"Simplitatea informaţională" poate explica de ce natura favorizează simetria

Viaţa favorizează structurile simple în detrimentul celor complexe. Maşinăria moleculară, cum ar fi acest complex de captare a luminii de la o bacterie, este adesea uimitor de simetrică.

În biologie, simetria este de obicei regula şi nu excepţia. Corpurile noastre au jumătăţi - stânga şi dreapta, stelele de mare radiază dintr-un punct central şi chiar şi copacii, deşi nu sunt în mare parte simetrici, produc totuşi flori simetrice. De fapt, asimetria în biologie pare destul de rară prin comparaţie, se arată într-un articol publicat de Live Science.

Înseamnă acest lucru că evoluţia are o preferinţă pentru simetrie? Într-un nou studiu, un grup internaţional de cercetători, condus de Iain Johnston, profesor în cadrul Departamentului de Matematică al Universităţii Bergen din Norvegia, susţine că da.

Deşi structurile simetrice reprezintă doar o mică parte din formele posibile - cel puţin în geometrie - simetria apare peste tot în organismele vii. De asemenea, nu este doar un fenomen legat de planul corpului. Proteinele, maşinăria moleculară dintr-un organism, sunt şi ele în mare parte simetrice, fiind adesea compuse dintr-o serie de părţi modulare care se repetă. Structurile repetitive sunt adesea observate şi la animale; gândiţi-vă la centipede, cu segmentele lor corporale care se repetă. Motivul pentru această aparentă "preferinţă" nu este determinat de estetică. În schimb, potrivit cercetătorilor, se reduce la simplitate.

"Poate fi tentant să presupunem că simetria şi modularitatea rezultă din selecţia naturală", au scris Johnston şi coautorii săi în noul studiu. Selecţia naturală poate face ca trăsăturile benefice să devină mai frecvente, deoarece aceste trăsături ajută la supravieţuire. Cu toate acestea, selecţia naturală poate doar să facă o trăsătură benefică mai comună sau să elimine una dăunătoare; nu poate forţa apariţia unor trăsături complet noi.

În schimb, nu poate decât să consolideze efectele mutaţiilor care apar la întâmplare. De exemplu, moliile cu aripi de culoare închisă ar putea fi mai greu de văzut de către păsări decât moliile cu aripi deschise la culoare. Prin urmare, prădătorii ar putea fi mai predispuşi să treacă cu vederea moliile cu aripi întunecate, ceea ce ar permite unui număr mai mare de insecte să supravieţuiască, să se reproducă şi să transmită această trăsătură urmaşilor lor. Dar acest lucru nu forţează existenţa aripilor negre; pentru ca acest lucru să se întâmple, trebuie să existe o mutaţie genetică. Iar dacă o mutaţie oferă un avantaj, este mai probabil ca aceasta să se perpetueze în rândul unei populaţii timp de generaţii, până când devine o trăsătură comună a speciei.

În acelaşi mod, selecţia naturală ar putea părea să favorizeze simetria doar pentru că i se oferă de cele mai multe ori forme simetrice cu care să lucreze. Cea mai probabilă explicaţie privind motivul pentru care proteinele şi corpurile sunt simetrice nu este că simetria oferă un avantaj de supravieţuire, ci pentru că apar mai multe forme simetrice, care se repetă în primul rând.

Deci, ce face ca acest lucru să se întâmple? Probabil că formele simetrice au evoluat mai frecvent şi apoi au persistat de-a lungul timpului evolutiv, deoarece, de multe ori, producerea lor necesită mai puţine informaţii decât formele asimetrice.

"Imaginaţi-vă că trebuie să îi spuneţi unui prieten cum să pună gresie pe podea folosind cât mai puţine cuvinte", a declarat Johnston într-un comunicat. "Nu aţi spune: 'Puneţi diamante aici, dreptunghiuri lungi aici, dreptunghiuri late aici'. Aţi spune ceva de genul: 'Puneţi gresie pătrată peste tot'. Şi această reţetă simplă şi uşoară dă un rezultat extrem de simetric".

Johnston şi colegii săi au testat această ipoteză a simplităţii folosind modelarea computaţională. Realizând o simulare a evoluţiei proteinelor, cercetătorii au descoperit că mutaţiile aleatorii sunt mult mai susceptibile de a produce secvenţe genetice simple decât cele complexe. Dacă aceste structuri simple sunt suficient de bune pentru a-şi face treaba, selecţia naturală poate apoi să preia controlul şi să utilizeze aceste structuri. În simulările cercetătorilor, precum şi în viaţă, structurile cu simetrie ridicată şi complexitate redusă au depăşit cu mult numărul structurilor complexe cu simetrie redusă.

Studiul dă o nouă perspectivă aşa-numitei teoreme a maimuţelor infinite, un experiment de gândire vechi în domeniul biologiei evoluţioniste. Dacă, aşa cum prezice teorema, o maimuţă tastează la întâmplare pentru o perioadă infinită de timp, aceasta va produce în cele din urmă operele complete ale lui Shakespeare (sau poate scenariul pentru "Die Hard"). În esenţă, mutaţiile aleatorii în ADN sunt ca şi cum ar fi maimuţele care tastează. Dacă se acordă suficient timp (şi suficiente maimuţe), este o certitudine că vor apărea mutaţii destul de ingenioase.

Dar, până când o maimuţă ipotetică va produce întregul catalog de opere al lui Shakespeare, creatura harnică va fi dactilografiat probabil deja un număr mare de poezii scurte. În mod similar, dacă biologia se bazează în întregime pe instrucţiuni genetice generate la întâmplare (la fel ca munca unei maimuţe care tastează la întâmplare), va genera un număr foarte mare de instrucţiuni simple, deoarece acestea vor apărea mult mai frecvent decât instrucţiunile complexe. În ceea ce priveşte selecţia naturală, complexitatea nu este necesară atunci când este disponibilă o soluţie simplă, au concluzionat autorii studiului.

Aşadar, data viitoare când vă veţi opri să admiraţi simetria radială a unei flori, puteţi admira şi eficienţa secvenţelor genetice mai scurte şi mai simple care au codificat această trăsătură.

Acest studiu a fost publicat la 11 martie în revista Proceedings of the National Academy of Sciences.