Простото е красиво: Защо еволюцията създава симетрични форми?

Симетричните обекти са по-малко сложни от асиметричните. Може би еволюцията действа като алгоритъм с пристрастие към простотата

Животът е белязан от симетрични структури, от лъчите на морската звезда до идентичните субединици на различни протеини. Защо това е така, не е напълно ясно за учените. Една хипотеза е, че симетричните структури са по-лесни за шифроване и следователно е по-вероятно да се развиват. Възможно е еволюцията да действа като алгоритъм с пристрастие към простота.

Изобилието от симетрия в биологичните форми повдига въпроса дали симетричните дизайни имат предимство. Всеки инженер би потвърдил това. Симетрията е от решаващо значение за проектиране на модули или здрави части, които могат да се комбинират заедно за създаване на по-сложни структури. Да вземем например блокчетата Lego и как те може да бъдат сглобени лесно, за да построим почти всичко от тях.

Въпреки това еволюцията надали притежава прозренията на инженерите, за да предвижда формите. Някои биолози предполагат, че симетрията трябва да осигурява незабавно селективно предимство. Но всяко адаптивно предимство, което симетрията може да предоставя, само по себе си не е достатъчно, за да обясни нейното широко разпространение в биологията в малки и големи мащаби.

Според проучване на американския мултидисциплинарен научен журнал The Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), основано на теорията на алгоритмичната информация, симетрията в еволюцията може да има неадаптивно обяснение…

Информация и еволюция

Нуклеиновите киселини и протеините имат молекули, носещи информация не само за това как да се изгради организъм, но и как е еволюирал той. Много теоретици я наричат „валута на живота“. За информацията и еволюцията физикът Фрийман Дайсън казва, че произходът на живота се крие в произхода на система за обработка на информация.

Достоверното възпроизвеждане на информация от едно поколение към друго е от решаващо значение за непрекъснатостта на живота, докато грешките в процеса (т.е. мутациите или бъговете) са необходими за развитието на организмите.

Учените използват теория на алгоритмичната информация, която се използва за проучване на голямо разнообразие от математически обекти, включително цели числа. Това по същество е компютърна програма, написана с фиксиран, но в същото време различен програмен език, който показва оригиналния низ от числа, когато програмата бъде стартирана. В тази теория се описва колко изчисления са необходими, за да се опише нещо. (Скриптът за събиране на 2 + 2 например има по-ниска сложност от програмата за преобразуване на текст в реч.) 

По същия начин се оказва, че действа и еволюцията. Авторите на проучването от PNAS заявяват, че „тъй като симетричните структури се нуждаят от по-малко информация за кодиране, е много по-вероятно те да се появят в природата като потенциална вариация“. За да проверят хипотезата си, изследователите търсят симетрия в протеиновите комплекси, РНК структурите и генните мрежи.

Простотата на симетрията

Природата работи на принципа на компютърна програма или може би е обратното, все пак тя съществува преди технологията. Протеиновите субединици играят ролята на кода, който програмистите пишат за създаването на една програма. Те се прикрепват една към друга, за да образуват по-сложна структура, която да генерира интерфейс. Колкото по-голям е броят на възможните интерфейси, толкова по-сложен е протеинът. Учените забелязват, че повечето протеини генерират малък на брой интерфейси. 

Като цяло изследването показва, че е много по-вероятно природата да произвежда протеини с ниска сложност и висока симетрия, отколкото протеини с висока сложност и ниска симетрия. 

Еволюцията като алгоритмичен процес

Модулите са друга важна характеристика на биологичните системи – точно като тухличките Legо. Учените използват този термин, за да определят организми, които имат неопределена структура, в която модули с различна сложност (например листа, клонки) могат да бъдат сглобени без строги ограничения за техния брой или разположение. Много растения и безгръбначни демонстрират този тип модулност, а други организми имат определена структура, която е предварително дефинирана в ембрионалното развитие.

Пестеливите организми често пренасочват генетични или биохимични модули за нови цели. Въпреки че има различни теории защо еволюцията избира модулни системи, проучванията показват, че простотата на модулните части е достатъчно обяснение, a сложните морфологии са рядкост.

Заключението е, че природата обича прост и лесен код за програмиране.

Чико Камарго, един от изследователите, участващи в проучването, подчертава в Туитър: „Най-безумното е, че всичко това се случва преди естественият подбор изобщо да започне да действа. Симетрията и простотата се появяват не заради естествения подбор, а защото еволюцията е алгоритмичен процес”.

Подкрепете независимата българска журналистика, като се абонирате за съдържанието ни в Patreon

ПОДКРЕПИ INGLOBO

ПОЛУЧАВАЙ НАЙ-НОВОТО ОТ INGLOBO НА МЕЙЛА СИ. ЗАПИШИ СЕ ТУК:

cartmagnifierchevron-down

Ние използваме бисквитки, за да ви предоставим най-доброто онлайн изживяване. Като се съгласявате, приемате използването на бисквитки в съответствие с нашата политика за бисквитки.

Настройките за поверителност са запазени!
Настройки

Когато посещавате който и да е уеб сайт, той може да съхранява или извлича информация във вашия браузър, най-вече под формата на бисквитки. Контролирайте вашите лични услуги за бисквитки тук.



Позволява ни да ви показваме по-подхоящо за вас съдържание, сбързано с InGlobo, във Facebook.

Откажете всички
Приемете всички Услуги