Ключевое слово
19 | 01 | 2019
Новости Библиотеки

Шахматы онлайн

Чессбомб

Welcome, Guest
Username: Password: Remember me

TOPIC: Математика & биология, биоинформатика

Математика & биология, биоинформатика 10 Авг 2009 16:55 #1

  • Quantrinas
  • Quantrinas's Avatar
  • OFFLINE
  • Физик
  • Posts: 12016
  • Thank you received: 4
  • Karma: 0
ivank написал(а):
Я учился на биофаке и чуть-чуть на мехмате
А насколько реально сейчас проникновение математики в биологию?

Математика & биология, биоинформатика 10 Авг 2009 17:12 #2

  • drowsy
  • drowsy's Avatar
  • OFFLINE
  • Генерал-аншеф
  • Posts: 810
  • Thank you received: 3
  • Karma: 0
Quantrinas написал(а):
А насколько реально сейчас проникновение математики в биологию?
Моя соседка в МГУ занималась какими-то прикладными вычислениями с ДНК, а в Торонто у нас тут народ на матфаке занимается математической плацентологией. По виду плаценты могут определить здоров ли ребёнок, и если нет, то что и когда произошло, какие органы нарушены и т.д.

Математика & биология, биоинформатика 10 Авг 2009 18:36 #3

  • ivank
  • ivank's Avatar
  • OFFLINE
  • Первый Боярин
  • Posts: 114
  • Thank you received: 1
  • Karma: 0
Quantrinas написал(а):
А насколько реально сейчас проникновение математики в биологию?
Приложений много, в первую очередь это статистика и вычислительная математика, и прежде всего в молекулярной биологии и экологии. А признанных фундаментальных математизированных теорий в биологии пока нет. Хотя есть надежды и попытки - в теории эволюции (теория игр), в эмбриологии (теория катастроф), в молекулярной клеточной биологии (какой-то аналог статистической механики).

Математика & биология, биоинформатика 10 Авг 2009 18:40 #4

  • Quantrinas
  • Quantrinas's Avatar
  • OFFLINE
  • Физик
  • Posts: 12016
  • Thank you received: 4
  • Karma: 0
А мне кажется, что в генетике должна появится какая-то математика, или может информатика с кибернетикой?

Математика & биология, биоинформатика 10 Авг 2009 19:08 #5

  • ivank
  • ivank's Avatar
  • OFFLINE
  • Первый Боярин
  • Posts: 114
  • Thank you received: 1
  • Karma: 0
Quantrinas написал(а):
А мне кажется, что в генетике должна появится какая-то математика, или может информатика с кибернетикой?
Есть популяционная генетика - описывает дифференциальными уравнениями изменения частот генов в популяции. И для математических аспектов теории эволюции она служит фундаментом. Но глубокой реалистичной теории из нее не получилось.

Для моделирования межгенных взаимодействий пытаются использовать разные методы - дифференциальные уравнения, разностные уравнения, булевы сети и т.д. Но единой содержательной теории нет.

Математика & биология, биоинформатика 10 Авг 2009 21:33 #6

  • Хайдук
  • Хайдук's Avatar
  • OFFLINE
  • Посадник
  • Posts: 34516
  • Thank you received: 74
  • Karma: 21
Quantrinas написал(а):
в генетике должна появится какая-то математика, или может информатика с кибернетикой?
Интересно может ли сравнительный анализ ДНК всяких организмов методами биоинформатики и data-mining нащупать главные структуры и функции живого и тем самым помочь одним ударом расшифровать предназначение разных участков генома для широкого класса организмов?

Математика & биология, биоинформатика 10 Авг 2009 22:04 #7

  • ivank
  • ivank's Avatar
  • OFFLINE
  • Первый Боярин
  • Posts: 114
  • Thank you received: 1
  • Karma: 0
Не совсем понял
Структура и функция отдельных генов долго (десятки, сотни миллионов лет) сохраняется в ходе эволюции и таким образом действительно можно экстраполировать выводы о функции генов даже на дальних родственников. Плюс, действительно, сравнительный анализ говорит о существовании очень консервативных участков генома, функция которых неизвестна - возможно, Вы что-то подобное имели в виду.

Математика & биология, биоинформатика 11 Авг 2009 16:02 #8

  • Quantrinas
  • Quantrinas's Avatar
  • OFFLINE
  • Физик
  • Posts: 12016
  • Thank you received: 4
  • Karma: 0
ivank, а как и когда реально восстановилось преподавание генетики после лысенковщины?
Или до сих пор отстаём?

