In conclusione questo lavoro vuole dare al problema della modellazione dei sistemi della P.esculentus l’approccio di un informatico che si avvicina alla biologia piuttosto che di un biologo che si cimenta nell’informatica. La tesi ha voluto mostrare inizialmente come si giunge alla creazione di un modello tramite l’acquisizione di un’idea del prob- lema, l’approfondimento delle meccaniche salienti e la loro trasposizione nel codice. Ho poi voluto effettivamente mettere alla prova questo strumento usandolo efficace- mente per esplorare differenti problemi dei sistemi della rana verde: diffusione della mutazione, sistemi puramente ibridi, selezione sessuale, dinamiche delle popolazioni sotto condizioni mutevoli.
Alcuni dei risultati esposti hanno dato conferma alle sperimentazioni e ai dati raccolti sul campo dai ricercatori, altri risultati possono dare spunti per future sperimentazioni sul sistema in esame per creare nuove teorie sulle sue dinamiche.
Il codice del simulatore `e stato pensato e progettato per consentire facilmente l’intro- duzione di altre meccaniche, parametri pi`u dettagliati e un livello di risoluzione pi`u sottile se richiesto da nuove scoperte nel campo delle dinamiche della P.esculentus. Ringrazio per l’aiuto ed il supporto il mio relatore Roberto Barbuti, i miei validi con- siglieri per il codice Sascha Tetkov ed Alessandro Bompadre e, per la realizzazione dei grafici, Alessandra Roticiani.
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Indice
1 Introduzione ai simulatori biologici e presentazioni dei capitoli della
tesi 2
1.1 Introduzione ai simulatori biologici:biologia in silico . . . 2
1.2 Sinossi . . . 4
2 Background: il caso in esame e rassegna su altri modelli 6 2.1 Il sistema ibrido della rana edibile . . . 6
2.2 La gametogenesi dei sistemi della P. esculetus . . . 9
2.3 Altri modelli sul problema e su altri casi notevoli . . . 12
2.3.1 Un modello deterministico . . . 12
2.3.2 Un modello stocastico e teorie sui sistemi RE ed LE rispetto all’accumulo di mutazioni deleterie . . . 14
2.3.3 Un modello iterativo deterministico con selezione sessuale . . . . 16
2.3.4 Un modello stocastico con similari metodologie . . . 20
3 Il modello: materiale e metodi 24 3.1 Discussione sulla fitness . . . 24
3.2 La stima dei valori delta . . . 26
3.3 Discussione sull’epistasi . . . 29
3.4 La stima degli altri parametri . . . 30
4 Implementazioni 33 4.1 Rappresentazione della popolazione e dei dati . . . 33
4.2 Il ciclo del Main e procedure principali . . . 36
4.3 Il calcolo della fitness individuale e della probabilit`a di morte relativa . 40 5 Risultati 44 5.1 Simulazioni su sistemi gi´a verificati . . . 44
5.2 Simulazioni come spunto di teorie . . . 46
5.2.1 La diffusione della mutazione come elemento di disequilibrio dei sistemi LL . . . 46
5.2.2 La diffusione della non-mutazione come elemento di disequilibrio in un popolazione di soli ibridi . . . 50
5.2.3 Fluttuazioni delle proporzioni tra i cariotipi nella popolazione per variazioni notevoli dei parametri sull’ambiente . . . 53
6 Discussioni e conclusioni 55 6.1 Discussione dei risultati sulla diffusione della mutazione . . . 55
6.1.1 Discussione dei risultati sulla diffusione della non-mutazione . . 58
6.1.2 Discussione dei risultati sull’effetto delle variazioni ambientali . 61 6.1.3 Un esempio astratto di modellazioni alternative per un risultato atteso . . . 62
6.1.5 Effetti della selezione sessuale sulla diffusione delle mutazioni
deleterie . . . 73
6.2 Possibili ulteriori implementazioni . . . 75
6.2.1 Mutagenesi . . . 75
6.2.2 Fattore di dominanza di un locus o di un cromosoma . . . 76
6.2.3 Fluttuazioni dell’ambiente . . . 77