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La nueva ‘teoría del ensamblaje’ unifica la física y la biología para explicar la evolución y la complejidad

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Selección en el espacio de montaje. (A) La representación pictórica del espacio de ensamblaje representa la formación del espacio de objetos combinatorio a partir de bloques de construcción y restricciones físicas. (B) Distribuciones observadas de números de copias de objetos en diferentes índices de ensamblaje como resultado de selección o no selección. (C) Representación de rutas físicas para construir objetos con rutas dirigidas y no dirigidas (seleccionadas) que conducen a un número de copias alto y bajo del objeto observado. Crédito: arXiv (2022). DOI: 10.48550/arxiv.2206.02279

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Selección en el espacio de montaje. (A) La representación pictórica del espacio de ensamblaje representa la formación del espacio de objetos combinatorio a partir de bloques de construcción y restricciones físicas. (B) Distribuciones observadas de números de copias de objetos en diferentes índices de ensamblaje como resultado de selección o no selección. (C) Representación de rutas físicas para construir objetos con rutas dirigidas y no dirigidas (seleccionadas) que conducen a un número de copias alto y bajo del objeto observado. Crédito: arXiv (2022). DOI: 10.48550/arxiv.2206.02279

Un equipo internacional de investigadores ha desarrollado un nuevo marco teórico que une la física y la biología para proporcionar un enfoque unificado para comprender cómo surgen la complejidad y la evolución en la naturaleza.

Este nuevo trabajo sobre «teoría del ensamblaje», publicado hoy en Naturaleza, representa un avance importante en nuestra comprensión fundamental de la evolución biológica y cómo se rige por las leyes físicas del universo. El artículo se titula «La teoría del ensamblaje explica y cuantifica la selección y la evolución».

Esta investigación se basa en el trabajo anterior del equipo que desarrolla la teoría del ensamblaje como un enfoque validado empíricamente para detectar vida, con implicaciones para la búsqueda de vida extraterrestre y los esfuerzos para desarrollar nuevas formas de vida en el laboratorio.

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En trabajos anteriores, el equipo asignó una puntuación de complejidad a las moléculas llamada índice de ensamblaje molecular, basado en el número mínimo de pasos de formación de enlaces necesarios para construir una molécula. Mostraron cómo este índice se puede medir experimentalmente y cómo los valores altos se correlacionan con moléculas derivadas de la vida.

El nuevo estudio introduce un formalismo matemático en torno a una cantidad física llamada «ensamblaje», que captura cuánta selección se necesita para producir un conjunto determinado de objetos complejos, en función de sus índices de abundancia y ensamblaje.

«La teoría de ensamblaje proporciona una lente completamente nueva para observar la física, la química y la biología como perspectivas diferentes de la misma realidad subyacente», explicó la autora principal, la profesora Sara Walker, física teórica e investigadora del origen de la vida en la Universidad Estatal de Arizona.

«Con esta teoría, podemos empezar a cerrar la brecha entre la física reduccionista y la evolución darwiniana; es un gran paso hacia una teoría fundamental que unifique la materia inerte y la materia viva».

Los investigadores demostraron cómo se puede aplicar la teoría del ensamblaje para cuantificar la selección y la evolución en sistemas que van desde moléculas simples hasta polímeros y estructuras celulares complejos.

Explica tanto el descubrimiento de nuevos objetos como la selección de los existentes, permitiendo incrementos ilimitados en la complejidad característica de la vida y la tecnología.

«La teoría de ensamblaje proporciona una forma completamente nueva de ver la materia que compone nuestro mundo, definido no sólo por partículas inmutables sino por la memoria necesaria para construir objetos mediante selección en el tiempo», dijo el profesor Lee Cronin, químico de la Universidad. de Glasgow y coautor principal.

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«Con más trabajo, este enfoque tiene el potencial de transformar campos desde la cosmología hasta la informática. Representa una nueva frontera en la intersección de la física, la química, la biología y la teoría de la información».

Los investigadores pretenden perfeccionar aún más la teoría del ensamblaje y explorar sus aplicaciones para caracterizar la vida conocida y desconocida y probar hipótesis sobre cómo la vida emerge de la materia no viva.

«Una característica fundamental de la teoría es que puede comprobarse experimentalmente», afirma Cronin. «Esto abre la interesante posibilidad de utilizar la teoría del ensamblaje para diseñar nuevos experimentos que podrían resolver el origen de la vida mediante la creación de sistemas vivos desde cero en el laboratorio».

La teoría abre muchas nuevas preguntas y direcciones de investigación en la frontera de las ciencias físicas y biológicas. En general, la teoría del ensamblaje promete proporcionar nuevos conocimientos profundos sobre la física que subyace a la complejidad biológica y la innovación evolutiva.

Mas informaciones:
Leroy Cronin, La teoría de la asamblea explica y cuantifica la selección y la evolución, Naturaleza (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06600-9. www.nature.com/articles/s41586-023-06600-9

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