„Nieograniczone możliwości” — nowe prawo fizyki może przewidzieć mutacje genów

Zespół badawczy z University of Portsmouth znalazł potencjalny sposób przewidywania mutacji genetycznych przed ich wystąpieniem.

według Studia na Uniwersytecie Portsmouthnowe prawo fizyczne może umożliwić wczesne przewidywanie mutacji genetycznych.

Badanie odkrywa, że ​​druga zasada dynamiki informacji, czyli „dynamika informacyjna”, zachowuje się inaczej niż druga zasada termodynamiki. Odkrycie to może mieć poważne implikacje dla przyszłego rozwoju badań genomicznych, biologii ewolucyjnej, informatyki, dużych zbiorów danych, fizyki i kosmologii.

Główny autor, dr Melvin Fobson, pochodzi z Uniwersyteckiej Szkoły Matematyki i Fizyki. Mówi: „W fizyce istnieją prawa, które rządzą wszystkim, co dzieje się we wszechświecie, na przykład jak rzeczy się poruszają, jak przepływa energia itp. Wszystko zależy od praw fizyki. Jednym z najpotężniejszych praw jest drugie prawo termodynamiki , który stwierdza, że ​​entropia — miara nieporządku w izolowanym systemie — może wzrosnąć lub pozostać taka sama, ale nigdy się nie zmniejszy”.

Jest to niepodważalne prawo związane ze strzałką czasu, które pokazuje, że czas płynie tylko w jednym kierunku. Może płynąć tylko w jednym kierunku i nie może podróżować wstecz.

Wyjaśnia: „Wyobraź sobie dwa przezroczyste szklane pudełka. Po lewej stronie masz czerwone cząsteczki gazu, które możesz zobaczyć, jak czerwony dym. Po prawej stronie masz niebieski dym, a między nimi jest przegroda. Jeśli usuniesz przegrody, dwa gazy zaczną się mieszać i zmieni się kolor. Nie ma procesu A, dzięki któremu ten system może ponownie przejść separację między niebieskim i czerwonym. Innymi słowy, nie można obniżyć entropii ani uporządkować systemu tak jak wcześniej bez wydatek energetyczny, ponieważ entropia pozostaje stała lub wzrasta w czasie.”

Dr Fobson jest fizykiem informacji. Jego badania skupiają się na systemach informatycznych, które mogą obejmować dyski twarde laptopa do…[{” attribute=””>DNA and RNA found in living organisms. He partnered with Dr. Serban Lepadatu from the University of Central Lancashire to write this paper.

Dr. Vopson adds, “If the second law of thermodynamics states that entropy needs to stay constant or increase over time, I thought that perhaps information entropy would be the same. But what Dr. Lepadatu and I found was the exact opposite – it decreases over time. The second law of information dynamics works exactly in opposition to the second law of thermodynamics.”

According to Dr. Vopson, this could be the cause of biological organisms’ genetic mutations.

“The worldwide consensus is that mutations take place at random and then natural selection dictates whether the mutation is good or bad for an organism”, he explained. If the mutation is beneficial for an organism, it will be kept. But what if there is a hidden process that drives these mutations? Every time we see something we don’t understand, we describe it as ‘random’ or ‘chaotic’ or ‘paranormal’, but it’s only our inability to explain it. If we can start looking at genetic mutations from a deterministic point of view, we can exploit this new physics law to predict mutations – or the probability of mutations – before they take place.”

Dr. Vopson and colleagues analyzed Covid-19 (Sars-CoV-2) genomes and discovered that their information entropy reduced with time: “The best example of something that undergoes a number of mutations in a short space of time is a virus. The pandemic has given us the ideal test sample as Sars-CoV-2 mutated into so many variants and the data available is unbelievable.”

He continues, “The Covid data confirms the second law of infodynamics and the research opens up unlimited possibilities. Imagine looking at a particular genome and judging whether a mutation is beneficial before it happens. This could be game-changing technology which could be used in genetic therapies, the pharmaceutical industry, evolutionary biology, and pandemic research.”

Reference: “Second law of information dynamics” by Melvin M. Vopson and S. Lepadatu, 11 July 2022, AIP Advances.
DOI: 10.1063/5.0100358