это имеет крайне необычные практические последствия: расчеты показывают, что вокруг нашей звезды должны вращаться две потенциально обитаемые планеты, а не одна, как сейчас. Одна из них куда-то бесследно исчезла – и это еще в лучшем случае. Рассказываем, почему так получилось и кто конкретно в этом виноват.

24 ноября
8 минут
Мария Азарова

Попадание патогена в эпителий слизистой дыхательных путей и захват вирусом бокаловидных клеток приводит к нарушению слизистого барьера. Из-за уменьшения количества муцина снижается не только обонятельная чувствительность, но и возникают неприятные ощущения в носу и рту, в том числе сухость.

[miniorange_social_login]

Комментарии

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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: