В биологии симметрия обычно является правилом, а не исключением. У наших тел есть левая и правая половины, морские звёзды растут из центральной точки, и даже деревья, пускай и не в значительной степени симметричные, всё же производят симметричные цветы. На самом деле асимметрия в биологии действительно кажется редкостью.

Означает ли это, что эволюция отдаёт предпочтение симметрии? В новом исследовании международная группа учёных под руководством Иэна Джонстона (Iain Johnston), профессора кафедры математики Бергенского университета в Норвегии, утверждает, что это на самом деле так.

«Информационная простота» может объяснить, почему природа предпочитает симметрию.Изображение: Iain Johnston

Хотя симметричные структуры представляют собой лишь небольшую часть возможных форм — по крайней мере, в геометрии — симметрия проявляется повсюду в живых организмах. Это не просто феномен строения тела. Белки, молекулярные механизмы внутри организма, также в значительной степени симметричны и часто состоят из серии повторяющихся модульных частей. Повторяющиеся структуры часто встречаются и у животных; подумайте о многоножках с их повторяющимися сегментами тела. Причина этого очевидного «предпочтения» не связана с эстетикой. Вместо этого, по мнению исследователей, всё сводится к простоте.

«Может возникнуть соблазн предположить, что симметрия и модульность возникают в результате естественного отбора», — пишут Джонстон и его соавторы в новом исследовании.

Естественный отбор может привести к тому, что полезные черты станут более распространёнными, потому что эти черты помогают выживанию. Однако естественный отбор может только сделать полезный признак более распространённым или устранить вредный; он не может заставить появиться совершенно новые признаки.

Наоборот, он может лишь усиливать эффекты случайных мутаций. Например, бабочек с тёмными крыльями птицам может быть труднее увидеть, чем бабочек со светлыми крыльями. Таким образом, хищники с большей вероятностью будут игнорировать темнокрылых мотыльков/бабочек, что позволит большему количеству этих насекомых выжить, размножиться и передать эту черту своему потомству. Но это не приводит к появлению чёрных крыльев; чтобы это произошло, ген должен мутировать. И если мутация даёт преимущество, она, скорее всего, сохранится в популяции на протяжении поколений, пока не станет общей чертой для вида.

Точно так же может показаться, что естественный отбор благоприятствует симметрии только потому, что ему в основном даны для работы симметричные формы. Наиболее вероятное объяснение того, почему белки и тела симметричны, состоит не в том, что симметрия даёт преимущество в выживании, а в том, что в первую очередь появляются более симметричные, повторяющиеся формы.

Так что же делает это возможным? Симметричные формы, вероятно, эволюционировали чаще, а затем сохранялись в течение эволюционного времени, потому что для их производства часто требуется меньше информации, чем для асимметричных форм.

«Представьте себе, что вам нужно рассказать другу, как класть плитку на пол, используя как можно меньше слов, — говорится в заявлении Джонстона. — Вы бы не сказали: «Помести ромбы здесь, длинные прямоугольники здесь, широкие прямоугольники здесь». Вы бы сказали что-то вроде: «Помести повсюду квадратные плитки». И эта простая и лёгкая инструкция предоставляет очень симметричный результат.»

Джонстон и его коллеги проверили эту гипотезу простоты с помощью компьютерного моделирования. Запустив моделирование эволюции белков, исследователи обнаружили, что случайные мутации с гораздо большей вероятностью приводят к образованию простых генетических последовательностей, чем сложных. Если эти простые структуры достаточно хороши, чтобы выполнять свою работу, естественный отбор может взять верх и использовать эти структуры. В моделировании исследователей, как и в жизни, высокосимметричные структуры с низкой сложностью намного превосходят по количеству сложные структуры с низкой симметрией.

Исследование даёт новый взгляд на так называемую теорему о бесконечных обезьянах, старый эксперимент в области эволюционной биологии на мышление. Если, как предсказывает теорема, обезьяна будет беспорядочно печатать в течение бесконечного промежутка времени на машинке, она в конце концов создаст полное собрание сочинений Шекспира (или, возможно, сценарий «Крепкого орешка»). По сути, случайные мутации в ДНК могут привести к печатающим обезьянам. Поскольку при наличии достаточного количества времени (и достаточного количества обезьян) можно с уверенностью сказать, что должны появиться довольно хитроумные мутации.

Но к тому времени, когда гипотетическая обезьяна напечатает весь каталог произведений Шекспира, это трудолюбивое существо, скорее всего, уже напечатает большое количество коротких стихотворений. Точно так же, если биология полностью полагается на генетические инструкции, генерируемые случайным образом (очень похоже на работу случайно печатающей обезьяны), она будет генерировать очень большое количество простых инструкций, потому что они будут появляться гораздо чаще, чем сложные инструкции. Что касается естественного отбора, то сложность не нужна, когда доступно простое решение, по крайней мере к такому заключению пришли авторы исследования.

Таким образом, в следующий раз, когда вы остановитесь, чтобы полюбоваться радиальной симметрией цветка, вы также сможете полюбоваться эффективностью более коротких и простых последовательностей генов, которые кодируют этот признак.

Правописание уведомления вебмастера


Понравилось? Поделитесь с друзьями!

Комментарии

- комментариев

EnglishРусскийУкраїнська
Включить уведомления Да Спасибо, не надо