g u t x .com.tr İpek yolu - Çin'i anlamaya götürürüm

Biyoloji çukuru, bu koşullara sahipseniz, hemen atlayın ...

Eser sahibi: Lupin

Editör: Wan Jun

Yıllar sonra, Lu Ping çeşitli vesilelerle "biyolojik çukura neden girildi" sorusuyla karşı karşıya kaldığında, aklına her zaman on bir yaşındayken haber ağında "insan genomu taslağının tamamlandığını" gördüğünde aklına gelirdi. Hâlâ ilkokulda olan Lu Ping, iki sarmal sargılı zincir ve TV ekranındaki "taban" kelimesiyle şaşkına dönmüştü. Bunun, her zaman izlemeyi sevdiğim "Hayvan Dünyası" ve çocukken yetiştirdiğim çiçek böceği ile ne ilgisi olduğunu hayal etmek zor. İletişim.

Altı yıl sonra, lise ders kitaplarındaki enfes ve güzel DNA kopyalama ve transkripsiyon modelleri ile biyoloji öğreten sevimli küçük kız kardeş beni bir kez daha etkiledi ve sonunda öğrenci karakterlerin geri dönüşü olmayan yola çıktım.

Evrim, düşündüğünüzden daha fazlası

Biyolojik evrim söz konusu olduğunda, çevreye ve rekabete uyum sağlamak için evrimleşen fosillerin, dinozorların, Australopithecus'un ve canlıların çeşitli ve tuhaf özelliklerinin çoğunun olduğuna inanıyorum: yarasalar kanatlar evrimleşmiş ve zürafalar yaprakları yiyebilir. Fokların uzuvları yüzgeç haline geldi ve kuşların kemiklerinde delikler var Antiloplar ve çitalar gitgide daha hızlı koşuyorlar.Erkek cennet kuşlarının ihtişamı dişilerin seçicisinden geliyor.

Pek çok insanın gözünde biyolojik evrim muhtemelen çok ilginç bir konudur. Darwin'in evrim teorisini kabaca anladığınız sürece, en uygun olanın hayatta kalması için doğal seçilim kuralı anlaşılması kolay görünüyor ve sosyal fenomeni "wai" ve "qu" ile açıklamak için bile kolayca uygulanabilir. Kısacası, biyolojik evrim hakkında her zaman anlatılacak birçok hareketli hikaye vardır.

Bununla birlikte, bilimsel araştırma olarak evrimsel biyoloji, çoğu zaman hikaye anlatmaktan çok daha "sıkıcıdır" ve birçok insanın aşina olduğu Darwin'in doğal seleksiyon teorisi, evrimin tam resminin yalnızca bir parçasıdır.

Evrimsel biyolojide, "Türlerin Kökeni" nin niteliksel tanımı sadece bir başlangıçtı ve daha sonra popülasyon genetiği temelinde matematiksel modellerle nicel bir ifade geliştirildi. Daha önemli ilerleme, tarafsız okul tarafından 1980'lerde önerilen tarafsız teori / neredeyse nötr moleküler evrim teorisidir. Tarafsız okulun temsili figürleri Shio Kimura, Tomoko Ota ve Masahi Nei'dir. Genom seviyesinin evriminin büyük ölçüde "en uygun olanın hayatta kalması" olmadığını buldular. Aslında, neredeyse iyi olanlar, kötü olmayanlar ve hatta çok az Kötü ama zararsız olan genetik çeşitlilik rastgele saklanabilir. Bu sözde "nötr" rasgele süreç, bir dizi matematiksel ve istatistiksel modelle niceliksel olarak tanımlanabilir.Bu, modern evrimsel biyoloji araştırmalarının temel teorisi ve "boş hipotezidir".

