В предшествующей своей работе команда ученых — астробиолог Сара Уолкер и химик Ли Кронин предложили понятие «индекса молекулярной сборки». Это наименьшее количество шагов, необходимых для того, чтобы воссоздать химическое соединение из молекулярных компонентов. Компоненты с 15 и более шагами были представителями живых существ или продуктами технологических процессов. Некоторые соединения, взятые у живых существ, тоже не отличались высокой сложностью, но среди неорганики никто не преодолел барьер в 15 шагов.

Новое исследование привносит в теорию математический формализм и уточняет физическое качество сборки. Ученые выяснили, каким образом теория сборки может применяться для количественной оценки и эволюции в системах от простых молекул до сложных полимеров и клеточных структур, пишет Phys.org.

«При помощи этой теории мы можем начать сближать пропасть между редукционистской физикой и эволюцией по Дарвину — это серьезный шаг к фундаментальной теории, объединяющей инертную и живую материю», — сказала профессор Уолкер.

В теории эволюции естественный отбор описывает, почему некоторые виды существуют, а другие нет. Теория естественного отбора Дарвина показывает, как отбор в прошлом создает функциональность в настоящем, а также указывает на направленные в будущее процессы. Но не касается области, в которой возникают новые фенотипы. Физика же может, в теории, перейти от прошлых состояний к нынешним и будущим, но поскольку не имеет функционального взгляда на Вселенную, не способна отличить функциональные свойства от случайных флуктуаций. Другими словами, в рамках физического редукционизма говорить о новизне не приходится.

Таким образом, создание нового не вписывается в парадигму ни биологии, ни физики. Попытки разработки теории, объединяющей физику и эволюцию, не приводили к желаемым результатам. Теория сборки ищет решение этой проблемы, описывая, как возникновение и отбор новизны действует в процессах, направленных в будущее. Она позволяет предсказывать свойства новых открытий посредством отбора и оценивать количественно, в каком объеме он необходим для получения наблюдаемых объектов, не задавая предварительно отдельные элементы отбора.

Теория сборки, по словам авторов, не меняет законов физики, но переосмысливает концепцию «объекта», на который эти законы воздействуют. Она рассматривает объекты не как отдельные частицы, но как сущности, определяемые их историей формирования.

Ключевая особенность этой теории в том, что ее можно проверить экспериментально. Это открывает перед учеными возможность использования ее принципов для проектирования новых экспериментов, которые могут раскрыть тайну происхождения жизни, создав в лаборатории живые системы с чистого листа.

Недавно ученые продемонстрировали неожиданную связь между теорией чисел и эволюционной генетикой. Благодаря математике они нашли предел мутационной устойчивости фенотипа — ключевой величины в генетике. В некоторых случаях, как установили ученые, природа достигает точного максимума устойчивости, но не переходит эту границу. Как будто она знает о фрактальной функции сумм цифр.