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Secondo uno studio dell'Università di Portsmouth, le mutazioni genetiche potrebbero essere previste prima che si verifichino utilizzando una nuova legge della fisica.
L'articolo rileva che la seconda legge della dinamica dell'informazione, o "infodinamica", si comporta in modo diverso dalla seconda legge della termodinamica, una scoperta che potrebbe avere enormi implicazioni per gli sviluppi futuri nella ricerca sul genoma, nella biologia evolutiva, nell'informatica, nei big data, nella fisica e nella cosmologia .
L'autore principale, il dottor Melvin Vopson, è della School of Mathematics and Physics dell'Università. Dice che "in fisica, ci sono leggi che governano tutto ciò che accade nell'universo, ad esempio come si muovono gli oggetti, come scorre l'energia e così via. Tutto si basa sulle leggi della fisica".
"Una delle leggi più potenti è la seconda legge della termodinamica, che stabilisce che l'entropia, una misura del disordine in un sistema isolato, può solo aumentare o rimanere la stessa, ma non diminuirà mai."
Questa è una legge indiscussa legata alla freccia del tempo, che mostra che il tempo va solo in una direzione. Scorre in un'unica direzione e non può tornare indietro.
Dice "immagina due scatole di vetro trasparenti. Nel lato sinistro hai molecole di gas rosse, che puoi vedere, come fumo rosso. Nel lato destro, hai del fumo blu e tra di loro c'è una barriera. Se rimuovi il barriera, i due gas inizieranno a mescolarsi e il colore cambierà. Non c'è nessun processo che questo sistema possa subire per separare nuovamente il blu e il rosso da solo."
"In altre parole, non puoi abbassare l'entropia o organizzare il sistema come era prima senza dispendio energetico, perché l'entropia rimane costante o aumenta nel tempo."
Il dottor Vopson è un fisico dell'informazione. Il suo lavoro esplora i sistemi di informazione, che possono essere qualsiasi cosa, dal disco di un laptop al DNA e RNA negli organismi viventi. Questo articolo è stato scritto in collaborazione con il Dr. Serban Lepadatu dell'Università del Central Lancashire.
Il dottor Vopson ha aggiunto che "se la seconda legge della termodinamica afferma che l'entropia deve rimanere costante o aumentare nel tempo, ho pensato che forse l'entropia dell'informazione sarebbe la stessa".
"Ma quello che il dottor Lepadatu e io abbiamo scoperto era l'esatto opposto:diminuisce nel tempo. La seconda legge della dinamica dell'informazione funziona esattamente in opposizione alla seconda legge della termodinamica."
Il dottor Vopson afferma che questo potrebbe essere ciò che guida le mutazioni genetiche negli organismi biologici.
"Il consenso mondiale è che le mutazioni avvengano in modo casuale e quindi la selezione naturale determina se la mutazione è buona o cattiva per un organismo", ha spiegato. Se la mutazione è benefica per un organismo, verrà mantenuta.
"Ma cosa succede se c'è un processo nascosto che guida queste mutazioni? Ogni volta che vediamo qualcosa che non capiamo, lo descriviamo come 'casuale' o 'caotico' o 'paranormale', ma è solo la nostra incapacità di spiegarlo. "
"Se possiamo iniziare a guardare alle mutazioni genetiche da un punto di vista deterministico, possiamo sfruttare questa nuova legge della fisica per prevedere le mutazioni, o la probabilità delle mutazioni, prima che avvengano".
Il dottor Vopson e colleghi hanno analizzato i genomi reali di COVID-19 (SARS-CoV-2) e hanno scoperto che la loro entropia informativa è diminuita nel tempo:"Il miglior esempio di qualcosa che subisce una serie di mutazioni in un breve lasso di tempo è un virus. La pandemia ci ha fornito il campione di prova ideale poiché SARS-CoV-2 è mutato in così tante varianti e i dati disponibili sono incredibili."
"I dati COVID confermano la seconda legge dell'infodinamica e la ricerca apre possibilità illimitate. Immagina di guardare un particolare genoma e giudicare se una mutazione è benefica prima che avvenga. Questa potrebbe essere una tecnologia rivoluzionaria che potrebbe essere utilizzata nelle terapie genetiche, l'industria farmaceutica, la biologia evolutiva e la ricerca sulle pandemie."
Il documento è pubblicato su AIP Advances . + Esplora ulteriormente
