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.
21 июля
9 минут
НИУ ВШЭ

В развивающихся странах гораздо больше готовых вакцинироваться. Наиболее частой причиной отказа от прививки выступают опасения по поводу побочных эффектов, при этом отношение к вакцинации формируется прежде всего под влиянием врачей и медицинских работников.

21 июля
4 минуты
Сергей Васильев

До сих пор было неизвестно, могут ли плоды передавать сигналы материнскому растению, но опыты, поставленные на томатах, показали, что это действительно происходит.

Вчера, 10:07
6 минут
Сергей Васильев

Первые сейсмические данные о внутренней структуре Красной планеты показали ее удивительно толстую кору и большое расплавленное ядро.

21 июля
22 минуты
Александр Березин

Существующие континенты движутся к слиянию в один — это лишь вопрос времени, считают большинство исследователей. Группа ученых решила выяснить, что будет с обитаемостью Земли после того, как это слияние завершится. Как оказалось, температура на планете существенно вырастет при любом исходе. Но в случае формирования одного из двух возможных суперконтинентов на суше станет намного холоднее. Если возникнет второй суперконтинент, доля обитаемой твердой поверхности, напротив, возрастет. Почему так получается и что из этого следует?

21 июля
4 минуты
Сергей Васильев

До сих пор было неизвестно, могут ли плоды передавать сигналы материнскому растению, но опыты, поставленные на томатах, показали, что это действительно происходит.

18 июля
5 минут
Илья Ведмеденко

Представлены первые фотографии перспективного российского боевого самолета, премьера которого состоится на грядущем авиасалоне МАКС. Ранее мы уже могли видеть новую машину, однако ее скрывал защитный чехол.

13 июля
5 минут
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
7 минут
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

11 июля
28 минут
Александр Березин

Еще год назад почти все были уверены, что эпидемия быстро закончится. Ведь научные исследования говорили: иммунитет переболевших очень сильный, а повторные заболевания крайне редки. Российские власти все еще верят в это: глава Роспотребнадзора Анна Попова утверждает, будто повторно болеет только 1%. От этого в России до сих пор ждут достижения «группового иммунитета» осенью — и, разумеется, снятия ковидных ограничений. К сожалению, это пустые надежды. Данные из других стран вообще не показывают реальной возможности достичь группового иммунитета за счет переболевших. Разбираемся в деталях.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
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: