“الاحتمالات اللانهائية” – يمكن لقانون الفيزياء الجديد أن يتنبأ بالتغيرات الجينية

اكتشف فريق بحثي بجامعة بورتسموث طريقة ممكنة للتنبؤ بالطفرات الجينية قبل حدوثها.

خطوة دراسة جامعة بورتسموثسيسمح قانون جديد للفيزياء بالتنبؤ بالطفرات الجينية مسبقًا.

وجدت الدراسة أن القانون الثاني لديناميكيات المعلومات ، أو “الديناميكا المعلوماتية” ، يعمل بشكل مختلف عن القانون الثاني للديناميكا الحرارية. يمكن أن يكون للاكتشاف آثار كبيرة على كيفية تطور البحث الجيني ، وعلم الأحياء التطوري ، والحوسبة ، والبيانات الضخمة ، والفيزياء ، وعلم الكونيات في المستقبل.

المؤلف الرئيسي د. ميلفين ووبسون من كلية الرياضيات والفيزياء بالجامعة. يقول ، “في الفيزياء ، هناك قوانين تحكم كل ما يحدث في الكون ، على سبيل المثال ، كيف تتحرك الأشياء ، وكيف تتدفق الطاقة ، وما إلى ذلك. كل شيء يعتمد على قوانين الفيزياء. أحد أقوى القوانين هو القانون الثاني للديناميكا الحرارية ، الذي يحدد الإنتروبيا – مقدار الاضطراب في نظام معزول. “الحجم – يمكن أن يزيد أو يظل كما هو ، لكنه لا يمكن أن ينقص أبدًا.”

هذا قانون لا جدال فيه فيما يتعلق بسهم الزمن ، والذي يثبت أن الوقت يتحرك في اتجاه واحد فقط. يمكن أن يتدفق فقط في اتجاه واحد ولا يمكنه الرجوع للخلف.

يشرح ، “تخيل صندوقين زجاجيين شفافين. على الجانب الأيسر توجد جزيئات غاز حمراء يمكن رؤيتها على أنها دخان أحمر. على الجانب الأيمن ، لديك دخان أزرق ، وهناك حاجز بينهما. عند إزالة الانسداد ، يبدأ الغازان في الاختلاط وتغيير اللون. هذا النظام مرة أخرى ليس لديه عملية لفصل الأزرق عن الأحمر بشكل منفصل. بعبارة أخرى ، لا يمكنك تقليل الانتروبيا أو إعادة تنظيم النظام إلى ما كان عليه دون إنفاق الطاقة ، لأن الانتروبيا ثابتة أو تزداد بمرور الوقت “.

الدكتور ووبسون فيزيائي معلومات. يركز بحثه على أنظمة المعلومات حتى القرص الصلب للكمبيوتر المحمول[{” 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