Matematikk for hvordan å tilpasse seg miljøendringer
Belén García Pascual disputerer 25.10.2024 for ph.d.-graden ved Universitetet i Bergen med avhandlingen "Mathematical Modelling of Cellular and Evolutionary Processes in Changing Environments".
Hovedinnhold
Organismer tilpasser seg sitt miljø for å ha større sjanse for å overleve. Men, hvordan tilpasser de seg hvis miljøet endrer seg på relativt kort tid? Organismer og deres forhold til miljøet er komplekse, så vi trenger metoder for å utforske disse systemene og som kan kobles til observasjoner fra data. Matematiske modeller hjelper oss til å forstå biologiske systemer, forutse atferder og teste hypoteser.
I denne avhandlingen studerer vi evolusjonære biologiske systemer med et sentralt fokus i energi- og utviklingsprosesser. I cellen finnes mitokondrier og plastider som er organeller ansvarlige for å gi energi til å drive alle prosessene nødvendige for liv. Noen arter har mange gener i organellene, mens andre har veldig få og trenger i større grad genene fra cellekjernen. Vår matematiske modell av ordinære differensiallikninger viser at det er bedre å ha gener i organellene hvis miljøet kraftig og periodisk endres, og bedre å ha gener i cellekjernen hvis miljøet er mer stabilt. Vi forsetter med en evolusjonær beregningsmodell for å studere arvstrategier for organellegener. Modellen viser at arv fra et mellomliggende antall kopier av gener fra både mor og far bidrar til større variasjon av ulike funksjonelle gener i ulike miljøer.
Vi studerer sjøanemoner som et eksempel på hvordan en hel organisme utvikler seg i et endrende miljø. Disse dyrene vokser når de blir matet og krymper når de sulter. Fra flerfasede lineære regresjoner ser vi at kroppsendringene stort sett skjer på samme måte, uavhengig av faktorer som tidligere vekstmønstre.
Et viktig problem er hvordan bakterier tilpasser seg miljøendringer i form av leggemiddeleksponering. Dette fører til leggemiddelresistens som påvirker helsen vår. Markov-overgangsgrafer beskriver mulige rekkefølger av resistens. Vi utvikler en sammenligningsmetode som gir en kurve, og formene på kurven rapporterer forskjellene mellom grafene. Dette hjelper oss til å se forskjellene mellom legemiddelresistens i ulike deler av verden.
Personalia
Belén García Pascual (f. 1995) er doktorgradskandidat ved Matematisk Institutt ved UiB under Iain Johnston, Jan Nordbotten og Konstantinos Giannakis. Doktorgraden ble finansiert av European Research Council gjennom EvoConBiO-prosjektet. Belén har mastergrad i matematikk (topologi) ved UiB og bachelorgrad i matematikk fra Universidad Complutense de Madrid.