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

Simetria rulează în natură. Este prezent oriunde se repetă imaginile în oglindă, cum ar fi în jumătatea dreaptă și stângă a elefanților sau fluturilor, sau în modelele repetate ale petale de flori și brațe de stele de mare în jurul unui punct central. Se ascunde chiar și în structurile unor lucruri minuscule precum proteinele și ARN-ul. În timp ce asimetria există cu siguranță în natură (cum ar fi modul în care inima ta este pe o parte în piept sau cum crabii lăutari masculi au o gheară mărită), formele simetrice apar prea des la viețuitoare pentru a fi pur și simplu aleatorii.

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

Într-o hârtie publicat luna aceasta în Proceedings of the National Academy of Sciences, 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 se pornesc și se opresc. Ei au descoperit că evoluția tinde spre simetrie, deoarece instrucțiunile de producere a simetriei sunt mai ușor de încorporat în codul genetic și de urmat. Simetria este poate cea mai fundamentală aplicație a zicalului „lucrează mai inteligent, nu mai greu”.

„Oamenii sunt adesea uimiți că evoluția poate face aceste structuri incredibile și ceea ce arătăm este că este de fapt mai ușor decât ați crede”, a spus Ard Louis, fizician la Universitatea din 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 schimbă modul în care vezi lumea.”

Dr. Louis, Dr. Camargo și colegul lor Iain Johnston și-au început explorarea originilor evolutive ale simetriei 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 către simetrie, apărând mult mai des decât ar permite aleatorietatea pură.

Cercetătorii au fost surprinși la început, dar a avut sens – algoritmii pentru a produce modele simple și repetate sunt mai ușor de realizat și mai greu de stricat. 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 a așeza șiruri repetate de plăci pătrate identice 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, uitându-se la modul în care proteinele se adună în grupuri și cum se pliază ARN-ul.

„Formele care apar mai des sunt cele mai simple sau cele mai puțin nebune”, spune dr. spuse Camargo.

Imaginarea ARN-ului și a proteinelor ca fiind mici mașini de intrare-ieșire care efectuează instrucțiuni genetice algoritmice explică tendința spre simetrie într-un mod în care „supraviețuirea celui mai potrivit” darwinian nu a reușit să o facă. Deoarece este mai ușor să codificați instrucțiuni pentru construirea de structuri simple și simetrice, natura ajunge la un număr disproporționat de aceste seturi de instrucțiuni mai simple din care să alegeți atunci când vine vorba de selecția naturală. Asta face ca evoluția să fie un pic ca un „joc părtinitor cu zaruri încărcate”, dr. a spus Camargo, producând o simetrie disproporționată din cauza simplității sale.

În timp ce lucrarea lor se concentrează pe structurile microscopice, cercetătorii cred că această logică 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 floarea-soarelui”, dr. spuse Johnston.

Deși există încă o prăpastie între demonstrarea părtinirii statistice față de simetria microscopică și explicarea simetriei pe care o vedem la plante și animale, Hollo Gábor, un biolog care studiază simetria la Universitatea din Debrecen din Ungaria, spune că este entuziasmat de rezultatele noii lucrări. . „A explica modul în care o caracteristică atât de inerentă și atât de universală apare în evoluție, în natură, asta este ceva”, a spus dr. Hollo, care nu a fost implicat în studiu.

În mod similar, Luís Seoane, un cercetător de sisteme complexe la Centro Nacional de Biotehnologie din Spania, care nu este de asemenea implicat în studiu, a lăudat munca ca fiind „pe cât de legitimă”.

„Se desfășoară un război între simplitate și complexitate și trăim chiar la marginea acesteia”, spune dr. spuse Seoane. Universul tinde către o aleatorie tot mai mare, a adăugat el, dar aceste blocuri simple și simetrice ajută la înțelegerea acestei complexități.