Teoría de la asamblea

Teoría que caracteriza la complejidad de los objetos.

Síntesis del ácido aristolóquico . Las moléculas complejas requieren muchos pasos para ser sintetizadas. Y cuantos más pasos se requieren para sintetizar una molécula particular, más probable es que tenga un origen biológico (o tecnológico).

La teoría del ensamblaje es un marco para cuantificar la selección y la evolución. Cuando se aplica a la complejidad de las moléculas, sus autores demuestran que es la primera técnica verificable experimentalmente, a diferencia de otros algoritmos de complejidad molecular que carecen de medidas experimentales. ^[1]

Fondo

La hipótesis fue propuesta por el químico Leroy Cronin en 2017 y desarrollada por el equipo que dirige en la Universidad de Glasgow , ^{[2] [3]} y luego ampliada en colaboración con un equipo de la Universidad Estatal de Arizona dirigido por la astrobióloga Sara Imari Walker , en un artículo. lanzado en 2021. ^[4]

La teoría de ensamblajes conceptualiza los objetos no como partículas puntuales, sino como entidades definidas por sus posibles historias de formación. ^[5] Esto permite que los objetos muestren evidencia de selección, dentro de límites bien definidos de individuos o unidades seleccionadas. ^[5] Los objetos combinatorios son importantes en química, biología y tecnología, en las que la mayoría de los objetos de interés (si no todos) son estructuras modulares jerárquicas. ^[5] Para cualquier objeto, un 'espacio de ensamblaje' se puede definir como todas las rutas ensambladas recursivamente que producen este objeto. ^[5] El 'índice de ensamblaje' es el número de pasos en el camino más corto que produce el objeto. ^[5] Para un camino tan corto, el espacio de ensamblaje captura la memoria mínima, en términos del número mínimo de operaciones necesarias para construir un objeto basado en objetos que podrían haber existido en su pasado. ^[5] El conjunto se define como "la cantidad total de selección necesaria para producir un conjunto de objetos observados"; para un conjunto que contiene objetos en total, de los cuales son únicos, el conjunto se define como ${\displaystyle N_{T}}$ ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle A}$

${\displaystyle A=\mathop {\sum } \limits _{i=1}^{N}{e}^{{a}_{i}}\left({\frac {{n}_{i}-1}{{N}_{\rm {T}}}}\right)}$,

donde denota 'número de copia', el número de apariciones de objetos de tipo que tienen índice de ensamblaje . ^[5] ${\displaystyle n_{i}}$ ${\displaystyle i=\{1,2,\dots ,N\}}$ ${\displaystyle a_{i}}$

Por ejemplo, la palabra 'abracadabra' contiene 5 letras únicas (a, b, c, d y r) y tiene 11 símbolos. Puede ensamblarse a partir de sus constituyentes como a + b --> ab + r --> abr + a --> abra + c --> abrac + a --> abraca + d --> abracad + abra --> abracadabra, porque 'abra' ya se construyó en una etapa anterior. Debido a que esto requiere al menos 7 pasos, el índice de ensamblaje es 7. ^[6] La palabra 'abracadrbaa', de la misma longitud, por ejemplo, no tiene repeticiones, por lo que tiene un índice de ensamblaje de 10.

Tome dos cadenas binarias y como otro ejemplo. Ambos tienen brocas de la misma longitud , ambos tienen el mismo peso Hamming . Sin embargo, el índice de ensamblaje de la primera cadena es ("01" se ensambla, se une consigo mismo en "0101" y se une nuevamente con "0101" tomado del grupo de ensamblaje), mientras que el índice de ensamblaje de la segunda cadena es , ya que en este caso sólo se puede tomar "01" del grupo de ensamblaje. ^{[ cita necesaria ]} ${\displaystyle C=[01010101]}$ ${\displaystyle D=[00010111]}$ ${\displaystyle N=8}$ ${\displaystyle N_{1}=N/2=4}$ ${\displaystyle a(C)=3}$ ${\displaystyle a(D)=6}$

En general, para K subunidades de un objeto O, el índice de ensamblaje está limitado por . ^[3] ${\displaystyle \log _{2}(K)\leq a_{O}\leq K-1}$

