Алгоритмическая загадка молекулярной эволюции
После того, как ученые научились читать генетические тексты наследственной информации, записанные в молекулах ДНК и РНК, выяснилось одно странное обстоятельство. Вопреки ожиданиям, основанным на классической дарвиновской теории эволюции, генетические тексты выглядели вовсе не случайными последовательностями "букв", а, напротив, оказалось, что в них присутствует строгая упорядоченность. К всеобщему удивлению выяснилось, что на самом низком и фундаментальном уровне организации живой материи наследственный код насыщен многочисленными повторяющимися фрагментами и палиндромами. Напомним, что палиндромом называется фраза или слово, которое одинаково читается с обеих сторон. Например, фраза "А роза упала на лапу Азора" без учета пробелов между словами будет читаться одинаково в обоих направлениях.
Упорядоченность генетических текстов трудно объяснить на основе классической дарвиновской теории эволюции. Краеугольным камнем дарвинизма является постулат о том, что естественный отбор векторизует случайную мутационную изменчивость. То есть изначальным сырьем для природной селекции выступают "опечатки", время от времени самопроизвольно появляющиеся в наследственных кодах. Но тогда и сами коды должны выглядеть именно как результат многочисленных случайных опечаток. В этом случае последовательность букв в генетических текстах должна быть сравнима с той, которую оставила бы на экране маленькая собачка, потоптавшись по клавиатуре компьютера. Но на самом деле твердо экспериментально установлено, что это не так. Следовательно, в природе действует некий иной механизм формирования и эволюционной трансформации наследственного кода. Иной, но какой же?
Сторонники теории номогенеза, разработанной академиком Л. С. Бергом в начале двадцатого века, склонны интерпретировать феномен упорядоченности генетических текстов как доказательство существования некой номогенетической закономерности, управляющей биологической эволюцией извне. Правда, природа самой этой закономерности так и остается загадкой.
Известно, что тексты наследственной информации передаются от родителей к потомкам путем копирования. Русский ученый-генетик Тимофеев-Ресовский, тот самый, о котором Даниил Гранин написал биографическую повесть "Зубр", называл этот процесс конвариантной матричной редубликацией. Может быть, разгадка как раз и кроется в механике этой конвариантной редубликации. Что если предположить, что наследственные тексты кодируют, в том числе и возможность своего собственного изменения. То есть тексты наследственной информации и являются носителями той закономерности, которая проявляется в их итоговой упорядоченности.
Для того, чтобы в общих чертах представить себе, как это может происходить, рассмотрим следующую алгоритмическую модель. В начале сгенерируем случайную последовательность какой-то произвольной длины n, состоящую из нерегулярно чередующихся четырех знаков (обозначим их - 1,2,3,4). Например, 1214434. В конце последовательности запишем ноль как признак завершения кода. Затем разместим эту последовательность на клеточном поле по следующим правилам (см. рисунок а).
Первый символ запишем в некоторую, заранее заданную клетку. Затем, в зависимости от того, какой именно символ вписан в текущую клетку, следующий элемент последовательности будем заносить в одну из четырех ячеек, соседних с данной. Если в текущую клетку вписана единица, следующий символ разместим в правой соседней клетке; если в текущую клетку вписана двойка, следующий символ разместим в соседней верхней клетке; если в клетку вписана тройка, то следующий символ разместим в соседней левой клетке; и, наконец, если в текущую клетку вписана четверка, то следующий символ впишем в соседнюю нижнюю клетку. Точно так же поступим со следующим символом, и будем продолжать этот процесс, пока не дойдем до нуля (признака окончания последовательности) или не наткнемся на конец поля. Если в процессе записи очередная клетка окажется уже занята, то будем писать наверх, "забивая" предыдущий знак.
Информационные макромолекулы РНК и ДНК, как и любые другие полимерные молекулы, в реальных физических условиях имеют определенную пространственную форму, которая во многом определяется порядком следования мономеров в первичной информационной цепочке. Описанный выше алгоритм записи одномерной последовательности знаков на клеточное поле будем считать некой очень общей аллегорией процесса образования пространственной структуры информационной полимерной молекулы.
Немного больше о технологиях >>>
Стратегия «золотой середины»
Выработанная
веками народная мудрость, правило поведения или закон природы? Ниже я
постараюсь показать, что это такой же универсальный закон природы как, скажем,
закон всемирного тяготения.
Понятие
золотой середины далеко не ново. О нем писали еще Конфуций (551...479 до н.э. ...
Оптимизация структуры стохастического графа c переменной интенсивностью выполнения работ
Задача
распределения ресурсов (нескладируемого типа) на cтохастических сетях (параллельные
проекты) сформулирована как обусловленная переменной структурой графа.
Предложенный метод решения обеспечивает получение экстремального графа для
случая, когда каждая работа многопроектно ...
