アセンブリ理論は、物理学と生物学の橋渡しとなる画期的な理論的枠組みであり、生物学の進化と普遍的な物理法則におけるその位置についての革新的な洞察を提供します。その応用範囲は地球外生命体の探索から生命の起源の理解まで多岐にわたり、科学の多くの分野を再構築することが期待されています。


アセンブリ理論は、複雑な物体がどのようにして進化の産物として特定されるのか、また部品の再利用性により自然界の選択を通じてどのように新規で同一の複雑な物体の構築が可能になるのかを説明することにより、物理学と生物学の間のギャップを橋渡しします。出典: アンナ・タンゾス博士、サイエンス コミュニケーション スタジオ

国際的な研究者チームは、自然界で複雑さと進化がどのように生じるかを理解するための統一的なアプローチを提供するために、物理学と生物学を結びつける新しい理論的枠組みを開発しました。本日（10月4日）ジャーナル『ネイチャー』に掲載された「集合理論」に関するこの新しい研究は、生物進化とそれが宇宙の物理法則によってどのように支配されているかについての私たちの基本的な理解における大きな進歩を示しています。

予備作業と分子集合インデックス

この研究は、集合理論を経験的に証明された生命検出方法に発展させた研究グループのこれまでの研究に基づいており、実験室で地球外生命体を探索し、新たな生命体を進化させる取り組みにも影響を与えている。以前の研究では、研究チームは、分子を構築するために必要な結合ステップの最小数に基づいて、分子集合指数と呼ばれる複雑性スコアを分子に割り当てました。彼らは、この指数が実験的にどのように測定できるか、そして生命の分子とどのように高い値が関連付けられるかを示しています。

アセンブリ理論における数学的フォーマリズム

新しい研究では、「集合」と呼ばれる物理量に関する数学的形式主義を導入しています。これは、オブジェクトの存在量と集合インデックスに基づいて、オブジェクトの複雑なセットを生成するために必要な選択の程度を捉えます。

アリゾナ州立大学の理論物理学者で生命の起源の研究者であるサラ・ウォーカー教授は、「アセンブリ理論は全く新しい視点を提供し、物理学、化学、生物学の同じ基本的現実を別の視点から見ることを可能にします。この理論により、還元主義物理学とダーウィン進化論の間のギャップを埋め始めることができます。これは、不活性物質と生命物質の基本理論を統合するための重要な一歩です。」と説明しています。

用途と将来性

研究者らは、アセンブリ理論を適用して、単純な分子から複雑なポリマーや細胞構造に至るまでのシステムにおける選択と進化を定量化する方法を示しています。これは、新しいオブジェクトの発見と既存のオブジェクトの選択の両方を説明し、生命とテクノロジーを特徴付ける複雑さの無制限の増加を可能にします。

グラスゴー大学の化学者で共同筆頭著者のリー・クローニン教授は、「アセンブリ理論は、不変の粒子だけでなく、長期的な選択を通じて物体を構築するために必要な記憶によっても定義される、私たちの世界を構成する物質を見るまったく新しい方法を提供します。さらなる研究により、このアプローチは、分野を宇宙論からコンピューター科学に変える可能性を秘めています。それは物理学、化学、生物学、情報理論の交差点における新たなフロンティアを表します。」と述べた。

理解を深める

研究者らは、集合理論をさらに洗練させ、既知および未知の生命の特徴を記述する際のその応用を探り、生命が無生物からどのように生じるかについての仮説を検証することを目指している。 「この理論の重要な特徴は、実験的に検証できることだ」とクローニン氏は語った。 「これにより、集合理論を使用して、実験室で生命システムをゼロから作成することで生命の起源に関する疑問に対処できる新しい実験を設計するという刺激的な可能性が開かれます。」

この理論は、物理学と生命科学の境界に多くの新しい疑問と研究の方向性をもたらします。総合すると、集合理論は、生物学的複雑性と進化的革新の物理的基盤に対する深い新たな洞察を提供することを約束します。