Boş hipotez nedir? Modern bilimin önemli bir metodolojisi, hipotezlerin istatistiksel olarak test edilmesidir. Gözlemlediğimiz bir B fenomenini açıklamak için yeni bir faktör / etki A kullanmak istiyorsak, önce bu faktörü ortadan kaldırmalı ve bir "boş hipotez" yapmalıyız, yani "A olmadan neyin gözlemlenmesi gerektiği" üzerine hesaplamalı veya deney yapmalıyız. A olduğunda gözlem sonucunun "miras ve bağımsızlık" olduğu ve sıfır hipotezinde gözlemlenen rastgele modelle açıklanamadığı tespit edilirse, boş hipotez istatistiksel olarak reddedilebilir ve "A'nın B'deki rolünü keşfettim veya Var ~ "

Bu fikirler dizisi doğal olarak genom evrimi çalışmasında da kullanılmalıdır. Doğal seçilim eylemi altındaki uyarlanabilir evrim, kimya dünyasının avucundaki mücevherdir, ancak "doğal seçilimin eylemi altında, belirli bir özelliğin çevreye uyum sağladığını" kanıtlamak için, yukarıda bahsedilen fikir kullanılmalıdır: mantıksal olarak, nötr mutasyon Kendiliğinden ilerlemek için herhangi bir seçim baskısı gerektirmez, bu nedenle önce evrim sürecinin rastgele ve tarafsız olduğunu varsaymalı ve ardından ilgilendiğimiz özelliklerin tarafsız süreçte gelişip gelişemeyeceğini doğrulamalıyız. Değilse, çevreye uyum nedeniyle bu özellik muhtemelen korunacaktır. Bu nedenle rastgelelik ve boş hipotez çok önemlidir.

Bana ne tür bir araştırma yaptığımı anlat

Araştırmam ilginç bir özellik yakınsak evrime odaklanıyor (yakınsak evrim üzerine önceki iki makalemi okuyabilirsiniz, bu ve bu).

Aşina olduğumuz yakınsak evrim fenomeni, temelde pterozorlar, yarasalar ve kuşlar gibi, hepsi kanatlarını evrimleştirmiş gibi çevreye uyum sağlamanın tipik bir örneğidir.

Yukarıdan aşağıya pterozorlar, yarasalar ve kuşlar vardır. Görülebileceği gibi, kanatlar olmasına rağmen kanatları desteklemek için kullanılan iskelet yapısı gerçekten farklıdır, dolayısıyla yakınsak evrim nasıl tanımlandığına bağlıdır. Resim kaynağı: Wikipedia

Son zamanlarda, birçok araştırma bu yakınsak özelliklerin moleküler mekanizmasını bulmak istiyor. Örneğin, yarasalar ve dişli balinalar yerelleştirme için yankıyı kullanabilir, bu nedenle yankı, iki ana grup yarasa ve dişli balinada bağımsız olarak meydana gelen yakınsak bir özelliktir.Araştırmacılar, ikisinin genomlarındaki birçok protein dizisini analiz ettiler ve aynı zamanda yakınsama olduğunu buldular. Bu yakınsamaların ekolokasyon özelliği ile ilgili olduğu ve seçilimin neden olduğu adaptasyonlar olduğu iddia edilmektedir.

Ancak bu yakınsak evrimlerin rastgele gerçekleşmesi mümkün mü? Selefleri tarafından geliştirilen çeşitli protein dizilerinin nötr evrim modellerine dayanarak, iki tür organizmanın genomda rastgele yakınsak evrim geçirme sıklığını hesaplayabilirim, bu da protein dizilerinin "benzer ve eşit etkileri" ile sonuçlanır. Bu teorik frekansı gözlemlenen gerçek frekansla karşılaştırdıktan sonra, birçok protein dizisinin yakınsak evriminin aslında yarasaların ve dişli balinaların genomlarında bulunan yakınsak olayların çoğu gibi nötr rastgele olaylarla açıklanabileceğini bulduk. İnsanların yakınlaşmasından gelişen yankı işlevi tamamdır ve korkarım çevreye uyum sağlanamaz. Bu sonuç biraz sıkıcı olsa da, daha önce belirtildiği gibi, adaptif evrimi titizlikle tahmin etmemiz için bir arka plan modeli sağlıyor. Bilimsel bir biyolojik evrim olarak titiz olmalı ve istendiği gibi hikayeler anlatamaz.

Bu, modern moleküler evrimsel biyoloji araştırmalarının küçük bir örneğidir.

Biyoinformatikte PhD'nin "evrim" yolu

Bekleyin, girişte, açıkçası ben evrimci bir profesyonel değilim! Michigan Üniversitesi'nde biyoinformatik öğrencisiyim, evrimi nasıl yaptım?