Математика & биология, биоинформатика 11 Авг 2009 17:17 #9

  • ivank
  • ivank's Avatar
  • OFFLINE
  • Первый Боярин
  • Posts: 114
  • Thank you received: 1
  • Karma: 0
Преподавание генетики восстановилось в Питере и заново возникло в Новосибирске. А в МГУ кафедра генетики слабая
Наука, конечно, понесла большой урон. Ведь сейчас магистральное направление биологии - это молекулярная биология. А она появилась на стыке генетики и биохимии. У нас же в стране ее развитие получилось однобоким. Хотя лаборатории высокого уровня есть.

Математика & биология, биоинформатика 11 Авг 2009 17:21 #10

  • Quantrinas
  • Quantrinas's Avatar
  • OFFLINE
  • Физик
  • Posts: 12016
  • Thank you received: 4
  • Karma: 0
ivank написал(а):
Хотя лаборатории высокого уровня есть.
Кстати, попадалась мне фамилия М. Гельфанда. Что это за Биоинформатика?

Математика & биология, биоинформатика 11 Авг 2009 18:02 #11

  • ivank
  • ivank's Avatar
  • OFFLINE
  • Первый Боярин
  • Posts: 114
  • Thank you received: 1
  • Karma: 0
Биоинформатика в широком смысле - применение вычислительной техники для обработки больших объемов биологических данных. Биоинформатика в узком смысле - обслуживает молекулярную биологию. Ищет родственные гены в базах данных, создает эти базы данных, строит эволюционные деревья по аминокислотным и нуклеотидным последовательностям, предсказывает методами сравнительного анализа функции белков и участков ДНК и т.д.

Михаил Гельфанд (внук И.М. Гельфанда) - лидер московских биоинформатиков. Его группой был предсказан новый тип регуляции активности генов (особенно бактериальных) - en.wikipedia.org/wiki/Riboswitch рибопереключатели.
Last Edit: 03 Март 2015 19:25 by Vladimirovich.

Математика & биология, биоинформатика 11 Авг 2009 21:08 #12

  • Крыс
  • Крыс's Avatar
  • OFFLINE
  • Отец Русской Демократии
  • Posts: 33839
  • Thank you received: 60
  • Karma: 13
ivank написал(а):
Есть популяционная генетика - описывает дифференциальными уравнениями изменения частот генов в популяции. И для математических аспектов теории эволюции она служит фундаментом. Но глубокой реалистичной теории из нее не получилось.
Для моделирования межгенных взаимодействий пытаются использовать разные методы - дифференциальные уравнения, разностные уравнения, булевы сети и т.д. Но единой содержательной теории нет.
Давыдов (автор книги по квантовой механике) в Киеве занимался изучением белковых молекул (точнее солитонных возбуждений) с помощью матаппарата нелинейных уравнений. Приятельница даже книжицу с именной подписью как-то мне переподарила.
А генетику будут осмысливать с помощью криптографии.

Шучу. Почти.

Математика & биология, биоинформатика 11 Авг 2009 21:16 #13

  • Хайдук
  • Хайдук's Avatar
  • OFFLINE
  • Посадник
  • Posts: 34516
  • Thank you received: 74
  • Karma: 21
Крыс написал(а):
Приятельница даже книжицу с именной подписью как-то мне переподарила.
Должно быть заслужил
, дай Бог, так сказать, каждому

Математика & биология, биоинформатика 30 Авг 2009 14:28 #14

  • Quantrinas
  • Quantrinas's Avatar
  • OFFLINE
  • Физик
  • Posts: 12016
  • Thank you received: 4
  • Karma: 0
ivank написал(а):
Биоинформатика в узком смысле - обслуживает молекулярную биологию. Ищет родственные гены в базах данных, создает эти базы данных, строит эволюционные деревья по аминокислотным и нуклеотидным последовательностям, предсказывает методами сравнительного анализа функции белков и участков ДНК и т.д.
А вот у меня вопрос возник, а в какой степени можно выяснить связь генотипа и фенотипа (так кажется это называется), то есть внешнего вида особи. Я понимаю, что указать конкретный механизм построения организма по генам пока нельзя, но феноменология, надо полагать развивается. Какие-то закономерности были найдены случайно, а можно ли как-то организовать поиск соответствия, используя банки данных?

