two giraffe illustration

A szimmetrikus tárgyak kevésbé bonyolultak, mint a nem szimmetrikusak. Talán az evolúció egy olyan algoritmusként működik, amely az egyszerűség felé hajlik.


Az élet sokféle formában és méretben létezik, de általában minden szervezetnek van legalább egy közös jellemzője: a szimmetria. Figyeld meg, hogy a bal feled hogyan tükrözi a jobb feled, vagy egy virág szirmainak sugárirányú elrendezése, illetve egy tengeri csillag karjainak sugárirányú elrendezése. Ez a szimmetria még mikroszkopikus szinten is fennáll, sok mikroba közel gömb alakjában vagy a különböző fehérjék azonos alegységeiben. A szimmetria bősége a biológiai formákban felveti azt a kérdést, hogy a szimmetrikus kialakítás vajon előnyös-e?

Bármelyik mérnök azt mondaná, hogy igen. A szimmetria kulcsfontosságú a moduláris, robusztus részek tervezéséhez, amelyek összetettebb szerkezetek létrehozásához kombinálhatók. A mérnökökkel ellentétben azonban az evolúció nem rendelkezik az előrelátás ajándékával. Egyes biológusok szerint a szimmetriának azonnali szelektív előnyt kell biztosítania. De a szimmetria által nyújtott adaptív előny önmagában nem elegendő ahhoz, hogy megmagyarázza a szimmetria elterjedtségét a biológiában, mind a kisebb, mind a nagyobb léptékekben. Most egy új tanulmány az algoritmikus információelmélet meglátásai alapján azt sugallja, hogy nem adaptív magyarázat is létezhet.

A nukleinsavak és a fehérjék információhordozó molekulák. Nemcsak arról hordoznak információt, hogyan épül fel egy szervezet, hanem arról is, hogyan fejlődött azzá, amivé vált. Az információ nemzedékről nemzedékre történő hűséges megismétlődése kritikus az élet folyamatossága szempontjából, míg a folyamat hibái (azaz a mutációk) szükségesek az élet fejlődéséhez. Az információelméletben a Kolmogorov-féle komplexitás azt írja le, hogy mennyi számítás szükséges valaminek a leírásához. A billentyűzetet püfölő metaforikus majom sokkal valószínűbb, hogy egy egyszerű szkriptet ír fel. Hasonlóképpen, az evolúció is valószínűbb, hogy egyszerűbb, mint összetettebb tulajdonságokat hoz létre.

A tanulmány szerzői megállapították, hogy mivel a szimmetrikus struktúrák kódolásához kevesebb információra van szükség, sokkal nagyobb valószínűséggel jelennek meg potenciális variációként. Hipotézisük ellenőrzésére a kutatók szimmetriát kerestek fehérjekomplexekben, RNS-struktúrákban és génhálózatokban. A fehérje alegységek határfelületeken keresztül kapcsolódnak egymáshoz, hogy komplex struktúrákat alkossanak. Minél nagyobb a lehetséges határfelületek száma, annál összetettebb egy fehérje. Amikor a kutatók átnézték a Protein Data Bankban meglévő struktúrákat, észrevették, hogy a legtöbb fehérje kevés interfésszel rendelkezik.

Összességében a természet sokkal gyakrabban hoz létre alacsony komplexitású és nagy szimmetriájú fehérjéket, mint magas komplexitású és alacsony szimmetriájú fehérjéket. A számítógépes szimulációk hasonló eredményt hoztak. A kutatók az RNS-morfoszféra (vagyis az RNS összes lehetséges másodlagos szerkezetének tere) komplexitását is megvizsgálták. Szimulációik ismét fordított összefüggést mutattak a struktúrák komplexitása és gyakorisága között. Ez összhangban volt egy korábbi tanulmányukkal, amely kimutatta, hogy a természet az RNS-morfoszférában csak 1 a 100 millió lehetséges fenotípusból 1 lehetséges fenotípussal dolgozik. Ezután a kutatók azt vizsgálták, hogy a bimbós élesztő, egy népszerű modellorganizmus génszabályozó hálózata is szimmetriát mutat-e. Az évek során a tudósok összeállítottak egy listát a sejtciklusát leíró differenciálegyenletekből.

A kutatók számos sejtciklus-fenotípust szimuláltak úgy, hogy véletlenszerűen változtatták ezen egyenletek paramétereit a genotípus helyettesítésére. Észrevették, hogy nem csak a kevésbé összetett fenotípusok felé mutatkozott torzulás, de a valós fenotípus kevésbé volt összetett, mint az összes szimulált. A modularitás a biológiai rendszerek másik fontos jellemzője, és a takarékos szervezetek gyakran újrahasznosítják a genetikai vagy biokémiai modulokat új célok érdekében. Bár különböző elméletek léteznek arra vonatkozóan, hogy az evolúció miért választja ki a moduláris rendszereket, ez a tanulmány azt mutatja, hogy a moduláris részek egyszerűsége elegendő magyarázat. Más kutatócsoportok legújabb munkái is azt mutatják, hogy a komplex morfológiák ritkák.

(Forrás: BigThink)


A figyelmetekbe ajánljuk