จากการศึกษาของมหาวิทยาลัยพอร์ตสมัธสามารถทำนายการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมได้ก่อนที่จะเกิดขึ้นโดยใช้กฎฟิสิกส์ใหม่
บทความนี้พบว่ากฎข้อที่สองของพลวัตของข้อมูลหรือ “อินโฟไดนามิกส์” มีพฤติกรรมแตกต่างจากกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ ซึ่งเป็นการค้นพบที่อาจมีผลกระทบอย่างใหญ่หลวงต่อการพัฒนาในอนาคตในการวิจัยจีโนม ชีววิทยาวิวัฒนาการ การคำนวณ บิ๊กดาต้า ฟิสิกส์ และจักรวาลวิทยา .
ผู้เขียนนำ Dr Melvin Vopson มาจาก School of Mathematics and Physics ของมหาวิทยาลัย เขากล่าวว่า: “ในทางฟิสิกส์ มีกฎที่ควบคุมทุกสิ่งที่เกิดขึ้นในจักรวาล เช่น การเคลื่อนที่ของวัตถุ พลังงานไหลอย่างไร และอื่นๆ ทุกอย่างเป็นไปตามกฎของฟิสิกส์
“กฎที่ทรงพลังที่สุดข้อหนึ่งคือกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ ซึ่งกำหนดเอนโทรปีนั้น ซึ่งเป็นตัววัดความผิดปกติในระบบที่แยกได้ สามารถเพิ่มหรือคงไว้เหมือนเดิม แต่จะไม่มีวันลดลง”
นี่เป็นกฎหมายที่ไม่มีข้อโต้แย้งซึ่งเชื่อมโยงกับลูกศรแห่งเวลา ซึ่งแสดงให้เห็นว่าเวลาเดินไปทางเดียวเท่านั้น ไหลไปทางเดียวถอยหลังไม่ได้
เขากล่าวว่า: “ลองนึกภาพกล่องแก้วใสสองกล่อง ทางด้านซ้าย คุณมีโมเลกุลก๊าซสีแดง ซึ่งคุณสามารถเห็นได้ เช่น ควันสีแดง ทางด้านขวา คุณมีควันสีน้ำเงิน และระหว่างนั้นคือบาเรีย หากคุณนำสิ่งกีดขวางออก ก๊าซทั้งสองจะเริ่มผสมกันและสีจะเปลี่ยนไป ไม่มีกระบวนการใดที่ระบบนี้สามารถแยกสีน้ำเงินและสีแดงออกได้ด้วยตัวเอง
กล่าวอีกนัยหนึ่ง คุณไม่สามารถลดเอนโทรปีหรือจัดระบบให้เป็นอย่างที่เคยเป็นมาโดยไม่ใช้พลังงาน เพราะเอนโทรปีจะคงที่หรือเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปเท่านั้น”
Dr Vopson เป็นนักฟิสิกส์ข้อมูล งานของเขาสำรวจระบบข้อมูลซึ่งสามารถเป็นอะไรก็ได้ตั้งแต่แผ่นดิสก์ในแล็ปท็อปไปจนถึง DNA และ RNA ในสิ่งมีชีวิต บทความนี้เขียนร่วมกับ Dr Serban Lepadatu จากมหาวิทยาลัย Central Lancashire
ดร.วอปสัน กล่าวเสริมว่า หากกฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์ระบุว่าเอนโทรปีต้องคงที่หรือเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป ฉันคิดว่าบางทีเอนโทรปีข้อมูลอาจจะเหมือนเดิม
“แต่สิ่งที่ดร. เลปาทาทูกับฉันพบนั้นกลับตรงกันข้าม – มันลดลงเมื่อเวลาผ่านไป กฎข้อที่สองของพลวัตข้อมูลทำงานตรงข้ามกับกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์อย่างแน่นอน”
Dr Vopson อ้างว่านี่อาจเป็นสิ่งที่ผลักดันให้เกิดการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมในสิ่งมีชีวิตทางชีววิทยา
“ฉันทามติทั่วโลกคือการกลายพันธุ์เกิดขึ้นแบบสุ่ม จากนั้นการคัดเลือกโดยธรรมชาติจะกำหนดว่าการกลายพันธุ์นั้นดีหรือไม่ดีต่อสิ่งมีชีวิต” เขาอธิบาย หากการกลายพันธุ์เป็นประโยชน์ต่อสิ่งมีชีวิตก็จะถูกเก็บไว้
“แต่จะเกิดอะไรขึ้นถ้ามีกระบวนการที่ซ่อนอยู่ซึ่งขับเคลื่อนการกลายพันธุ์เหล่านี้ ทุกครั้งที่เราเห็นสิ่งที่เราไม่เข้าใจ เราจะอธิบายว่ามันเป็น ‘สุ่ม’ หรือ ‘วุ่นวาย’ หรือ ‘อาถรรพณ์’ แต่เราไม่สามารถอธิบายได้
“ถ้าเราสามารถเริ่มดูการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมจากมุมมองที่กำหนดขึ้นได้ เราสามารถใช้ประโยชน์จากกฎฟิสิกส์ใหม่นี้เพื่อทำนายการกลายพันธุ์ หรือความน่าจะเป็นของการกลายพันธุ์ ก่อนที่จะเกิดขึ้น”
ดร.วอพสันและเพื่อนร่วมงานวิเคราะห์จีโนมของไวรัสโควิด-19 (Sars-CoV-2) ที่แท้จริง และพบว่าเอนโทรปีข้อมูลของพวกมันลดลงเมื่อเวลาผ่านไป: “ตัวอย่างที่ดีที่สุดของบางสิ่งที่ได้รับการกลายพันธุ์หลายครั้งในระยะเวลาอันสั้นคือไวรัส การระบาดใหญ่ได้ให้ตัวอย่างการทดสอบในอุดมคติแก่เรา เนื่องจาก Sars-CoV-2 กลายพันธุ์เป็นตัวแปรมากมาย และข้อมูลที่มีอยู่นั้นไม่น่าเชื่อ
“ข้อมูลโควิดยืนยันกฎข้อที่สองของอินโฟไดนามิกส์ และการวิจัยก็เปิดโอกาสที่ไร้ขีดจำกัด ลองนึกภาพดูจีโนมเฉพาะและตัดสินว่าการกลายพันธุ์มีประโยชน์หรือไม่ก่อนที่มันจะเกิดขึ้น นี่อาจเป็นเทคโนโลยีที่เปลี่ยนเกมซึ่งสามารถนำไปใช้ในการบำบัดทางพันธุกรรม อุตสาหกรรมยา ชีววิทยาวิวัฒนาการ และการวิจัยโรคระบาด”
บทความนี้เผยแพร่ใน AIP Advances