Математика & биология, биоинформатика 05 Сен 2009 13:03 #15

  • Хайдук
  • Хайдук's Avatar
  • OFFLINE
  • Посадник
  • Posts: 34516
  • Thank you received: 74
  • Karma: 21
Quantrinas написал(а):
связь генотипа и фенотипа (так кажется это называется), то есть внешнего вида особи. Я понимаю, что указать конкретный механизм построения организма по генам пока нельзя
По мне фенотип это всё то, что случается на протяжении жизни некоторого организма. Если при этом гены не меняются (допустим), сын/дочь будут такими же, как мать/отец, однако будут жить при других условиях, судьба у них будет другая. Бесконечно меняющиеся условия давят на гены и наравне участвуют в формировании организма. Если гены не мутируют и остаются неизменными, то они задают некоторые твёрдые пределы, в которых организм может адаптироваться к беспредельно, однако, меняющимся внешним условиям - вне этих пределов организм погибает. Чтобы не погиб, нужно поменять гены, однако это не гарантия - репликаторы на базе ДНК/РНК имеют свои физико-химические ограничения и один день жизнь на Земле может улетучиться

Математика & биология, биоинформатика 14 Сен 2009 07:14 #16

  • ivank
  • ivank's Avatar
  • OFFLINE
  • Первый Боярин
  • Posts: 114
  • Thank you received: 1
  • Karma: 0
Хайдук написал(а):
По мне фенотип это всё то, что случается на протяжении жизни некоторого организма. Если при этом гены не меняются (допустим), сын/дочь будут такими же, как мать/отец, однако будут жить при других условиях, судьба у них будет другая. Бесконечно меняющиеся условия давят на гены и наравне участвуют в формировании организма.
Да, в учебниках пишут так

Математика & биология, биоинформатика 14 Сен 2009 07:32 #17

  • ivank
  • ivank's Avatar
  • OFFLINE
  • Первый Боярин
  • Posts: 114
  • Thank you received: 1
  • Karma: 0
Quantrinas написал(а):
вот у меня вопрос возник, а в какой степени можно выяснить связь генотипа и фенотипа (так кажется это называется), то есть внешнего вида особи. Я понимаю, что указать конкретный механизм построения организма по генам пока нельзя, но феноменология, надо полагать развивается. Какие-то закономерности были найдены случайно, а можно ли как-то организовать поиск соответствия, используя банки данных?
Фенотип - это не только внешний вид, но и все признаки организма, не связанные с последовательностью нуклеотидов в ДНК (т.е. с генотипом). В узком, молекулярнобиологическом смысле, можно считать, что генотип - это ген, а фенотип - это биохимическая функция белка или РНК, которая этим геном кодируется. Предсказанием таких функций - это типичная биоинформатическая задача. Чаще всего такое предсказание делают, исходя из общего происхождения исследуемого гена и гена с известной функцией в другом организме (т.е. исходя из сходства аминокислотных или нуклеотидных последовательностей). Так же используют информацию о различных ассоциациях между генами (или их продуктами) - соседство в геноме, одновременность синтеза РНК и т.д. Реже удается не только просто перенести информацию, а сделать принципиально новое предсказание. Для этого требуется изучение его (возможной) пространственной структуры, предсказание ключевых аминокислот и вообще синтез всевозможной информации - это во многом искусство.

Что касается внешнего вида организмов - гены, ответственные за него, тоже часто родственны даже у дальних родственников, это может служить подсказкой. Например, Hox-гены ответствены за образование структур вдоль передне-задней оси тела и у позвоночных, и у беспозвоночных - за их изучение дали Нобелевскую премию в 1995 году. elementy.ru/news/430354
Last Edit: 29 Сен 2018 06:27 by Vladimirovich.

Математика & биология, биоинформатика 18 Сен 2009 07:49 #18

  • Крыс
  • Крыс's Avatar
  • OFFLINE
  • Отец Русской Демократии
  • Posts: 33839
  • Thank you received: 60
  • Karma: 13
ivank написал(а):
В узком, молекулярнобиологическом смысле, можно считать, что генотип - это ген, а фенотип - это биохимическая функция белка или РНК, которая этим геном кодируется.
У меня сразу появляется образ одного из инструментов квантовой механики. Генотип - это диагональные элементы матрицы плотности, которые несут информацию о числе возможных состояний системы (кол-во диаг. эл-тов) и количество частиц в каждом из этих состояний. Т.е. - это перечень материи (грубой). А вот недиагональные элементы МП сообщают о взаимодействии (точнее - о вероятности...) между соотв. состояниями. Т.е. там закодированы функции. Это уже тонкая материя. Однако, есть принципиальная возможность увеличить размерность такой матрицы и переносчики взаимодействий (функций) из недиагональных клеточек могут перебраться на главную диагональку. Тогда система будет описываться только перечислением частиц в каждом состоянии. Взаимодействия же будут исключены.

