Preferința vieții pentru simetrie este ca o „nouă lege a naturii”

Simetria este răspândită în natură. Este prezent oriunde se repetă imaginile în oglindă, ca în jumătățile din dreapta și din stânga ale elefanților sau fluturilor, sau în modelele repetate ale petalelor de flori și brațelor de stele de mare în jurul unui punct central. Este chiar ascuns în structurile unor lucruri mici precum proteinele și ARN-ul. În timp ce asimetria există cu siguranță în natură (cum ar fi modul în care inima ta se îndreaptă într-o parte în piept sau cum crabii bărbați care bat au o gheară mărită), formele asimetrice apar adesea în organisme ca fiind aleatorii.

De ce predomină simetria? Biologii nu sunt siguri – nu există niciun motiv bazat pe selecția naturală pentru prevalența simetriei în forme de viață atât de diverse și blocurile lor de construcție. Acum se pare că un răspuns bun ar putea veni din domeniul informaticii.

în hârtie Publicat luna aceasta în Proceedings of the National Academy of SciencesÎn cadrul studiului, cercetătorii au analizat mii de complexe de proteine ​​și structuri de ARN, precum și o rețea model de molecule care controlează modul în care genele sunt pornite și oprite. Ei au descoperit că evoluția tinde spre simetrie, deoarece instrucțiunile pentru producerea simetriei sunt mai ușor de încorporat în codul genetic și de urmat. Consecvența este probabil aplicarea de bază a adagiului „lucrează mai inteligent, nu mai greu”.

„Oamenii sunt adesea destul de surprinși de faptul că evoluția poate face aceste structuri uimitoare și ceea ce arătăm este că este de fapt mai ușor decât credeți”, a spus Ard Louis, fizician la Universitatea Oxford și autor al studiului.

„Parcă am găsit o nouă lege a naturii”, a spus Chico Camargo, coautor și lector în informatică la Universitatea din Exeter din Anglia. „Este frumos, pentru că îți schimbă viziunea asupra lumii.”

Dr. Lewis, Dr. Camargo și colegul lor Ian Johnston și-au început explorarea originilor evolutive ale omologiei atunci când Dr. Johnston lucra la doctoratul său, rulând simulări pentru a înțelege modul în care virușii își formează învelișul proteic. Structurile care au apărut au fost foarte părtinitoare spre simetrie și au apărut mai des decât ar permite aleatorietatea pură.

Cercetătorii au fost inițial surprinși, dar a avut sens – algoritmii pentru a produce modele simple și repetitive sunt mai ușor de implementat și mai greu de eșuat. Dr. Johnston, acum la Universitatea din Bergen din Norvegia, aseamănă asta cu a spune cuiva cum să plătească o podea: este mai ușor să dai instrucțiuni pentru așezarea șirurilor repetate de plăci pătrate simetrice decât să explici cum să faci un mozaic complex.

În următorul deceniu, cercetătorii și echipa lor au aplicat același concept la componentele biologice de bază, cercetând modul în care proteinele se adună în grupuri și cum se flexează ARN-ul.

„Formele care apar adesea sunt cele mai simple, sau cele mai puțin nebunești”, a spus dr. Camargo.

Imaginarea ARN-ului și proteinelor ca mașini mici de intrare și ieșire care execută instrucțiuni genetice computaționale explică tendința spre simetrie într-un mod în care „supraviețuirea celui mai potrivit” a lui Darwin nu ar putea. Deoarece este mai ușor să codificați instrucțiuni pentru a construi structuri simple și simetrice, natura ajunge să aibă un număr disproporționat de seturi de instrucțiuni mai simple din care să alegeți atunci când vine vorba de selecția naturală. Dr. Camargo a spus că acest lucru face ca dezvoltarea să fie oarecum mai asemănătoare unui „joc părtinitor cu zaruri încărcate”, rezultând o consistență disproporționată datorită simplității sale.

În timp ce lucrarea lor se concentrează pe structurile microscopice, cercetătorii cred că acest raționament se extinde la organisme mai mari și mai complexe. „Ar fi foarte logic dacă natura ar putea reutiliza programul pentru a produce o petală, mai degrabă decât să aibă un program diferit pentru fiecare dintre cele 100 de petale din jurul unei floarea-soarelui”, a spus dr. Johnston.

Deși există încă un decalaj între arătarea unei părtiniri statistice față de simetria microscopică și explicarea simetriei pe care o vedem la plante și animale, Holo Gabor, un biolog care studiază simetria la Universitatea din Debrecen din Ungaria, spune că este încântat de descoperirile noii lucrări. „A explica cum o astfel de caracteristică inerentă și universală a evoluției, în natură, este un lucru”, a spus dr. Hollow, care nu a fost implicat în studiu.

De asemenea, Luis Siwan, un cercetător de sisteme complexe la Centro Nacional de Biotecnologia din Spania, care nici el nu a fost implicat în studiu, a salutat munca ca fiind „pe cât de legitimă este”.

„Există un război în curs de desfășurare între simplitate și complexitate și trăim la marginea acestui lucru”, a spus dr. Seoane. El a adăugat că universul tinde către o aleatorie din ce în ce mai mare, dar că aceste blocuri simple și simetrice ajută la înțelegerea acestei complexități.