La théorie de l’assemblage comble le fossé entre la physique et la biologie en expliquant comment les objets complexes sont identifiables en tant que produits de l’évolution et comment la réutilisation des pièces permet de construire de la nouveauté et des éléments complexes identiques par sélection dans la nature. Crédit : Dr Anna Tanczos, Sci-Comm Studios
La « théorie de l’assemblage », un cadre théorique pionnier reliant la physique et la biologie, offre des perspectives transformatrices sur l’évolution biologique et sa place dans les lois physiques universelles. Avec des applications allant de la recherche de vie extraterrestre à la compréhension des origines de la vie, il promet de remodeler de nombreux domaines scientifiques.
Une équipe internationale de chercheurs a développé un nouveau cadre théorique qui relie la physique et la biologie pour fournir une approche unifiée pour comprendre comment la complexité et l’évolution émergent dans la nature. Ce nouvel ouvrage sur la « Théorie de l’assemblage », publié aujourd’hui (4 octobre) dans Naturereprésente une avancée majeure dans notre compréhension fondamentale de l’évolution biologique et de la manière dont elle est régie par les lois physiques de l’univers.
« Cela ouvre la possibilité passionnante d’utiliser la théorie de l’assemblage pour concevoir de nouvelles expériences qui pourraient résoudre l’origine de la vie en créant des systèmes vivants à partir de zéro en laboratoire. » — Professeur Lee Cronin
Travaux antérieurs et index d’assemblage moléculaire
Cette recherche s’appuie sur les travaux antérieurs de l’équipe développant la théorie de l’assemblage en tant qu’approche empiriquement validée de la détection de la vie, avec des implications pour la recherche de vie extraterrestre et les efforts visant à faire évoluer de nouvelles formes de vie en laboratoire. Dans des travaux antérieurs, l’équipe a attribué un score de complexité aux molécules appelé indice d’assemblage moléculaire, basé sur le nombre minimal d’étapes de formation de liaisons nécessaires pour construire une molécule. Ils ont montré comment cet indice est mesurable expérimentalement et comment les valeurs élevées sont en corrélation avec les molécules dérivées de la vie.
Formalisme mathématique dans la théorie des assemblages
La nouvelle étude introduit un formalisme mathématique autour d’une quantité physique appelée « Assemblage » qui capture le degré de sélection nécessaire pour produire un ensemble donné d’objets complexes, en fonction de leur abondance et de leurs indices d’assemblage.
« La théorie de l’assemblage offre une toute nouvelle perspective pour examiner la physique, la chimie et la biologie comme des perspectives différentes de la même réalité sous-jacente », a expliqué l’auteur principal, le professeur Sara Walker, physicienne théoricienne et chercheuse sur l’origine de la vie à l’Arizona State University. « Avec cette théorie, nous pouvons commencer à combler le fossé entre la physique réductionniste et l’évolution darwinienne – c’est une étape majeure vers une théorie fondamentale unifiant la matière inerte et vivante. »
Applications et potentiel futur
Les chercheurs ont démontré comment la théorie de l’assemblage peut être appliquée pour quantifier la sélection et l’évolution dans des systèmes allant des molécules simples aux polymères et structures cellulaires complexes. Il explique à la fois la découverte de nouveaux objets et la sélection d’objets existants, permettant des augmentations illimitées de la complexité caractéristique de la vie et de la technologie.
« La théorie de l’assemblage offre une toute nouvelle manière d’appréhender la matière qui constitue notre monde, tel qu’il est défini non seulement par des particules immuables, mais aussi par la mémoire nécessaire à la construction d’objets par sélection au fil du temps », a déclaré le professeur Lee Cronin, chimiste de l’Université de Washington. Université de Glasgow et co-auteur principal. « Avec des travaux ultérieurs, cette approche a le potentiel de transformer des domaines allant de la cosmologie à l’informatique. Cela représente une nouvelle frontière à l’intersection de la physique, de la chimie, de la biologie et de la théorie de l’information.
Vers une compréhension plus profonde
Les chercheurs visent à affiner davantage la théorie de l’assemblage et à explorer ses applications pour caractériser la vie connue et inconnue, et tester des hypothèses sur la manière dont la vie émerge de la matière non vivante. « Une caractéristique clé de la théorie est qu’elle est testable expérimentalement », a déclaré Cronin. « Cela ouvre la possibilité passionnante d’utiliser la théorie de l’assemblage pour concevoir de nouvelles expériences qui pourraient résoudre l’origine de la vie en créant des systèmes vivants à partir de zéro en laboratoire. »
La théorie ouvre de nombreuses nouvelles questions et orientations de recherche à la frontière des sciences physiques et des sciences de la vie. Dans l’ensemble, la théorie de l’assemblage promet de fournir de nouvelles connaissances approfondies sur la physique qui sous-tend la complexité biologique et l’innovation évolutive.