Математика & биология, биоинформатика 19 Сен 2009 16:50 #19

  • Хайдук
  • Хайдук's Avatar
  • OFFLINE
  • Посадник
  • Posts: 34516
  • Thank you received: 74
  • Karma: 21
Крыс, ни асилил тот последний пост
. По-видимому, недиагональные элементы отвечают за смешивание любой пары физических (экспериментально) наблюдаемых, отдыхающих на большом диагонале
. Квант вроде не смог (или я не понял) растолковать смешиванием чего (вероятностей?) выступают недиагональные элементы. Заметим, что сами диагональные наблюдаемые тоже перемешаны между собой ДО акта квантово-механического наблюдения/измерения/коллапса. Однако о какой якобы тонкой материи и, должно быть, тонких переносчиках взаимодействий/функций идёт речь неясно
. Неужели бозоны вроде фотонов, глюонов, W+, W- и Z-ноль витают вокруг и около в качестве тонких, полупрозрачных призраков
, дожидаясь отдыха на большом диагонале в форме грубых частиц, хоть и с целочисленным спином?

Математика & биология, биоинформатика 21 Сен 2009 08:05 #20

  • ivank
  • ivank's Avatar
  • OFFLINE
  • Первый Боярин
  • Posts: 114
  • Thank you received: 1
  • Karma: 0
Крыс написал(а):
Генотип - это диагональные элементы матрицы плотности, которые несут информацию о числе возможных состояний системы (кол-во диаг. эл-тов) и количество частиц в каждом из этих состояний. Т.е. - это перечень материи (грубой). А вот недиагональные элементы МП сообщают о взаимодействии (точнее - о вероятности...) между соотв. состояниями
Наивный молекулярный биолог
сказал бы в рамках этой аналогии, что состояние системы - это биохимическая функция белка, а информация о взаимодействиях содержится в виде сигналов регуляции транскрипции в ДНК, регуляции трансляции в мРНК и в участках белок-белковых взаимодействий в белках. И информация о состояниях, и информация о взаимодействиях записана в конечном счете в ДНК. Получается что-то вроде матрицы, переписанной в виде вектора в результате склеивания строк (столбцов)

Математика & биология, биоинформатика 09 Окт 2009 16:36 #21

  • Крыс
  • Крыс's Avatar
  • OFFLINE
  • Отец Русской Демократии
  • Posts: 33839
  • Thank you received: 60
  • Karma: 13
lenta.ru/news/2009/10/09/genome/
Клеточное ядро оказалось фракталом
Используя полученные данные, специалисты построили трехмерную модель ядра. Оказалось, что внутренняя организация ядра представляет собой фрактал. Этим термином обозначают геометрическую фигуру, обладающую свойством самоподобия. Такой способ упаковки предохраняет нити ДНК от запутывания и образования узлов. Недавно тот же результат был получен другим исследовательским коллективом, использовавшим совсем другие методы.

В последние годы ученые установили, что пространственная организация ядра чрезвычайно важна для нормальной реализации записанной в геноме информации. Упаковка ДНК динамично меняется в ходе жизненного цикла клетки, а также, например, при превращении нормальной клетки в раковую. Наука, изучающая надгеномные механизмы регуляции генома, в том числе и его упаковку, получила название эпигенетики.
Так и вижу этот кубик Рубика, который природа случайно крутит в руках, чтобы организовать фрактальную сборку.
Last Edit: 03 Март 2015 19:25 by Vladimirovich.

Математика & биология, биоинформатика 12 Окт 2009 06:44 #22

  • ivank
  • ivank's Avatar
  • OFFLINE
  • Первый Боярин
  • Posts: 114
  • Thank you received: 1
  • Karma: 0
Это очень любопытные результаты. Вообще в биологии многие объекты фрактальны, например, ветвящиеся транспортные системы (кровеносная и др.), ветвление растений и т.д. Фрактальные свойства используются в попытках создания теоретического фундамента экологии: offline.computerra.ru/2005/580/37789/ Однако предполагалось, что в упаковке ДНК существуют четко выраженные уровни организации, хотя их удавалось охарактеризовать только для небольших масштабов (несколько десятков нм против нескольких десятков мкм диаметра ядра). Только сейчас осознал, что два типичных свойства живого - иерархичность и фрактальность - могут вступать в противоречие друг с другом.
Last Edit: 03 Март 2015 19:25 by Vladimirovich.