Una vez que se descubre un camino para ensamblar un objeto, el objeto se puede reproducir. La tasa de descubrimiento de nuevos objetos puede definirse mediante la tasa de expansión , introduciendo una escala de tiempo de descubrimiento . ^[5] Para incluir el número de copias en la dinámica de la teoría del ensamblaje, se define una escala de tiempo de producción, donde es la tasa de producción de un objeto específico . ^[5] Definir estas dos escalas de tiempo distintas , para el descubrimiento inicial de un objeto, y para hacer copias de objetos existentes, permite determinar los regímenes en los que la selección es posible. ^[5] ${\displaystyle k_{\text{d}}}$ ${\displaystyle \tau _{\text{d}}\approx 1/k_{\text{d}}}$ ${\displaystyle n_{i}}$ ${\displaystyle \tau _{\text{p}}\approx 1/k_{\text{p}}}$ ${\displaystyle k_{\text{p}}}$ ${\displaystyle i}$ ${\displaystyle \tau _{\text{d}}}$ ${\displaystyle \tau _{\text{p}}}$

Mientras que otros enfoques pueden proporcionar una medida de la complejidad, los investigadores afirman que el número de ensamblaje molecular de la teoría del ensamblaje es el primero que se puede medir experimentalmente. Es muy poco probable que las moléculas con un índice de ensamblaje alto se formen abióticamente, y la probabilidad de formación abiótica disminuye a medida que aumenta el valor del índice de ensamblaje. ^[5] El índice de ensamblaje de una molécula se puede obtener directamente mediante métodos espectroscópicos . ^{[5] [1]} Este método podría implementarse en un instrumento de espectrometría de masas en tándem de fragmentación para buscar firmas biológicas . ^[1]

La teoría se amplió para mapear el espacio químico con árboles de ensamblaje molecular, lo que demuestra la aplicación de este enfoque en el descubrimiento de fármacos, ^[2] en particular en la investigación de nuevas moléculas similares a los opiáceos conectando los "elementos del grupo de ensamblaje a través del mismo patrón en el que se encuentran". fueron desconectados de su(s) complejo(s) principal(es)".

Es difícil identificar firmas químicas que sean exclusivas de la vida. ^[7] Por ejemplo, los experimentos biológicos del módulo de aterrizaje Viking detectaron moléculas que podrían explicarse mediante procesos vivos o naturales no vivos. ^[8] Parece que sólo las muestras vivas pueden producir mediciones de índice de ensamblaje superiores a ~15. ^[1] Sin embargo, en 2021, Cronin explicó por primera vez cómo los polioxometalatos podrían tener grandes índices de ensamblaje >15 en teoría debido a la autocatálisis. ^[9]

Opiniones críticas

El químico Steven A. Benner ha criticado públicamente varios aspectos de la teoría del ensamblaje. ^[10] Benner sostiene que es claramente falso que los sistemas no vivos, y sin intervención de la vida, no puedan contener moléculas que sean complejas, pero la gente se equivocaría al pensar que debido a que se publicó en revistas de Nature después de una revisión por pares, estos artículos deben tener razón.

Un artículo publicado en el Journal of Molecular Evolution ^[11] hace referencia a la entrada del blog de Héctor Zenil ^[12] "que identifica no menos de ocho falacias de la teoría del ensamblaje". El artículo también hace referencia al ensayo en vídeo del mismo autor ^[13] que resume estas falacias y destaca las limitaciones conceptuales/metodológicas y el fracaso generalizado de los defensores de la teoría del ensamblaje en reconocer trabajos previos relevantes en el campo de la ciencia de la complejidad. ". El artículo concluye que "el revuelo en torno a la teoría del ensamblaje se refleja bastante desfavorablemente tanto en los autores como en el sistema de publicación científica en general". El autor ^[11] concluye que "lo que realmente hace la teoría del ensamblaje es detectar y cuantificar el sesgo causado por restricciones de nivel superior en algunos mundos bien definidos basados ​​en reglas"; se puede "utilizar la teoría del ensamblaje para comprobar si está sucediendo algo inesperado en una gama muy amplia de mundos o universos modelo computacional ".

