és una física teòrica, astrobiòloga i divulgadora estatunidenca, coneguda pels seus treballs sobre l'origen de la vida i l’emergència de la complexitat en sistemes biològics.Sara Walker. Arizona State Universityhttps://search.asu.edu/profile/1731899
Ha fet aportacions teòriques sobre l’origen de la vida, especialment en la manera com xarxes químiques poden autoorganitzar-se, transmetre informació i donar lloc a estructures biològiques complexes en les primeres etapes de la Terra primitiva.
Biografia Va néixer a Connecticut. Va estudiar al Cape Cod Community College i al Florida Institute of Technology, on es va graduar cum laude en ciències físiques l’any 2005. Va obtenir el doctorat en física i astronomia l’any 2010 a la Universitat de Dartmouth.
Carrera acadèmica Després de graduar-se a Dartmouth, Sara Walker va fer estudis postdoctorals a l'Institut Tecnològic de Geòrgia i va treballar al Centre per a l'Evolució Química de la NASA. El 2011 va acceptar una beca a l'Institut d'Astrobiologia de la NASA i va començar a treballar a la Universitat Estatal d'Arizona. El 2013, va esdevenir professora assistent al Beyond Center de la mateixa universitat. A partir de 2014, va formar part del Centre de Dinàmica i Complexitat Social i del professorat de postgrau del Departament de Física i Iniciativa de Sistemes Complexos de la Universitat d'Arizona.
Recerca El treball científic de Sara Walker se centra a desenvolupar noves teories físiques per explicar què és la vida, com va sorgir i quines biosignatures podrien ser detectades en altres planetes.Walker, S. I. (2017). Origins of life: A problem for physics. arXiv:1705.08073. Les seves aportacions més destacades són:
L'origen de l'homoquiralitat L’homoquiralitat descriu el fet que les molècules bàsiques de la vida —com ara els aminoàcids o els sucres— tenen una sola orientació espacial preferida, de manera semblant a com una mà dreta i una mà esquerra són imatges mirall però no idèntiques. Tot i que, en principi, les dues formes són igualment possibles, els éssers vius només en fan servir una de manera sistemàtica. Aquest és un fet sorprenent, ja que les lleis físiques no indiquen cap preferència natural per cap orientació concreta. Per aquest motiu, l'explicació de com la química primitiva va passar d’un estat simètric a un altre amb una orientació dominant és una de les grans qüestions en l’estudi de l’origen de la vida.Bonner, W. A. (1991). The origin and amplification of biomolecular chirality. Origins of Life and Evolution of the Biosphere, 21(2), 59–111.
Walker i els seus col·laboradors van mostrar que només les xarxes químiques que inclouen polímers de longitud suficient tenen la capacitat de generar espontàniament una quiralitat asimètrica en condicions compatibles amb les de la Terra primitiva. Aquest resultat suggereix que la complexitat molecular va ser un factor clau perquè es produís el trencament de simetria necessari per a l’aparició de l’homoquiralitat.Gleiser, M., & Walker, S. I. (2008). Life’s chirality from prebiotic environments. International Journal of Astrobiology A més, Walker i el seu equip van proposar que l'entorn físic extrem de la Terra abans de l’aparició de la vida —marcat per impactes, canvis climàtics bruscos i una activitat geològica intensa— hauria modificat repetidament la quiralitat de les xarxes de reacció. Aquest comportament dinàmic va ser descrit mitjançant el concepte de quiralitat puntuada (punctuated chirality), segons el qual els sistemes químics alternen períodes d’estabilitat quiral amb fases de canvi sobtat.Gleiser, M., & Walker, S. I. (2012). Punctuated chirality. Origins of Life and Evolution of Biospheres, 42(4), 293–305.
