Ny fysiklov kunne forudsige genetiske mutationer

Genetiske mutationer kunne forudsiges, før de opstår ved hjælp af en ny fysiklov, ifølge en undersøgelse fra University of Portsmouth.

Artiklen finder, at den anden lov om informationsdynamik, eller "infodynamik", opfører sig anderledes end termodynamikkens anden lov - en opdagelse, der kan have massive konsekvenser for den fremtidige udvikling inden for genomforskning, evolutionær biologi, computing, big data, fysik og kosmologi .

Hovedforfatter Dr. Melvin Vopson er fra universitetets School of Mathematics and Physics. Han siger, at "i fysik er der love, der styrer alt, hvad der sker i universet, for eksempel hvordan objekter bevæger sig, hvordan energi flyder og så videre. Alt er baseret på fysikkens love."

"En af de mest magtfulde love er termodynamikkens anden lov, som fastslår, at entropi - et mål for uorden i et isoleret system - kun kan stige eller forblive den samme, men den vil aldrig falde."

Dette er en ubestridt lov knyttet til tidens pil, som viser, at tiden kun går én vej. Det flyder i en enkelt retning og kan ikke gå baglæns.

Han siger "forestil dig to gennemsigtige glaskasser. I venstre side har du røde gasmolekyler, som du kan se, ligesom rød røg. I højre side har du blå røg, og imellem dem er der en barriere. Hvis du fjerner barriere, vil de to gasser begynde at blandes, og farven vil ændre sig. Der er ingen proces, som dette system kan gennemgå for at adskille blåt og rødt igen."

"Med andre ord kan du ikke sænke entropien eller organisere systemet til, hvordan det var før uden energiudgifter, fordi entropien kun forbliver konstant eller stiger over tid."

Dr. Vopson er informationsfysiker. Hans arbejde udforsker informationssystemer, som kan være alt fra disken i en bærbar computer til DNA og RNA i levende organismer. Denne artikel er skrevet i samarbejde med Dr. Serban Lepadatu fra University of Central Lancashire.

Dr. Vopson tilføjede, at "hvis termodynamikkens anden lov siger, at entropi skal forblive konstant eller stige over tid, tænkte jeg, at informationsentropi måske ville være den samme."

"Men det, Dr. Lepadatu og jeg fandt ud af, var det stik modsatte - det falder over tid. Informationsdynamikkens anden lov fungerer præcis i modsætning til termodynamikkens anden lov."

Dr. Vopson hævder, at dette kan være det, der driver genetiske mutationer i biologiske organismer.

"Den verdensomspændende konsensus er, at mutationer finder sted tilfældigt, og så dikterer naturlig selektion, om mutationen er god eller dårlig for en organisme," forklarede han. Hvis mutationen er gavnlig for en organisme, vil den blive bevaret.

"Men hvad nu hvis der er en skjult proces, der driver disse mutationer? Hver gang vi ser noget, vi ikke forstår, beskriver vi det som 'tilfældigt' eller 'kaotisk' eller 'paranormalt', men det er kun vores manglende evne til at forklare det. "

"Hvis vi kan begynde at se på genetiske mutationer fra et deterministisk synspunkt, kan vi udnytte denne nye fysiklov til at forudsige mutationer - eller sandsynligheden for mutationer - før de finder sted."

Dr. Vopson og kolleger analyserede ægte COVID-19 (SARS-CoV-2) genomer og fandt ud af, at deres informationsentropi faldt over tid:"Det bedste eksempel på noget, der gennemgår en række mutationer på kort tid, er en virus. Pandemien har givet os den ideelle testprøve, da SARS-CoV-2 muterede til så mange varianter, og de tilgængelige data er utrolige."

"Covid-dataene bekræfter infodynamikkens anden lov, og forskningen åbner op for ubegrænsede muligheder. Forestil dig at se på et bestemt genom og bedømme, om en mutation er gavnlig, før den sker. Dette kunne være spilskiftende teknologi, som kunne bruges i genetiske terapier, medicinalindustrien, evolutionær biologi og pandemiforskning."

Artiklen er udgivet i AIP Advances . + Udforsk yderligere

Nyt eksperiment kunne bekræfte den femte tilstand af stof i universet