无目的的物理学，如何涌现出有目的的生命？经过自然选择，“演化”无与伦比地描述了生命的复杂性是如何发展的——但它可以用物理学来解释吗？一种新的方法表明它可以。近日，Nature杂志发表了题为“组装理论解释并量化选择和演化”的最新研究，文章认为，一种被称为“组装理论”（Assembly theory）的方法为横跨物理学和生物学的进化选择提供了统一框架。
著名理论物理学家、南非开普敦大学复杂系统科学家 George Ellis 撰文评论了这项工作，认为组装理论是统一物理学和生物选择的普适框架，但如何应用于复杂环境，比如解释涌现的生物层级结构，则需要继续探索。
我们周围所看到的一切，包括我们自己，都是涌现于基本粒子间的物理相互作用。但是，物理学没有任何功能的概念，所以物理学无法从随机涨落中区分出对生物学至关重要的涌现性的功能特征。蛋白质的复杂结构就是一个很好的例子，所有这些复杂结构都是为了执行特定的生物功能而涌现的。此外，物理定律是永恒的，不随时间和历史事件而改变，因此不能用来描述物种在过去的演化如何影响它们的现在和未来。
在近日发表于Nature的一项最新研究中，Sharma等人提出了他们称为的组装理论来填补这一空缺，为统一横跨物理学和生物学中对进化性选择的描述提供了一个框架。组装理论以创新的方式填补了这一空缺——量化物体集合中的进化程度和选择程度。传统上，物体由构成它的物质粒子来定义。
与之不同，组装理论通过其在“组装空间”中可能的形成历史来定义一个物体，在这个空间中，基本的组装基元递归地组装在一起而形成新结构，物体也就由此生成。
作者指出，组装理论巧妙地将物理学（使组装成为可能的过程）与生物选择（决定实际的效果）统一起来，从而使新事物的产生和选择能融入复杂对象的物理学中。组装理论可能是构建进化论及其物理学基础的深刻方法。该理论作为最初的陈述是非常普适的，很可能在其他领域得到应用。例如，它可能为检测其他星球上的外星生命提供途径，即把具有高组装索引值的特定分子识别为“生物特征”——一些作者已经深入参与了该项目。
作者仅在分子尺度上深入发展了该思想在生物过程中的应用。一个关键问题是，它能否被有效地推广，以解释涌现的生物层级结构中其他层次的运作——细胞器、细胞、组织、器官、生物体、生物种群、生态系统，以及最终的整个生物圈。在这个层级结构中，功能涌现于细胞器及以上水平。
例如，在人类中，基因调控网络在细胞水平上控制蛋白质的合成，以维系身体并生长；我们大脑中的神经网络处理环境线索，来预测结果并决定我们的行为；心脏将氧气泵送到身体的所有细胞，以维持我们的生命，等等。长时间尺度上作用的进化过程，中等时间尺度上的发育过程，以及短时间尺度上起作用的功能过程，通过这些演化过程，更高层次的组织从更低层次中涌现出来。