新的物理定律可以預測基因突變

根據樸茨茅斯大學的一項研究，利用一種新的物理定律，可以在基因突變發生之前預測它們。

這篇論文發現，信息動力學第二定律的行為與熱力學第二定律不同——這一發現可能對未來基因組研究、進化生物學、計算、大數據、物理學和宇宙學的發展產生巨大影響。

主要作者Melvin Vopson博士說:“在物理學中，存在著支配宇宙中發生的一切的定律，例如物體如何運動，能量如何流動，等等。一切都以物理定律為基礎。

“最強大的定律之一是熱力學第二定律，它確立了熵——一個衡量孤立系統無序程度的指標——只能增加或保持不變，但永遠不會減少。”

這是一個與時間箭頭有關的無可爭議的定律，它表明時間只會朝一個方向走。它只向一個方向流動，不能倒退。

他說:“想象兩個透明的玻璃盒子。在左邊你可以看到紅色的氣體分子，就像紅色的煙。在右邊，有藍色的煙霧，在它們之間有一個屏障。如果你移開隔板，兩種氣體就會開始混合，顏色就會改變。沒有一個過程，這個系統可以自行分離藍色和紅色。

“換句話說，如果沒有能量消耗，你不可能降低熵或將系統組織成以前的樣子，因為熵只會保持不變或隨著時間的推移而增加。”

沃普森博士是一名信息物理學家。他的工作是探索信息系統，可以是任何東西，從筆記本電腦的光盤到生物體內的DNA和RNA。這篇論文是與中央蘭開夏大學的Serban Lepadatu博士合作撰寫的。

沃普森博士補充說:“如果熱力學第二定律規定熵需要保持不變或隨著時間的推移而增加，我認為信息熵可能會是相同的。

“但勒帕達圖博士和我的發現恰恰相反——它會隨著時間的推移而減少。信息動力學第二定律與熱力學第二定律恰恰相反"

沃普森博士聲稱，這可能是導致生物有機體基因突變的原因。

他解釋說:“世界范圍內的共識是，突變是隨機發生的，然后自然選擇決定突變對有機體是好是壞。”如果這種突變對生物體有益，它就會被保存下來。

“但如果有一個隱藏的過程驅動這些突變呢?”每次我們看到我們不理解的東西時，我們會用“隨機的”、“混亂的”或“超自然的”來描述它，但這只是因為我們無法解釋它。

“如果我們可以從確定性的角度來研究基因突變，我們就可以利用這一新的物理定律在突變發生之前預測突變——或突變的概率。”

沃普森博士及其同事分析了真實的Covid-19 (Sars-CoV-2)基因組，發現它們的信息熵會隨著時間的推移而下降:“在短時間內經歷大量突變的最好例子是病毒。隨著Sars-CoV-2變異成如此多的變種，大流行給了我們理想的檢測樣本，現有的數據令人難以置信。

新冠肺炎數據證實了信息動力學第二定律，這項研究打開了無限的可能性。想象一下，看著一個特定的基因組，在突變發生之前判斷它是否有益。這可能是一項改變游戲規則的技術，可以用于基因療法、制藥業、進化生物學和流行病研究。”

這篇論文發表在AIP Advances雜志上。