Selon une étude de l’Université de Portsmouth, les mutations génétiques pourraient être prédites avant qu’elles ne se produisent en utilisant une nouvelle loi de la physique.
L’article constate que la deuxième loi de la dynamique de l’information, ou « infodynamique », se comporte différemment de la deuxième loi de la thermodynamique – une découverte qui pourrait avoir des implications massives pour les développements futurs dans la recherche sur le génome, la biologie évolutive, l’informatique, les mégadonnées, la physique et la cosmologie .
L’auteur principal, le Dr Melvin Vopson, est de l’École de mathématiques et de physique de l’Université. Il dit que « en physique, il y a des lois qui régissent tout ce qui se passe dans l’univers, par exemple comment les objets se déplacent, comment l’énergie circule, etc. Tout est basé sur les lois de la physique. »
« L’une des lois les plus puissantes est la deuxième loi de la thermodynamique, qui établit que l’entropie – une mesure du désordre dans un système isolé – ne peut qu’augmenter ou rester la même, mais elle ne diminuera jamais. »
C’est une loi incontestée liée à la flèche du temps, qui montre que le temps ne va que dans un sens. Il coule dans une seule direction et ne peut pas revenir en arrière.
Il dit « imaginez deux boîtes en verre transparentes. Dans le côté gauche, vous avez des molécules de gaz rouges, que vous pouvez voir, comme de la fumée rouge. Dans le côté droit, vous avez de la fumée bleue, et entre elles se trouve une barrière. Si vous retirez le barrière, les deux gaz commenceront à se mélanger et la couleur changera. Il n’y a aucun processus que ce système puisse subir pour se séparer à nouveau du bleu et du rouge.
« En d’autres termes, vous ne pouvez pas réduire l’entropie ou organiser le système tel qu’il était avant sans dépense d’énergie, car l’entropie ne fait que rester constante ou augmenter avec le temps. »
Le Dr Vopson est un physicien de l’information. Son travail explore les systèmes d’information, qui peuvent être n’importe quoi, du disque d’un ordinateur portable à l’ADN et à l’ARN des organismes vivants. Cet article a été rédigé en collaboration avec le Dr Serban Lepadatu de l’Université de Central Lancashire.
Le Dr Vopson a ajouté que « si la deuxième loi de la thermodynamique stipule que l’entropie doit rester constante ou augmenter avec le temps, j’ai pensé que l’entropie de l’information serait peut-être la même ».
« Mais ce que le Dr Lepadatu et moi avons trouvé était exactement le contraire – cela diminue avec le temps. La deuxième loi de la dynamique de l’information fonctionne exactement à l’opposé de la deuxième loi de la thermodynamique. »
Le Dr Vopson affirme que cela pourrait être à l’origine des mutations génétiques dans les organismes biologiques.
« Le consensus mondial est que les mutations se produisent au hasard, puis la sélection naturelle dicte si la mutation est bonne ou mauvaise pour un organisme », a-t-il expliqué. Si la mutation est bénéfique pour un organisme, elle sera conservée.
« Mais que se passe-t-il s’il existe un processus caché qui entraîne ces mutations ? Chaque fois que nous voyons quelque chose que nous ne comprenons pas, nous le décrivons comme « aléatoire », « chaotique » ou « paranormal », mais c’est seulement notre incapacité à l’expliquer. »
« Si nous pouvons commencer à examiner les mutations génétiques d’un point de vue déterministe, nous pouvons exploiter cette nouvelle loi physique pour prédire les mutations – ou la probabilité des mutations – avant qu’elles ne se produisent. »
Le Dr Vopson et ses collègues ont analysé de vrais génomes de COVID-19 (SARS-CoV-2) et ont découvert que leur entropie d’information diminuait avec le temps : « Le meilleur exemple de quelque chose qui subit un certain nombre de mutations en peu de temps est un virus. La pandémie nous a donné l’échantillon de test idéal car le SRAS-CoV-2 a muté en tant de variantes et les données disponibles sont incroyables. »
« Les données COVID confirment la deuxième loi de l’infodynamique et la recherche ouvre des possibilités illimitées. Imaginez regarder un génome particulier et juger si une mutation est bénéfique avant qu’elle ne se produise. Cela pourrait être une technologie révolutionnaire qui pourrait être utilisée dans les thérapies géniques, l’industrie pharmaceutique, la biologie évolutive et la recherche sur les pandémies.
Le papier est publié dans Avances AIP.
Melvin M. Vopson et al, Deuxième loi de la dynamique de l’information, Avances AIP (2022). DOI : 10.1063/5.0100358