"Lý thuyết lắp ráp" là một khung lý thuyết đột phá kết nối vật lý và sinh học, cung cấp những hiểu biết mang tính biến đổi về tiến hóa sinh học và vị trí của nó trong các định luật vật lý phổ quát. Các ứng dụng của nó bao gồm từ việc tìm kiếm sự sống ngoài Trái đất đến tìm hiểu nguồn gốc của sự sống và nó được kỳ vọng sẽ định hình lại nhiều lĩnh vực khoa học.
Một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế đã phát triển một khung lý thuyết mới liên kết vật lý và sinh học để cung cấp một cách tiếp cận thống nhất nhằm tìm hiểu mức độ phức tạp và tiến hóa phát sinh trong tự nhiên. Công trình mới về "lý thuyết lắp ráp" này được công bố hôm nay (4 tháng 10) trên tạp chí Nature, đánh dấu sự tiến bộ đáng kể trong hiểu biết cơ bản của chúng ta về tiến hóa sinh học và cách nó bị chi phối bởi các quy luật vật lý của vũ trụ.
Chỉ số công việc trước đây và lắp ráp phân tửNghiên cứu này dựa trên công trình trước đây của nhóm nghiên cứu này, nhóm đã phát triển lý thuyết lắp ráp thành một phương pháp đã được chứng minh bằng thực nghiệm để phát hiện sự sống, có ý nghĩa quan trọng đối với nỗ lực tìm kiếm sự sống ngoài hành tinh và phát triển các dạng sống mới trong phòng thí nghiệm. Trong nghiên cứu trước đây, nhóm nghiên cứu đã gán cho các phân tử một điểm phức tạp gọi là chỉ số lắp ráp phân tử, dựa trên số bước liên kết tối thiểu cần thiết để tạo nên phân tử. Chúng cho thấy chỉ số này có thể được đo bằng thực nghiệm như thế nào và các giá trị cao có thể được liên kết với các phân tử của sự sống như thế nào.
Chủ nghĩa hình thức toán học trong lý thuyết lắp ráp
Nghiên cứu mới này giới thiệu một chủ nghĩa hình thức toán học xung quanh một đại lượng vật lý gọi là "sự lắp ráp" nắm bắt mức độ lựa chọn cần thiết để tạo ra một tập hợp các đối tượng phức tạp dựa trên độ phong phú và chỉ số lắp ráp của chúng.
Giáo sư Sara Walker, nhà vật lý lý thuyết và nhà nghiên cứu nguồn gốc sự sống tại Đại học bang Arizona, giải thích: "Lý thuyết lắp ráp cung cấp một góc nhìn hoàn toàn mới, cho phép chúng ta nhìn vào cùng một thực tế cơ bản của vật lý, hóa học và sinh học từ một góc nhìn khác. Với lý thuyết này, chúng ta có thể bắt đầu thu hẹp khoảng cách giữa vật lý giản lược và thuyết tiến hóa của Darwin - Đây là một bước quan trọng hướng tới việc thống nhất lý thuyết cơ bản về vật chất trơ và vật chất sống. "
Ứng dụng và tiềm năng tương lai
Các nhà nghiên cứu cho thấy lý thuyết lắp ráp có thể được áp dụng như thế nào để định lượng sự lựa chọn và tiến hóa trong các hệ thống từ phân tử đơn giản đến polyme phức tạp và cấu trúc tế bào. Nó giải thích cả việc khám phá các vật thể mới và lựa chọn những vật thể hiện có, cho phép tăng độ phức tạp không giới hạn, đặc trưng cho cuộc sống và công nghệ.
Giáo sư Lee Cronin, nhà hóa học tại Đại học Glasgow và là đồng tác giả đầu tiên, cho biết: "Lý thuyết lắp ráp cung cấp một cách nhìn hoàn toàn mới về vật chất tạo nên thế giới của chúng ta. Nó không chỉ bao gồm các hạt bất biến. "Nó được xác định bởi bộ nhớ cần thiết để tạo ra các vật thể thông qua quá trình chọn lọc dài hạn. Với những nghiên cứu tiếp theo, phương pháp này có tiềm năng chuyển đổi các lĩnh vực từ vũ trụ học sang khoa học máy tính. Nó đại diện cho một biên giới mới ở điểm giao thoa giữa vật lý, hóa học, sinh học và lý thuyết thông tin."
Hãy nâng cao hiểu biết của bạn
Các nhà nghiên cứu mong muốn cải tiến hơn nữa lý thuyết lắp ráp, khám phá các ứng dụng của nó trong việc mô tả các đặc điểm của sự sống đã biết và chưa biết, đồng thời kiểm tra các giả thuyết về cách sự sống phát sinh từ vật chất không sống. Cronin cho biết: "Một đặc điểm quan trọng của lý thuyết này là nó có thể được kiểm tra bằng thực nghiệm. Điều này mở ra khả năng thú vị của việc sử dụng lý thuyết lắp ráp để thiết kế các thí nghiệm mới có thể giải quyết các câu hỏi về nguồn gốc sự sống bằng cách tạo ra các hệ thống sống ngay từ đầu trong phòng thí nghiệm."
Lý thuyết mở ra nhiều câu hỏi và hướng nghiên cứu mới ở ranh giới của vật lý và khoa học đời sống. Tổng hợp lại, lý thuyết lắp ráp hứa hẹn sẽ cung cấp những hiểu biết sâu sắc mới về cơ sở vật lý của sự phức tạp sinh học và sự đổi mới tiến hóa.