La biología teórica es el estudio de la biología desde los primeros principios. El objetivo para mí es hacer un modelo matemático completo del comportamiento de una célula que sea capaz de predecir el comportamiento en una situación general, al menos estadísticamente (es decir, el rango de posibles comportamientos).
La idea es un poco difícil de aclarar, porque hay dos cosas inmediatas que uno piensa:
1. ¿No es esto solo física
La física predecirá el comportamiento de los átomos en la célula, por lo que resuelve el problema de la biología en principio. Pero la biología NO es solo la física, porque la física es absolutamente enorme, y sobre todo irrelevante. La molécula de agua donde no es una pregunta biológica interesante y, a lo sumo, solo contribuye con un poco de estocasticidad a los eventos biológicamente relevantes. Eliminar información es la idea principal.
2. ¿No es intractible?
La otra respuesta es que el problema es imposible, porque no hay una simplificación significativa que hacer. La célula es, en cierto sentido, máximamente compleja, está completa. Un sistema completo de Turing no admite ninguna reducción en la descripción más allá de cierto punto.
El segundo punto es lo que me colgó en la década de 1990, como Chris Henley me dijo en 1995 informalmente “¿Qué se puede hacer en biología que tiene la misma profundidad que, por ejemplo, el grupo de renormalización en física”. Esta pregunta fue difícil, de esta pregunta entendí que la integridad de Turing se interponía en el camino.
La integridad de Turing significaba que no podía reducir la celda a un sistema de iteración simple, como el grupo de renormalización reduce el modelo de Ising. Significaba que cualquier simplificación del tipo que les gusta a los físicos, el tipo que hace que el comportamiento sea obvio en un modelo simple con comportamiento manejable, sería inútil en biología, porque estaría ignorando los aspectos completos de Turing.
Pero entonces, puede ver que tenemos un campo completo dedicado a los sistemas completos artificiales de Turing, y que progresan. Esto es ciencia de la computación. ¿Cómo hacen la teoría? En gran medida, su teoría consiste en formas de hacer un lenguaje que exprese de manera más sucinta la estructura de los algoritmos y sus propiedades.
Entonces, de esta manera, puede hacer un lenguaje para las transformaciones de información en la celda, y siempre y cuando continúe haciendo que el lenguaje sea más alto de la manera adecuada, producirá una descripción cada vez más elegante del programa de la celda. . Esto es lo que la biología teórica significa para mí: es el programa para describir los algoritmos computacionales que la célula está realizando con un lenguaje completo de Turing más y más alto apropiado para el dominio. Cuando lo hace bien, tiene una descripción mínima, que captura la función en un número mínimo de bits. En este punto, puede comenzar a hacer predicciones sobre el comportamiento y producir circuitos biológicos artificiales comparables a los naturales.
Esta fue la motivación para mi propio trabajo en 2001 a 2005, produciendo un lenguaje para proteínas. La principal lección de esto es que las proteínas son computacionalmente periféricas fuera de las células bacterianas, y la historia más importante en computación es la no codificación puramente computacional de ARN.
