Nowe badania pokazują, że teoria składania, proponowana struktura pozwalająca zrozumieć złożoność molekularną i życie, nie jest wyjątkowa, ale równoważna znanym metodom, takim jak Entropia Shannona.
Korzystając z tradycyjnych narzędzi statystycznych, obalili twierdzenie, że wskaźnik zgromadzeń może w jednoznaczny sposób określić „żywotność” i podkreślili znaczenie integrowania różnorodnych spostrzeżeń naukowych w celu prawdziwego zrozumienia złożoności życia.
Teoria montażu i jej wyzwania
Trzy nowe artykuły obalają twierdzenia, że teoria składania (AT) złożoności molekularnej jest nową „teorią wszystkiego”.
Po raz pierwszy wysunięta publicznie w 2017 r. teoria zgromadzeń jest hipotezą dotyczącą mierzalności złożoności molekularnej, która ma charakteryzować życie, wyjaśniać dobór naturalny i ewolucję, a nawet na nowo definiować nasze rozumienie czasu, materii, życia i wszechświata.
Analiza krytyczna i teorie równoważne
Jednakże badacze pod kierownictwem dr Hectora Zenila ze Szkoły Inżynierii Biomedycznej i Obrazowania (BMEIS), we współpracy z kolegami z Uniwersytetu Naukowo-Technologicznego Króla Abdullaha (KAUST) i Instytutu Karolinska w Szwecji, z powodzeniem wykazali w artykule niedawno opublikowany przez czasopismo Nature npj Biologia systemówże te same wyniki można osiągnąć stosując tradycyjne algorytmy statystyczne i algorytmy kompresji.
W drugim artykule, właśnie opublikowanym przez Złożone systemy PLoSudowodnili również matematycznie, że teoria montażu jest odpowiednikiem Shannon Entropy, a zatem nie jest nowatorskim podejściem do żadnej z tych aplikacji i stanowi implementację dobrze znanego i popularnego algorytmu kompresji używanego w formatach kompresji ZIP i kodowania obrazów, takich jak PNG .
Obalanie indeksu zgromadzeń
„Nasze badania wykazały, że Indeks Złożenia, główny element Teorii Zgromadzeń, który określa „żywotność” obiektu na podstawie liczby dokładnych kopii, jakie on posiada, jako metoda oryginalna, taki nie jest, a wnioski z niego płynące są błędne”.
Dr Hector Zenil, starszy wykładowca/profesor nadzwyczajny, Szkoła Inżynierii Biomedycznej i Nauk o Obrazowaniu oraz główny autor.
Dr Zenil mówił dalej: „Kiedy zastosowaliśmy tradycyjne algorytmy kompresji do danych molekularnych lub chemicznych, otrzymaliśmy te same zweryfikowane wyniki, co w przypadku teorii montażu. Oznacza to, że zamiast stanowić nową strukturę, Teoria montażu jest nie do odróżnienia od innych istniejących wcześniej miar złożoności. Jednak pierwotni autorzy nie testowali żadnych innych algorytmów.”
Implikacje i błędne interpretacje w świecie rzeczywistym
„Mimo że niektóre warzywa i rośliny, takie jak cebule i paprocie, mają nawet 50 razy dłuższe genomy i liczne kopie genów, trudno argumentować, że cebula czy paproć są bardziej złożone lub żywe, niż ludzie, jak sugerowałaby teoria zgromadzeń w oparciu o takie jednowymiarowe indeks. To, co naprawdę definiuje życie, to nie tylko długość genetyczna czy liczba składników, ale zawiłe powiązania ze środowiskiem, sprawczość, jaką wykazuje życie, oraz jego odporność na zachowanie swoich podstawowych właściwości.
Prof. Jesper Tegner, profesor nauk biologicznych i informatyki na Uniwersytecie Nauk i Technologii Króla Abdullaha, Living Systems Lab, KAUST i współautor.
„Nasza analiza rzuca światło na ograniczenia wskaźników numerycznych Teorii Zgromadzeń, próbując zdefiniować „żywotność” i cechy życiowe. To, co naprawdę mnie zaskakuje, to zaniedbanie kluczowej roli dynamicznych interakcji w zrozumieniu złożoności życia. Jeszcze bardziej niepokojąca jest decyzja o zaproponowaniu stałego progu wykrywalności życia bez żadnych podstaw. Prawdziwy przełom polega na budowaniu na ugruntowanej wiedzy i integrowaniu pozornie różnorodnych teorii w celu rozwikłania złożonej wielowymiarowej dynamiki, która kształtuje życie, zamiast powtarzania tego, co już wiedzieliśmy, za pomocą opracowanych wcześniej narzędzi.
Dr Narsis A. Kiani, starszy pracownik naukowy, Zakład Onkologii-Patologii, Centrum Medycyny Molekularnej, Instytut Karolinska, współautor.
Odkrywanie alternatywnych ram teoretycznych
Chociaż scharakteryzowanie życia jest trudnym i wciąż otwartym problemem, badano je pod wieloma kątami, od jednostek modułowych Gregora Mendla, termodynamiki Erwina Schrödingera, entropii statystycznej Claude’a Shannona, po informację algorytmiczną Gregory’ego Chaitina. Wyposażeni w całą tę wiedzę i znacznie więcej dzięki naukom o złożoności i biologii systemów, wiemy dzisiaj, że jednym z kluczowych aspektów życia jest otwartość, fakt, że sprawczość życia nie wydaje się ograniczona do regularnego zachowania lub powtarzalności w jego adaptacji i związkach do swojego otoczenia.
Dziedziny takie jak algorytmiczna dynamika informacji (AID), którymi kieruje dr Hector Zenil i jego współpracownicy, rzucają światło na sposoby znajdowania modeli przyczynowych zjawisk naturalnych i mechanistycznych wyjaśnień procesów zachodzących w układach żywych. Pomoc w pełni opiera się na aktualnej, połączonej wiedzy z zakresu teorii informacji i wnioskowania przyczynowego, jaka istnieje do chwili obecnej, oraz opiera się na tych podstawowych obszarach wykorzystywanych obecnie do zrozumienia świata i łączy je.
Metody leżące u podstaw AID już liczą dokładne kopie modułów, ale jest to najbardziej oczywisty pierwszy krok i coś, co dr Zenil opisał przed Teorią montażu jako zdolność do oddzielania związków organicznych od nieorganicznych w funkcji długości molekularnej.
Referencje:
„O istotnych ograniczeniach metod teorii składania i ich klasyfikacji biosygnałów molekularnych” Abicumaran Uthamacumaran, Felipe S. Abrahão, Narsis A. Kiani i Hector Zenil, 7 sierpnia 2024 r., npj Biologia systemów i zastosowania.
DOI: 10.1038/s41540-024-00403-y
„Teoria składania to przybliżenie złożoności algorytmicznej opartej na kompresji LZ, która nie wyjaśnia selekcji ani ewolucji” Felipe S. Abrahão, Santiago Hernández-Orozco, Narsis A. Kiani, Jesper Tegnér i Hector Zenil, 23 września 2024 r., Złożone systemy PLOS.
DOI: 10.1371/journal.pcsy.0000014
„Teoria złożenia zredukowana do entropii Shannona i renderowana zbędna przez naiwne algorytmy statystyczne” Luana Ozelima, Abicumaran Uthamacumaran, Felipe S. Abrahão, Santiago Hernández-Orozco, Narsis A. Kiani, Jesper Tegnér, Hector Zenil, 23 września 2024 r., Informatyka > Teoria informacji.
arXiv:2408.15108