Aquests resultats indiquen que l’origen de l’homoquiralitat va ser un procés gradual i evolutiu, estretament lligat a l’origen mateix de la vida. En conjunt, aquestes simulacions teòriques han contribuït a millorar la comprensió dels processos físics i químics que van conduir a l'origen i al desenvolupament dels primers sistemes vius.Walker, S. I., & Gleiser, M. (2010). Emergence of protodomains in racemic prebiotic polymerization networks. Journal of The Royal Society Interface, 7(45), 617–630.
La informació en els sistemes biològics Un dels principals reptes en l’estudi científic de l'origen de la vida és la dificultat de definir de manera precisa què diferencia un sistema viu d’un sistema no viu. Sara Walker ha proposat que el flux d’informació dins dels sistemes pot servir com a criteri fonamental per distingir la vida de la no-vida.Walker, S. I., & Davies, P. C. W. (2013). The algorithmic origins of life. Journal of The Royal Society Interface, 10(79), 20120869.
En les seves investigacions, Walker ha utilitzat eines com els models de xarxes booleanes, la teoria de la informació i altres models matemàtics per identificar trets universals dels sistemes vius, independents de la seva composició química concreta.Walker, S. I., Kim, H., & Davies, P. C. W. (2016). The informational architecture of the cell. Philosophical Transactions of the Royal Society A, 374(2063), 20150057. Aquests estudis mostren que, en els sistemes biològics, el funcionament de les parts individuals —com ara molècules, cèl·lules o processos químics— no depèn només de les seves interaccions immediates amb l’entorn més proper. També està influït per l’organització global del sistema, que pot regular, limitar o dirigir el comportament dels seus components. Aquest tipus de control, en què el sistema com a totalitat influeix sobre les seves parts, es coneix com a causalitat de dalt a baix (top-down causation).Walker, S. I., & Davies, P. C. W. (2012). Top-down causation and the rise of information in the origin of life. Entropy, 15(10), 4433–4447.
A més, els seus treballs assenyalen que en els éssers vius la informació (com ara el material genètic) no actua directament, sinó que és llegida i aplicada per un mecanisme específic. Alhora, aquesta informació es replica de manera no trivial, és a dir, no es copia mecànicament, sinó amb variació, regulació i capacitat d’evolució. Walker ha mostrat teòricament que l’aparició progressiva d’aquests trets informatius en sistemes inicialment abiòtics podria haver estat un pas decisiu cap a l’emergència de la vida, i ofereix un marc general per comprendre com sistemes no vius poden adquirir propietats pròpies dels sistemes biològics.
Teoria de l'assemblatge Article principal: Teoria de l'assemblatge
Sara Walker és una de les principals impulsores de la teoria de l’assemblatge (assembly theory), desenvolupada conjuntament amb el químic Lee Cronin, com a marc general per quantificar la complexitat dels objectes i distingir sistemes vius dels no vius. Aquesta teoria proposa mesurar la complexitat informacional d’un objecte a partir del nombre mínim de passos necessaris per construir-lo (índex d'assemblatge). Walker ha vinculat aquest concepte amb la idea de flux d’informació i causalitat de dalt a baix, argumentant que només els sistemes amb control informacional global poden produir i mantenir objectes amb un alt nivell d’assemblatge. La teoria s’ha aplicat especialment a l'astrobiologia com a possible eina per detectar vida sense assumir-ne una bioquímica concreta.Walker, S. I., Cronin, L. (2021). Assembly theory explains selection and evolution. Nature, 547, 387–391.Cronin, L., Walker, S. I. (2023). The Assembly Theory of Life. Nature Reviews Chemistry, 7, 1–14.
Llibres publicats Life as No One Knows It: The Physics of Life's Emergence (2024). Little, Brown Book Group. 978-0349128238
Referències
Categoria:Professors de la Universitat Estatal d'Arizona Categoria:Alumnes de la Universitat de Dartmouth Categoria:Persones vives Categoria:Científics de Connecticut Categoria:Físics estatunidencs Categoria:Físics teòrics