Se cita que el grupo dirigido por Héctor Zenil, ex investigador principal y miembro de la facultad de Oxford y Cambridge y actualmente profesor asociado en Ingeniería Biomédica del King's College de Londres , ^[14] ha reproducido los resultados de la teoría de ensamblajes con algoritmos estadísticos tradicionales. ^[15]

Otro artículo escrito por un grupo de químicos y científicos planetarios, incluido un autor afiliado a la NASA , publicado en la revista Royal Society Interface ^[16] demostró que los procesos químicos abióticos tienen el potencial de formar estructuras cristalinas de gran complejidad, valores que exceden el propuesta de división abiótica/biótica del índice MA = 15. Concluyen que "si bien la propuesta de una firma biológica basada en un índice de ensamblaje molecular de 15 es un concepto intrigante y comprobable, la afirmación de que sólo la vida puede generar estructuras moleculares con un índice MA ≥ 15 está en error".

El artículo también cita los artículos y publicaciones de Héctor Zenil ^[17] que cuestionan si un único valor escalar como el índice de ensamblaje puede usarse para discriminar adecuadamente entre sistemas vivos y no vivos, y señala las notables similitudes del enfoque de la Teoría de la Asamblea con los no citados. esfuerzos previos para distinguir compuestos moleculares bióticos de abióticos. ^[18]

En particular, el artículo menciona que Zenil y sus colegas "también pueden haber anticipado conclusiones clave de la teoría del ensamblaje al explorar las conexiones entre la memoria causal, la selección y la evolución". ^{[16] [19]}

Ver también

• Lista de moléculas interestelares y circunestelares
• Problema verbal para grupos

