Kredit:CC0 Public Domain
Genetiska mutationer kan förutsägas innan de inträffar med hjälp av en ny fysiklag, enligt en studie från University of Portsmouth.
Uppsatsen finner att den andra lagen för informationsdynamik, eller "infodynamik", beter sig annorlunda än termodynamikens andra lag - en upptäckt som kan ha enorma konsekvenser för framtida utvecklingar inom genomforskning, evolutionsbiologi, datoranvändning, big data, fysik och kosmologi .
Huvudförfattaren Dr. Melvin Vopson kommer från universitetets institution för matematik och fysik. Han säger att "i fysiken finns det lagar som styr allt som händer i universum, till exempel hur objekt rör sig, hur energi flödar och så vidare. Allt är baserat på fysikens lagar."
"En av de mest kraftfulla lagarna är termodynamikens andra lag, som slår fast att entropi - ett mått på oordning i ett isolerat system - bara kan öka eller förbli oförändrad, men den kommer aldrig att minska."
Detta är en obestridd lag kopplad till tidens pil, som visar att tiden bara går åt ett håll. Den flyter i en enda riktning och kan inte gå bakåt.
Han säger "föreställ dig två genomskinliga glaslådor. På vänster sida har du röda gasmolekyler, som du kan se, som röd rök. På höger sida har du blå rök, och mellan dem finns en barriär. Om du tar bort barriären kommer de två gaserna att börja blandas och färgen ändras. Det finns ingen process som detta system kan genomgå för att separera av sig självt blått och rött igen."
"Med andra ord, du kan inte sänka entropin eller organisera systemet till hur det var tidigare utan energikostnader, eftersom entropin bara förblir konstant eller ökar över tiden."
Dr. Vopson är informationsfysiker. Hans arbete utforskar informationssystem, som kan vara allt från disken i en bärbar dator till DNA och RNA i levande organismer. Denna artikel skrevs i samarbete med Dr. Serban Lepadatu från University of Central Lancashire.
Dr. Vopson tillade att "om termodynamikens andra lag säger att entropin måste förbli konstant eller öka över tiden, tänkte jag att informationsentropin kanske skulle vara densamma."
"Men vad Dr. Lepadatu och jag fann var raka motsatsen - den minskar med tiden. Informationsdynamikens andra lag fungerar precis i motsats till termodynamikens andra lag."
Dr. Vopson hävdar att detta kan vara det som driver genetiska mutationer i biologiska organismer.
"Den världsomspännande konsensus är att mutationer sker slumpmässigt och sedan dikterar det naturliga urvalet om mutationen är bra eller dålig för en organism", förklarade han. Om mutationen är fördelaktig för en organism kommer den att behållas.
"Men tänk om det finns en dold process som driver dessa mutationer? Varje gång vi ser något vi inte förstår beskriver vi det som "slumpmässigt" eller "kaotiskt" eller "paranormalt", men det är bara vår oförmåga att förklara det. "
"Om vi kan börja titta på genetiska mutationer ur en deterministisk synvinkel kan vi utnyttja denna nya fysiklag för att förutsäga mutationer - eller sannolikheten för mutationer - innan de äger rum."
Dr Vopson och kollegor analyserade verkliga COVID-19 (SARS-CoV-2) genom och fann att deras informationsentropi minskade med tiden:"Det bästa exemplet på något som genomgår ett antal mutationer på kort tid är ett virus. Pandemin har gett oss det perfekta testprovet eftersom SARS-CoV-2 muterades till så många varianter och tillgänglig data är otrolig."
"Covid-data bekräftar infodynamikens andra lag och forskningen öppnar för obegränsade möjligheter. Föreställ dig att titta på ett visst genom och bedöma om en mutation är fördelaktig innan den inträffar. Det här kan vara spelförändrande teknologi som kan användas i genetiska terapier, läkemedelsindustrin, evolutionär biologi och pandemiforskning."
Uppsatsen publiceras i AIP Advances . + Utforska vidare
