Свободы калибровки — фундаментальный элемент в математике природы

В науке параметры модели определяют её предсказания. Но что делать, когда разные наборы параметров дают одинаковый результат? В физике такие наборы называются свободами калибровки. Они играют ключевую роль в понимании электромагнетизма и квантовой механики.

Удивительно, но свободы калибровки также возникают в вычислительной биологии при моделировании взаимодействия различных мутаций.

Количественные биологи из Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) разработали единую теорию для свобод калибровки в моделях биологических последовательностей (ДНК, РНК, белков). Их решение может иметь бесчисленные применения — от селекции растений до разработки лекарств.

Исследование опубликовано в журнале PLOS Computational Biology.

Почему это важно?

Свободы калибровки повсеместно встречаются в компьютерных моделях, описывающих огромные генетические наборы данных. Исторически к ним относились как к досадным техническим сложностям.

«Мы первые, кто стал изучать их напрямую, чтобы глубже понять, откуда они берутся и как с ними работать», — говорит доцент Джастин Кинни, соавтор исследования.

Новый математический подход

До сих пор вычислительные биологи учитывали свободы калибровки с помощью различных ситуативных методов. Кинни, его коллега доцент Дэвид Маккэндлиш и их команда разработали единый подход.

Их новая математическая теория предоставляет эффективные формулы, которые учёные могут использовать для самых разных биологических приложений. Эти формулы позволят интерпретировать результаты исследований гораздо быстрее и с большей уверенностью.

Источник свобод калибровки

В сопутствующей статье, опубликованной в Physical Review Research, исследователи показывают, откуда берутся эти свободы. Оказывается, они необходимы для того, чтобы модели отражали симметрии в реальных биологических последовательностях.

Как ни парадоксально, для того чтобы биологические модели вели себя просто и интуитивно, они должны быть больше и сложнее. «Мы доказываем, что свободы калибровки необходимы для интерпретации вклада конкретных генетических последовательностей», — добавляет Маккэндлиш.

Вместе эти исследования убедительно свидетельствуют, что единый подход Кинни и Маккэндлиша — это не просто новая стратегия решения теоретических проблем. Он может оказаться фундаментальным для будущих усилий в сельском хозяйстве, открытии лекарств и других областях.