Referencias

1. Marshall SM, Mathis C, Carrick E, et al. (24 de mayo de 2021). "Identificación de moléculas como biofirmas con teoría de ensamblaje y espectrometría de masas". Comunicaciones de la naturaleza . 12 (3033): 3033. Código bibliográfico : 2021NatCo..12.3033M. doi :10.1038/s41467-021-23258-x. PMC  8144626 . PMID  34031398.
2. Liu, Yu; Mathis, Cole; Bajczyk, Michał Dariusz; Marshall, Stuart M.; Wilbraham, Liam; Cronin, Leroy (2021). "Exploración y mapeo del espacio químico con árboles de ensamblaje molecular". Avances científicos . 7 (39): eabj2465. Código Bib : 2021SciA....7J2465L. doi : 10.1126/sciadv.abj2465 . PMC 8462901 . PMID  34559562. 
3. Marshall, Stuart M.; Murray, Alastair RG; Cronin, Leroy (2017). "Un marco probabilístico para identificar biofirmas utilizando Pathway Complexity". Transacciones filosóficas de la Royal Society A: Ciencias matemáticas, físicas y de ingeniería . 375 (2109). arXiv : 1705.03460 . Código Bib : 2017RSPTA.37560342M. doi :10.1098/rsta.2016.0342. PMC 5686400 . PMID  29133442. 
4. Sara Imari Walker; Leroy Cronin; Alexa dibujó; Shawn Domagal-Goldman; Teresa Fisher; Línea Michael; Camerian Millsaps (7 de abril de 2019). "Marcos probabilísticos de biofirma". En Victoria Meadows; Giada Arney; Britney Schmidt; David J. Des Marais (eds.). Astrobiología Planetaria . doi :10.2458/azu_uapress_9780816540068-ch018.
5. Sharma, Abhishek; Czegel, Daniel; Lachmann, Michael; Kempes, Christopher P.; Walker, Sara I.; Cronin, Leroy (octubre de 2023). "La teoría ensambladora explica y cuantifica la selección y la evolución". Naturaleza . 622 (7982): 321–328. Código Bib :2023Natur.622..321S. doi : 10.1038/s41586-023-06600-9 . ISSN  1476-4687. PMC 10567559 . PMID  37794189. 
6. Mathis, Cole; Y. Patarroyo, Keith; Cronin, Lee. "Comprensión de los índices de ensamblaje". Ensamblaje molecular . Grupo Cronin . Consultado el 26 de marzo de 2024 . resultando en un índice de ensamblaje de 7
7. Schwieterman, Edward W.; Kiang, Nancy Y.; Parenteau, María N.; Harman, Chester E.; Dassarma, Shiladitya; Fisher, Teresa M.; Arney, Giada N.; Hartnett, Hilairy E .; Reinhard, Christopher T.; Olson, Stephanie L.; Prados, Victoria S.; Cockell, Charles S.; Walker, Sara I.; Grenfell, John Lee; Hegde, Siddharth; Rugheimer, Sarah; Hu, Renyu; Lyons, Timothy W. (2018). "Firmas biológicas de exoplanetas: una revisión de signos de vida detectables de forma remota". Astrobiología . 18 (6): 663–708. arXiv : 1705.05791 . Código Bib : 2018AsBio..18..663S. doi :10.1089/ast.2017.1729. PMC 6016574 . PMID  29727196. 
8. Plaxco KW, Gross M (12 de agosto de 2011). Astrobiología: una breve introducción. Prensa JHU. págs. 285–286. ISBN 978-1-4214-0194-2. Consultado el 16 de julio de 2013 .
9. Cronin, Leroy (2021). "Explorando las restricciones ocultas que controlan el autoensamblaje de grupos inorgánicos nanomoleculares". Boletín de la Sociedad Japonesa de Química de Coordinación . 78 : 11-17. doi :10.4019/bjscc.78.11.
10. Benner, Steven A. "Teoría de la asamblea y búsqueda de vida agnóstica: la primicia primordial" . Consultado el 19 de septiembre de 2023 .
11. Jaeger, Johannes (2024). "Teoría del ensamblaje: qué hace y qué no hace". Revista de evolución molecular . 92 (2): 87–92. doi : 10.1007/s00239-024-10163-2 . PMC 10978598 . PMID  38453740. 
12. Zenil, Héctor. "Las 8 falacias de la teoría del ensamblaje - Medio" . Consultado el 26 de septiembre de 2023 .
13. "La teoría del ensamblaje de Lee Cronin cuestionada y desacreditada por el Dr. Hector Zenil - YouTube". YouTube . Enero de 2024 . Consultado el 13 de marzo de 2024 .
14. «Dr. Héctor Zenil» . Consultado el 17 de marzo de 2024 .
15. Uthamacumaran, Abicumaran; Abrahão, Felipe S.; Kiani, Narsis; Zenil, Héctor (2022). "Sobre las limitaciones más destacadas de los métodos de teoría del ensamblaje y su clasificación de biofirmas moleculares". arXiv : 2210.00901 [cs.IT].
16. Hazen, Robert M.; Quemaduras, Peter C.; Cleaves II, H. James; Downs, Robert T.; Krivovichev, Sergey V.; Wong, Michael L. (2024). "Índices de ensamblaje molecular de heteropolianiones minerales: algunas moléculas abióticas son tan complejas como biomoléculas grandes". Revista de la interfaz de la Royal Society . 21 (211). doi :10.1098/rsif.2023.0632. PMC 10878807 . PMID  38378136. 
17. Zenil, Héctor. "Las 8 falacias de la teoría del ensamblaje - Medio" . Consultado el 26 de septiembre de 2023 .
18. Zenil, Héctor; Kiani, Narsis A.; Shang, MM; Tegnér, Jesper (2018). "Complejidad algorítmica y reprogramabilidad de redes de estructuras químicas". Cartas de procesamiento paralelo . 28 (1850005). arXiv : 1802.05856 . doi :10.1142/S0129626418500056.
19. Hernández-Orozco, Santiago; Kiani, Narsis A.; Zenil, Héctor (2018). "Las mutaciones algorítmicamente probables reproducen aspectos de la evolución, como la tasa de convergencia, la memoria genética y la modularidad". Ciencia abierta de la Royal Society . 5 (8). arXiv : 1709.00268 . doi :10.1098/rsos.180399. PMID  30225028.

Otras lecturas

• Cronin, Leroy; Walker, Sara Imari (3 de junio de 2016). "Más allá de la química prebiótica". Ciencia . 352 (6290): 1174-1175. Código Bib : 2016 Ciencia... 352.1174C. doi : 10.1126/ciencia.aaf6310. ISSN  0036-8075. PMID  27257242. S2CID  206649123.
• Cronin, Leroy; Krasnogor, Natalio; Davis, Benjamín G.; Alejandro, Cameron; Robertson, Neil; Steinke, Joaquín HG; Schroeder, Sven LM; Khlobystov, Andrei N.; Cooper, Geoff; Gardner, Paul M.; Siepmann, Peter (2006). "El juego de la imitación: un enfoque químico computacional para reconocer la vida". Biotecnología de la Naturaleza . 24 (10): 1203–1206. doi :10.1038/nbt1006-1203. ISSN  1546-1696. PMID  17033651. S2CID  4664573.
• Ball, Philip (4 de mayo de 2023). "Una nueva teoría para el ensamblaje de la vida en el universo". Revista Quanta .