Fizycy przewidują mutacje genetyczne. Druga zasada termodynamiki zaskakuje

Prawa fizyki mogą pomóc przewidzieć mutacje genetyczne, zanim te jeszcze się wydarzą. To odkrycie może całkowicie zmienić nasze badania genomów i układów biologicznych w ogóle.
Mutacje genetyczne można przewidzieć prawami fizyki?
Mutacje genetyczne można przewidzieć prawami fizyki?

Zespół uczonych z Uniwersytetu w Portsmouth wykazał, że drugie prawo dynamiki informacji (infodynamika), zachowuje się inaczej niż drugie prawo termodynamiki. Ta prosta obserwacja może mieć ogromny wpływ na przyszłe badania genetyczne, ale także z kosmicznych dziedzin.

Bezwzględne prawa fizyki

W fizyce istnieją prawa, które rządzą wszystkim, co dzieje się we Wszechświecie, np. jak poruszają się obiekty, jak przepływa energia, jak oddziałują cząstki elementarne, itd. Jednym z najpotężniejszych praw jest druga zasada termodynamiki, która mówi, że entropia – miara nieporządku w izolowanym systemie – może tylko wzrosnąć lub pozostać taka sama, ale nigdy się nie zmniejszy.

Przykłady działania drugiej zasady termodynamiki w życiu codziennym? Ciepło samoistnie przepływa z ciała o wyższej temperaturze do ciała do niższej temperaturze – nigdy odwrotnie. Dwie zmieszane ciecze nigdy nie rozdzielą się samoistnie. Gdy naciskamy hamulec w samochodzie, zmienia on swoją energię mechaniczną na wewnętrzną (hamulce się nagrzewają). Stłuczony talerz nigdy samoistnie nie poskłada się.

Czytaj też: Dzieci GMO. Już dziś potrafimy usuwać z DNA zarodka szkodliwe mutacje

Jak wiedzę fizyków można przełożyć na badania genetyczne? Okazuje się, że drugą zasadę termodynamiki można wykorzystać do przewidywania mutacji zanim one nastąpią.

Dr Melvin Vopson z Uniwersytetu w Portsmouth mówi:

Jeśli drugie prawo termodynamiki stwierdza, że entropia musi pozostać stała lub wzrosnąć w czasie, pomyślałem, że być może entropia informacji byłaby taka sama. Ale to, co znaleźliśmy, było dokładnym przeciwieństwem – zmniejsza się w czasie. Drugie prawo dynamiki informacji działa dokładnie w opozycji do drugiego prawa termodynamiki.

Jak to możliwe, skoro jest to tak bardzo nieintuicyjne?

Dr Melvin Vopson wyjaśnia:

Światowy konsensus jest taki, że mutacje zachodzą losowo, a następnie dobór naturalny dyktuje, czy mutacja jest dobra, czy zła dla organizmu. Jeśli mutacja jest korzystna dla organizmu, zostanie zachowana. Ale co jeśli istnieje ukryty proces, który napędza te mutacje? Za każdym razem, gdy widzimy coś, czego nie rozumiemy, opisujemy to jako “losowe” lub “chaotyczne” lub “paranormalne”, ale to tylko nasza niezdolność do wyjaśnienia tego. Jeśli możemy zacząć patrzeć na mutacje genetyczne z deterministycznego punktu widzenia, możemy wykorzystać to nowe prawo fizyki, aby przewidzieć mutacje – lub prawdopodobieństwo mutacji – zanim one nastąpią.

Zespół dr Vopsona przeanalizował genomy SARS-CoV-2 i potwierdził, że ich entropia informacyjne zmniejszyła się w czasie.

Czytaj też: Mutacje DNA organizmów żywych nie są przypadkowe? Pospolity chwast zatrząsł podstawami biologii

Dr Vopson podsumowuje:

Najlepszym przykładem czegoś, co ulega wielu mutacjom w krótkim czasie, jest wirus. Pandemia dała nam idealną próbkę badawczą, ponieważ SARS-CoV-2 zmutował w tak wiele wariantów, a dostępne dane są niewiarygodne. Dane z COVID-19 potwierdzają drugie prawo infodynamiki, a badania otwierają nieograniczone możliwości. Wyobraź sobie, że patrzysz na konkretny genom i oceniasz, czy mutacja jest korzystna, zanim się wydarzy. To może być technologia zmieniająca grę, która może być wykorzystana w terapiach genetycznych, przemyśle farmaceutycznym, biologii ewolucyjnej i badaniach nad pandemiami.

Szczegóły opisano w AIP Advances.