Nova Acta Leopoldina Band 110 Nummer 377

Neutralität geht weit über synonyme Codonshinaus, und ein Grund dafür findet sich schon in der Sequenz-Strukturbeziehung von Biopolymeren. Im Allgemeinen gibt es sehr viel mehr Sequenzen als biologisch relevante Strukturen,18 und dies hat zur Konsequenz, dass mehrere Mit Mathematik und Computer auf Entdeckungsreisen in der Evolutionsbiologie Nova Acta Leopoldina NF 110, Nr. 377, 167–211 (2011) 195 Abb. 7 Sequenzstruktur-Abbildung von RNA-Molekülen und neutrale Netzwerke. Die beiden Bilder zeigen schematisch die beiden konsekutiven Abbildungen aus dem Raum der (RNA-)Sequenzen in den Raum der (RNA-)Strukturen und von dort in die nicht-negativen reellen Zahlen am Beispiel von Fitnesswerten. Es gibt viel mehr Sequenzen als Struk- turen, und daher ist die Sequenz-Strukturabbildung nicht eindeutig umkehrbar. Das untere Bild stellt das Urbild einer Struktur, Sk, im Raum der Sequenzen dar (B): Es besteht aus mehreren Sequenzen (hier 25, die durch schwarz umrandete weiße Punkte dargestellt sind), welche gemeinsam das neutrale Netzwerk der Struktur Sk bilden (nächste Nachbarn sind durch hellgraue Linien verbunden). Die Abbildung der Strukturen in die reellen Zahlen kann ebenso Neutralität auf- weisen in dem Sinne, dass mehrere Strukturen dieselbe Fitness besitzen. Sequenz- und Strukturraum sind hier zum Zweck der Darstellung zweidimensional gezeichnet. In der Realität sind beide Räume hochdimensional. 18 Jede Sequenz faltet in eine eindeutig bestimmte Struktur, wenn man alle Details hinreichend genau auflöst. Dessen ungeachtet gibt es viele sehr kleine Unterschiede in den atomar aufgelösten Strukturen, welche zu keinen mess- baren Unterschieden in den Funktionen der Moleküle führen. Ein einprägsames Illustrationsbeispiel ist der Aus- tausch eines Basenpaares in einer doppelhelikalen Region einer RNA durch eine anderes: Der Ersatz ist auf der Ebene der Atomkoordinaten merkbar, er spielt aber (fast immer) keine Rolle für die weniger detaillierte biologisch relevante Struktur des Moleküls.