Benim için, moleküler evrimin matematiğe ve istatistiğe kapsamlı bir şekilde uygulanması, biyoinformatiğin tanımıyla, yani biyolojik problemleri çözmek için hesaplama yöntemlerinin kullanılmasıyla tam olarak uyumludur. Aslında, doktora araştırmamda, deney tezgahının önünde hiç deney yapmadım, her zaman bilgisayardaki dizgilerle, yani protein dizileriyle uğraştım. Hesaplamak istediğim şeyler başkaları tarafından hesaplanmadığından, protein dizilerini analiz etmek, matematiksel modellere dayalı yakınsak evrimin teorik olasılığını hesaplamak için kendi programlarımı (Python iyidir) yazmam gerekiyor.

Biyoinformatik / hesaplamalı biyoloji ana dalının tamamı için, doktoraların araştırma yönleri çok farklı olabilir. Bölümümüzün birkaç alt laboratuvarı olmasına rağmen, birçok öğrenci araştırma yapmak için diğer bölümlerin laboratuvarlarına gidecek, mesela benim laboratuvarım Ekoloji ve Evrimsel Biyoloji Bölümü'nde. Sonuçta, hesaplama yöntemi sadece bir araçtır.Araçları öğrendikten sonra herkesin kendi biyolojik meseleleri vardır: Bazı insanlar köpeklerin evcilleştirme tarihini ve insan evriminin tarihini inceler, bazı insanlar hastalıkla ilgili genleri bulmak için büyük ölçekli genom dizileme verilerini karşılaştırır. Bazı insanlar protein yapısını ve dinamiklerini anlamak için süper bilgisayarlar kullanır, bazıları yapay zekanın Alzheimer hastalığını MRI görüntülerine dayanarak tahmin etmesine izin vermek için makine öğrenme yöntemlerini kullanır ve bazıları memeli gelişimi sırasında somite oluşumunun periyodikliğini açıklamak için dinamik denklemler kullanır ...

UM'deki Biyoinformatiğin ana bölümü Tıp Fakültesine bağlıdır.Müfredat gereksinimleri biyoloji, matematik ve programlamayı içerir.Yukarıda belirtildiği gibi, bilimsel araştırma seçiminde özgürlük derecesi çok yüksektir. Araştırmada iyi bir iş çıkarmak için, biyoinformatik öğrencilerinin genellikle temel programlama becerilerine ve algoritma bilgisine bir araç olarak hakim olmaları, modelleri tanımlamak ve oluşturmak için teorik temel olarak matematik ve istatistiği öğrenmeleri ve ardından keşfetmek ve anlamak için yeterli biyolojik geçmişe sahip olmaları gerekir. sorun. Çeşitliliğe ve küreselleşmeye değer veren bir devlet üniversitesi olarak UM, özellikle biyoinformatik alanında yüksek oranda uluslararası öğrenciye sahiptir. Doktora dönemi boyunca her bireyin yeteneklerine ve kişisel ilgi alanlarına bağlı olarak, mezuniyet sonrası gelecek çok çeşitlidir.Bazıları hesaplamalı biyoloji alanında bilimsel araştırmalar yapmaya devam eder, bazıları araştırma ve geliştirmeye katılmak için yeni ortaya çıkan biyoteknoloji şirketlerine gider ve bazıları gerçekten büyük resmin dışına atlar. Pit bir program mühendisine dönüştü vb.

Günlük bilimsel araştırma hayatında, hesaplama yapan canlılar genellikle nispeten rahat görünüyorlar. Laboratuvarda maya yetiştiren genç hanımla karşılaştırıldığında, mayayı nesiller boyunca geliştirmeye çalışıyoruz, işimizin çoğu evde bile yapılabilir ve laboratuvarda bilgisayara uzaktan giriş yapılabilir ve projenin ilerlemesi genellikle daha hızlıdır. Ancak, biyoinformatiğin "yapılmasının kolay" olduğunu düşünmek yanlıştır.

