Searching for evolvable and nonevolvable functional relationships between genes

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Science | Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2010
Major/Subject
Informaatiotekniikka
Mcode
T-61
Degree programme
Language
en
Pages
ix + 63
Series
Abstract
The well known theory of evolution by Darwin explains how different species arise and evolve through the process of natural selection. Although natural selection can produce relatively complicated structures from simpler ancestors, there are limits to which structures can evolve and which cannot. In the article "Evolvability" Leslie G. Valiant studies the limits of natural selection from a mathematical point of view. He defines the concept of evolvability of functions, and shows that Boolean conjunction (AND) and disjunction (OR) functions are evolvable by the definition given in the article, whereas Boolean parity functions (XOR) are not evolvable. In this Master's Thesis we test if Valiant's theories are applicable to biological organisms. Namely, we study whether there is evidence for the existence of Boolean conjunction and disjunction functions and the nonexistence of Boolean parity functions in real life gene-expression data. The results show that functional relationships in gene-expression data roughly follow the evolvability results of Valiant's article, i.e., statistically significant conjunction and disjunction functions are abundant and parity functions are more rare. We conclude that Valiant's definition of evolvability can be a useful tool in studying the evolutionary properties of real life organisms and worth further research.

Darwinin evoluutioteoria selittää miten eri lajit syntyvät ja kehittyvät luonnonvalinnan avulla. Vaikka luonnonvalinta voi kehittää suhteellisen monimutkaisia rakenteita yksinkertaisemmista esi-isistä, on olemassa rajoitteita sille mitkä rakenteet voivat kehittyä ja mitkä eivät. Artikkelissa "Evolvability" Leslie G. Valiant tutkii luonnonvalinnan rajoitteita matemaattisesta näkökulmasta. Hän määrittelee ns. funktioiden evolutiivisuuden käsitteen, ja osoittaa että Boolen konjunktio (JA) ja disjunktio (TAI) funktioilla on tämä ominaisuus, eli ne voivat kehittyä artikkelin evoluution määritelmän mukaan, kun taas Boolen pariteettifunktio (XOR) ei voi kehittyä. Tässä diplomityössä yritämme selvittää missä määrin nämä tulokset ovat sovellettavissa biologisiin eliöihin. Tutkimme löytyykö eliöistä mitatusta geeniekspressiodatastageenien väliltä Boolen pariteetti, konjunktio ja disjunktiofunktioita. Tulokset osoittavat että funktionaaliset riippuvuudet geeniekspressiodatassa vastaavat karkeasti Valiantin artikkelin johtopäätöksiä; tilastollisesti merkitseviä konjunktioja disjunktiofunktioita löytyy runsaasti, mutta pariteettifunktiot ovat harvinaisempia. Tästä voidaan päätellä että Valiantin evolutiivisuuden määritelmä voi olla hyödyllinen työkalu eliöiden ominaisuuksien tutkimiseen evoluution näkökulmasta ja lisätutkimuksen arvoinen.
Description
Supervisor
Puolamäki, Kai
Thesis advisor
Ojala, Markus
Hanhijärvi, Sami
Keywords
evolvability, evolutiivisuus, computational learning theory, evoluutio, evolution, geeniekspressio, gene-expression, koneoppimisteoria
Other note
Citation