Die Versammlungstheorie ist ein bahnbrechender theoretischer Rahmen, der Physik und Biologie verbindet und transformative Einblicke in die biologische Evolution und ihren Platz in universellen physikalischen Gesetzen liefert. Seine Anwendungen reichen von der Suche nach außerirdischem Leben bis zum Verständnis des Ursprungs des Lebens und es wird erwartet, dass es viele Bereiche der Wissenschaft neu gestalten wird.


Die Montagetheorie schließt die Lücke zwischen Physik und Biologie, indem sie erklärt, wie komplexe Objekte als Produkte der Evolution identifiziert werden und wie die Wiederverwendbarkeit von Teilen die Konstruktion neuartiger und identischer komplexer Objekte durch Selektion in der Natur ermöglicht. Quelle: Dr. Anna Tanzos, Science Communication Studio

Ein internationales Forscherteam hat einen neuen theoretischen Rahmen entwickelt, der Physik und Biologie verbindet, um einen einheitlichen Ansatz zum Verständnis der Entstehung von Komplexität und Evolution in der Natur zu bieten. Diese neue Arbeit zur „Assembly-Theorie“, die heute (4. Oktober) in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde, markiert einen bedeutenden Fortschritt in unserem grundlegenden Verständnis der biologischen Evolution und wie sie durch die physikalischen Gesetze des Universums gesteuert wird.

Vorarbeiten und molekularer Assemblierungsindex

Die Studie baut auf früheren Arbeiten der Forschungsgruppe auf, die die Montagetheorie zu einer empirisch erprobten Methode zur Erkennung von Leben entwickelt hat, mit Auswirkungen auf die Suche nach außerirdischem Leben und die Entwicklung neuer Lebensformen im Labor. In früheren Arbeiten ordnete das Team Molekülen einen Komplexitätswert zu, der als Molekularassemblierungsindex bezeichnet wird und auf der Mindestanzahl an Bindungsschritten basiert, die zum Aufbau des Moleküls erforderlich sind. Sie zeigen, wie dieser Index experimentell gemessen werden kann und wie hohe Werte mit Lebensmolekülen in Verbindung gebracht werden können.

Mathematischer Formalismus in der Versammlungstheorie

Die neue Forschung führt einen mathematischen Formalismus rund um eine physikalische Größe namens „Assembly“ ein, der den Grad der Auswahl erfasst, der erforderlich ist, um eine komplexe Menge von Objekten basierend auf ihrer Häufigkeit und ihrem Assembly-Index zu erzeugen.

Professorin Sarah Walker, theoretische Physikerin und Forscherin zum Ursprung des Lebens an der Arizona State University, erklärt: „Die Assemblierungstheorie bietet eine völlig neue Perspektive und ermöglicht es uns, dieselbe grundlegende Realität der Physik, Chemie und Biologie aus einer anderen Perspektive zu betrachten. Mit dieser Theorie können wir beginnen, die Lücke zwischen reduktionistischer Physik und darwinistischer Evolution zu schließen – ein wichtiger Schritt zur Vereinheitlichung der grundlegenden Theorien der trägen Materie und der lebenden Materie.“

Anwendungen und Zukunftspotenziale

Die Forscher zeigen, wie die Assemblierungstheorie angewendet werden kann, um Selektion und Evolution in Systemen zu quantifizieren, die von einfachen Molekülen bis hin zu komplexen Polymeren und Zellstrukturen reichen. Es erklärt sowohl die Entdeckung neuer Objekte als auch die Auswahl vorhandener Objekte und ermöglicht so die unbegrenzte Steigerung der Komplexität, die Leben und Technologie kennzeichnet.

Professor Lee Cronin, Chemiker an der Universität Glasgow und Co-Erstautor, sagte: „Die Assemblierungstheorie bietet eine völlig neue Sichtweise auf die Materie, aus der unsere Welt besteht. Sie wird nicht nur durch unveränderliche Teilchen definiert, sondern auch durch das Gedächtnis, das zum Aufbau von Objekten durch langfristige Selektion erforderlich ist. Mit weiteren Arbeiten hat dieser Ansatz das Potenzial, Bereiche von der Kosmologie bis zur Informatik zu transformieren. Er stellt eine neue Grenze an der Schnittstelle von Physik, Chemie, Biologie und Informationstheorie dar.“

Verständnis vertiefen

Ziel der Forscher ist es, die Zusammenbautheorie weiter zu verfeinern, ihre Anwendungsmöglichkeiten bei der Beschreibung der Merkmale bekannten und unbekannten Lebens zu erforschen und Hypothesen darüber zu testen, wie Leben aus unbelebter Materie entsteht. „Ein wichtiges Merkmal der Theorie ist, dass sie experimentell überprüft werden kann“, sagte Cronin. „Dies eröffnet die spannende Möglichkeit, mithilfe der Montagetheorie neue Experimente zu entwerfen, die Fragen zum Ursprung des Lebens beantworten könnten, indem im Labor lebende Systeme von Grund auf geschaffen werden.“

Diese Theorie eröffnet viele neue Fragen und Forschungsrichtungen an den Grenzen von Physik und Lebenswissenschaften. Insgesamt verspricht die Assemblierungstheorie tiefgreifende neue Einblicke in die physikalischen Grundlagen biologischer Komplexität und evolutionärer Innovation.