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Un gorrión, fotografiado en Boadilla del Monte.
El Big Data ayuda a explicar el origen de los pájaros

El Big Data ayuda a explicar el origen de los pájaros

Investigadores alemanes reproducen las familias de aves usando análisis genéticos y supercomputación

a.v.

Lunes, 15 de diciembre 2014, 15:48

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Alrededor del 95 por ciento de las más de 10.000 especies conocidas de aves evolucionaron tras la extinción de los dinosaurios, hace unos 66 millones de años. Según análisis informáticos realizados a partir de datos genéticos, la diversidad de pájaros que tenemos hoy en día surgió a partir de unas pocas especies a un ritmo prácticamente explosivo, unos 15 millones de años más tarde. Científicos del Karlsruhe Institute of Technology diseñaron los algoritmos para analizar exhaustivamente la evolución de las aves con ayuda de supercomputadoras.

Para obtener los resultados que ahora se presentan en la revista Science, los investigadores estiman que un procesador estándar habría requerido 300 años.  "El cálculo de estos árboles de la vida para la investigación evolutiva es imposible sin los algoritmos y las supercomputadoras adecuadas", dice Alexandros Stamatakis, profesor de informática de alto rendimiento en ciencias de la vida del KIT. "Hoy, los análisis de secuencias modernos proporcionan un suministro de datos genéticos completos para numerosas especies. Hasta ahora, sin embargo, los programas de ordenador, incluso en supercomputadoras, sufrían para poder generar conocimiento evolutivo a partir de estos grandes y complejos volúmenes de datos".

Algoritmos paralelos

 El software para analizar este árbol de la vida de las aves se limitaba inicialmente a unos 500 procesadores. "Tuvimos que rediseñar y reconstruir el sistema de comunicación entre los componentes del programa en varios procesadores", dice Stamatakis. El nuevo enfoque logró triplicar la aceleración del software, y ahora permite distribuir las tareas de cálculo de manera eficiente entre 4000 procesadores. "En lugar de 24 meses, ahora estamos esperando un mes por los resultados", dice este científico.

 El cómputo de estos árboles de la vida es un problema matemático que requiere de una computación extremadamente intensiva. "Para 50 especies, existen más de 10 elevado a 76 posibles árboles de la vida. De estos, hay que encontrar el correcto", explica Andre J. Aberer, también investigador del KIT que realizó los análisis informáticos. Para comprender la dificultad que esto supone, se estima que en el universo existen 10 elevado a 78 átomos.

Para empezar, los algoritmos descartan los escenarios de evolución improbables. Luego, basándose en los datos de 14.000 genes de 48 especies de aves, calculan el árbol evolutivo de la vida de esas especies, lo que explica plausiblemente los datos. Este nuevo software paralelo se ejecutó en el ordenador de alto rendimiento SuperMUC, del Centro de Computación Leibniz de la Academia de Ciencias de Baviera y en dos centros de los EE.UU.

 "Los métodos que hemos desarrollado para calcular el árbol de la vida se pueden aplicar a todo tipo de criaturas" dice Stamatakis. Estos científicos realizaron previamente un estudio completo del árbol de la vida de los insectos, con 144 especies, que se publicó en la revista Science.

Una de las aplicaciones más inmediatas de estos trabajos será reproducir el origen y la abundancia de algunos virus y bacterias con el fin de desarrollar mejores agentes de lucha contra los patógenos. Por ejemplo, un análisis de la relación genética entre las serpientes venenosas de Australia ayudó a identificar antídotos, de los que todavía carecemos, para el veneno de algunas especies de serpientes.

 

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