Математика & биология, биоинформатика 12 Окт 2009 07:42 #23

  • Крыс
  • Крыс's Avatar
  • OFFLINE
  • Отец Русской Демократии
  • Posts: 33839
  • Thank you received: 60
  • Karma: 13
ivank написал(а):
Только сейчас осознал, что два типичных свойства живого - иерархичность и фрактальность - могут вступать в противоречие друг с другом.
С этого места, если можно, подробнее.

Математика & биология, биоинформатика 12 Окт 2009 07:55 #24

  • ivank
  • ivank's Avatar
  • OFFLINE
  • Первый Боярин
  • Posts: 114
  • Thank you received: 1
  • Karma: 0
Кажется, так. Если принять классификацию фракталов - строго самоподобные, квазисамподобные и стохастические, то первые и вторые имеют какие-то характерные масштабы (соответствующие итерациям), а в последних вообще нельзя выделить никаких характерных масштабов. Первые и вторые задают иерархию (хотя, возможно, и тривиальную), а в статистических иерархии нет. В цитированной статье, видимо, речь идет как раз о стохастической фрактальности.

Математика & биология, биоинформатика 12 Окт 2009 08:29 #25

  • Quantrinas
  • Quantrinas's Avatar
  • OFFLINE
  • Физик
  • Posts: 12016
  • Thank you received: 4
  • Karma: 0
Строго говоря, фракталы должны быть самоподобны до бесконечности. Так что в биосистемах могут быть только квази-фракталы.

Математика & биология, биоинформатика 12 Окт 2009 08:44 #26

  • Крыс
  • Крыс's Avatar
  • OFFLINE
  • Отец Русской Демократии
  • Posts: 33839
  • Thank you received: 60
  • Karma: 13
ivank написал(а):
Если принять классификацию фракталов - строго самоподобные, квазисамподобные и стохастические, то первые и вторые имеют какие-то характерные масштабы (соответствующие итерациям),
Это похоже на правду.

ivank написал(а):
а в последних вообще нельзя выделить никаких характерных масштабов
Почему нельзя? А с точностью до случайного параметра очередного шага рекурсии? И иерархия, вроде, налицо. Просто следующий этаж не полностью повторяет предыдущий. А уж если совсем нет совпадений, то это и не фрактал вовсе.

Математика & биология, биоинформатика 13 Окт 2009 05:22 #27

  • ivank
  • ivank's Avatar
  • OFFLINE
  • Первый Боярин
  • Posts: 114
  • Thank you received: 1
  • Karma: 0
Крыс написал(а):
А с точностью до случайного параметра очередного шага рекурсии? И иерархия, вроде, налицо
Боюсь, что эта иерархия уже не будет иметь биологического смысла.

Математика & биология, биоинформатика 13 Окт 2009 07:59 #28

  • Крыс
  • Крыс's Avatar
  • OFFLINE
  • Отец Русской Демократии
  • Posts: 33839
  • Thank you received: 60
  • Karma: 13
ivank написал(а):
Боюсь, что эта иерархия уже не будет иметь биологического смысла.
Боюсь, что биологический (в широком смысле) смысл имеет любая иерархия. Все в этом мире целесообразно. Просто не все пока доступно нашему пониманию.

Математика & биология, биоинформатика 07 Нояб 2009 03:24 #29

  • Quantrinas
  • Quantrinas's Avatar
  • OFFLINE
  • Физик
  • Posts: 12016
  • Thank you received: 4
  • Karma: 0
Крыс написал(а):
Боюсь, что биологический (в широком смысле) смысл имеет любая иерархия. Все в этом мире целесообразно.
Что это мне напомнило... понял, что принцип ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BD%D1%82...80%D0%B8%D0%B7%D0%BC антропоцентризма.
Антропоцентризм (от греч. — человек и лат. centrum — центр) — философское учение, согласно которому человек есть центр Вселенной и цель всех совершающихся в мире событий.
Last Edit: 03 Март 2015 19:25 by Vladimirovich.

Математика & биология, биоинформатика 08 Нояб 2009 07:25 #30

  • Хайдук
  • Хайдук's Avatar
  • OFFLINE
  • Посадник
  • Posts: 34516
  • Thank you received: 74
  • Karma: 21
Отпугнули мы Иванка своим (божественным) антропоцентризмом


Отредактировано Хайдук (2009-11-08 11:45:26)
Рейтинг@Mail.ru

Научно-шахматный клуб КвантоФорум