Согласно исследованию Университета Портсмута, новый закон физики может позволить раннее предсказывать генетические мутации. Исследование обнаруживает, что второй закон информационной динамики, или "инфодинамики", работает иначе, чем второй закон термодинамики. Это открытие может иметь серьезные последствия для будущего развития геномных исследований, эволюционной биологии, вычислений, больших данных, физики и космологии.
В физике есть законы, управляющие всем, что происходит во Вселенной, например, как движутся объекты, как течет энергия и так далее. Все основано на законах физики. Одним из самых мощных законов является второй закон термодинамики, который устанавливает, что энтропия — мера беспорядка в изолированной системе — может только увеличиваться или оставаться неизменной, но никогда не уменьшится.
Это бесспорный закон, относящийся к стреле времени, который показывает, что время движется только в одном направлении. Он может течь только в одном направлении и не может двигаться в обратном направлении.
Представьте себе две прозрачные стеклянные коробки. С левой стороны у вас есть красные молекулы газа, которые вы можете видеть, как красный дым. С правой стороны у вас синий дым, а между ними барьер. Если убрать барьер, два газа начнут смешиваться, и цвет изменится. Нет никакого процесса, который эта система может пройти, чтобы снова разделить синий и красный. Другими словами, вы не можете понизить энтропию или организовать систему так, как она была раньше, без затрат энергии, потому что энтропия остается постоянной или увеличивается со временем.
Если второй закон термодинамики утверждает, что энтропия должна оставаться постоянной или увеличиваться с течением времени, я подумал, что, возможно, информационная энтропия будет такой же. Но то, что авторы научной работы обнаружили, было полной противоположностью — со временем оно уменьшается. Второй закон информационной динамики работает точно вопреки второму закону термодинамики.
почему это может быть так важно? К примеру, ученые уверены в том, что мутации происходят случайным образом, а затем естественный отбор определяет, хороша эта мутация или плоха для организма. Если мутация полезна для организма, она сохранится. Но что, если есть скрытый процесс, который управляет этими мутациями? Каждый раз, когда мы видим что-то, чего не понимаем, мы описываем это как "случайное", "хаотическое" или "аномальное", но это всего лишь наша неспособность объяснить это. Если мы сможем начать смотреть на генетические мутации с детерминистской точки зрения, мы сможем использовать этот новый закон физики для предсказания мутаций или вероятности мутаций до того, как они произойдут.
В своей работе ученые использовали недавнюю пандемию. Они проанализировали геномы Covid-19 (Sars-CoV-2) и обнаружили, что их информационная энтропия со временем снижается. По их словам лучший пример того, что подвергается ряду мутаций за короткий промежуток времени, — это вирус. Пандемия предоставила идеальный тестовый образец, поскольку Sars-CoV-2 мутировал во множество вариантов, и имеющиеся данные просто невероятны.
Данные изучения Covid подтверждают второй закон инфодинамики, и исследование открывает неограниченные возможности. Представьте, что вы смотрите на конкретный геном и решаете, полезна ли мутация, прежде чем она произойдет. Это может быть революционная технология, которую можно будет использовать в генетической терапии, фармацевтической промышленности, эволюционной биологии и исследованиях пандемий.
