Forme infinite più belle: perché l’evoluzione favorisce la simmetria

I macchinari molecolari, come questo complesso di raccolta della luce da un batterio, sono spesso sorprendentemente simmetrici. La nuova teoria suggerisce che questa simmetria emerge naturalmente dal modo in cui le informazioni vengono codificate e utilizzate nell’evoluzione. Credito: Immagine: Iain Johnston

Dai girasoli alle stelle marine, la simmetria appare ovunque in biologia. Questo non vale solo per i piani corporei: anche le macchine molecolari che mantengono in vita le nostre cellule sono sorprendentemente simmetriche. Ma perché? L’evoluzione ha una preferenza intrinseca per la simmetria?

Un team internazionale di ricercatori così, e hanno unito le idee di biologia, informatica e matematica per spiegare perché. Mentre riferiscono PNASstrutture simmetriche e altre semplici emergono così comunemente perché l’evoluzione ha una schiacciante preferenza per semplici “algoritmi”, cioè semplici set di istruzioni o ricette per produrre una data struttura.

“Immagina di dover dire a un amico come piastrellare un pavimento usando il minor numero di parole possibile”, afferma Iain Johnston, professore all’Università di Bergen e autore dello studio. “Non diresti: metti diamanti qui, rettangoli lunghi qui, rettangoli larghi qui. Diresti qualcosa del tipo: metti piastrelle quadrate ovunque. E quella ricetta semplice e facile dà un risultato altamente simmetrico”.

Il team ha utilizzato la modellazione computazionale per esplorare come si manifesta questa preferenza in biologia. Hanno dimostrato che molti più genomi possibili descrivono algoritmi semplici rispetto a quelli più complessi. Man mano che l’evoluzione ricerca i possibili genomi, è più probabile che vengano scoperti algoritmi semplici, così come, a loro volta, le strutture più simmetriche che producono. Gli scienziati hanno quindi collegato questo quadro evolutivo a un risultato profondo della disciplina teorica della teoria dell’informazione algoritmica.

“Queste intuizioni possono essere formalizzate nel campo della teoria dell’informazione algoritmica, che fornisce previsioni quantitative per il pregiudizio verso la semplicità descrittiva”, afferma Ard Louis, professore all’Università di Oxford e autore corrispondente dello studio.

L’idea teorica chiave dello studio può essere illustrata da una svolta su un famoso esperimento mentale di biologia evolutiva, che raffigura una stanza piena di scimmie che cercano di scrivere un libro digitando casualmente su una tastiera. Immagina che le scimmie stiano invece cercando di scrivere una ricetta. Ognuno ha molte più probabilità di colpire casualmente le lettere richieste per scrivere una ricetta breve e semplice rispetto a una lunga e complicata. Se poi seguiamo le ricette prodotte dalle scimmie, la nostra metafora delle strutture biologiche dalle informazioni genetiche, produrremo risultati semplici molto più spesso di quelli complicati.

Gli scienziati mostrano che un’ampia gamma di strutture e sistemi biologici, dalle proteine ​​all’RNA e alle reti di segnalazione, adotta strutture algoritmicamente semplici con probabilità come previsto da questa teoria. Andando avanti, hanno in programma di indagare sulle previsioni che la loro teoria fa per i pregiudizi nei processi di sviluppo su larga scala.


Preferenza sorprendente per la semplicità che si trova nel modello comune


Maggiori informazioni:
Iain G. Johnston et al, Simmetria e semplicità emergono spontaneamente dalla natura algoritmica dell’evoluzione, Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze (2022). DOI: 10.1073/pnas.2113883119

Fornito dall’Università di Bergen

Citazione: Forme infinite più belle: Perché l’evoluzione favorisce la simmetria (2022, 14 marzo) recuperato il 15 marzo 2022 da https://phys.org/news/2022-03-endless-beautiful-evolution-favours-symmetry.html

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