Çoğu biyolojik olgunun arkasındaki etkileyen faktörler karmaşıktır. Bu, yalnızca "ıslak" deneylerin (laboratuvardaki maya kültürü gibi deneyler) öngörülemeyen sonuçlarında değil, aynı zamanda "kuru" deneylerde de (hesaplama ile çıkarılan, Mesela işimde çeşitli veri ve yöntemlerde önyargılar var. Alakasız faktörleri ortadan kaldırmak ve ilgilendiğimiz şeyi gerçekten araştırmak için, hesaplamalı biyoloji araştırması ayrıca çok titiz deneysel tasarım, makul karşılaştırmalar ve boş hipotezler yapmayı ve farklı yöntemlerde hangi tuzakların dikkat gerektirdiğini bilmeyi gerektirir. Aksi takdirde, programı çalıştırmak için birkaç gün geçirdim, ancak sonuçlardaki heyecan verici korelasyonun verilerin çok "kirli" olmasından ve temizlenmemesinden kaynaklandığını fark ettim ve deneysel platformda sınıf arkadaşlarımla ağlamak isterdim. Ek olarak, yalnızca hesaplamalı analiz konusu bazen tam bir mantıksal zincire sahip değildir ve ıslak deneylerle birleştirmeden yüksek kaliteli etkili makaleleri yayınlamak zordur. Bu aynı zamanda disiplinler arası makul bir gelişme eğilimidir.

Kuzey Amerika'da, araştırma dışındaki yaşam büyük ölçüde hangi okulu seçtiğinize bağlıdır. Uptown New York'taki Columbia Üniversitesi, Ann Arbor'daki Michigan Eyalet Üniversitesi ve mısır tarlasındaki Purdue Üniversitesi'ni karşılaştırın (hey!) Anlayabileceksiniz.

Aynı zamanda ... doğal manzara mı? Fotoğraf: Liu Xiaoxing'in sınıf arkadaşı

Ann Arbor, temelde Michigan Üniversitesi'ne dayalı tipik bir üniversite şehridir. Sadece 100.000 nüfusa sahip olmasına rağmen, zengin kültürel aktivitelere ve farklı lezzetlerdeki restoranlara sahiptir. Bir metropolün koşuşturmacasına ve kirine sahip değildir ve sadece mısır olmayacaktır. Oynayabilir (doğru değil) ve mükemmel bir spor geleneğine (Go Blue!) Sahiptir.

Tabii yılın beş ayı kar yağacağını söylemeyeceğim.

Doktora okumak ister misiniz? Bu benim küçük önerim

Doktora hakkındaki görüşlerim hakkında konuşmak istiyorum.

Temel doğa bilimleri alanında bir doktora derecesi araştırma odaklıdır: yeterlilik sınavı, bilimsel problemleri bağımsız olarak keşfetme ve araştırma programları önerme yeteneğini ölçer ve mezuniyet kriteri, bu alanda yeterli orijinal araştırma katkıları yapmaktır. Daha önce de belirtildiği gibi, bilimsel araştırma hayatının çoğu, titiz beyin yakan deneysel analizlere harcanmaktadır.Doktora okumasının acısının çoğu, kişinin kendi araştırma konularına yeterince güçlü bir ilgi duymamasından veya kaybetmesinden kaynaklanmaktadır. Bu nedenle, birinci basamak araştırmayı gerçekten sevip sevmediğinizi düşünmek çok önemlidir, başka ne yapacağınızı bilmediğiniz için atlamayı seçmeyin.

Elbette, bilinmeyen doğa bilimleri problemlerini keşfetmeye büyük bir ilginiz varsa ve ayrıca baskıya ve zorluklarla yüzleşmeye hazırsanız, doktora eğitimine hoş geldiniz. Bu dünyada insanlar hakkında hala çok fazla bilinmeyen olduğunu bileceksiniz, ancak aynı zamanda bu bilinmeyenleri keşfetmek ve dünyanın insan anlayışına katkıda bulunmak için en nitelikli kişi olacaksınız. İyi bilimsel araştırma eğitimi, size bağımsız öğrenme, dünyaya objektif bakma, mantıklı ve mantıklı düşünme ve problemleri analiz etme ve çözme becerisi verecektir. Yaşam boyu kariyer olarak bilimsel araştırma yapmazsanız, bu deneyimden elde edilen bu kazanımlar, herhangi bir işi iyi yapmanız için de önemli bir sermaye olacaktır. Ciddi bilimsel araştırma sadece bir meslek değil, aynı zamanda bir tür üç görüştür.

Hayatta kendi yolunuzu bulmanızı diliyorum; Doktora ile ilgilenen öğrencilerin hayallerini gerçekleştirmelerini, iyi araştırmalar yapmalarını ve seçkin aydınlar olmalarını diliyorum.

Yazarın kartvizit