为什么自然界普遍进化出对称的样子?

生物学和自然界,对称往往是规则而非例外,比如人体有对称器官、蝴蝶有对称翅膀、就连蛋白质和RNA也有对称结构。为什么演化如此偏好对称性?生物学家无法解释,但计算机科学领域或许能回答这问题:模拟表明,对称结构最简单好办事。

虽然对称结构看起来不一定如数学严谨,自然界与生物体内也确实有不对称性(如心脏),但比起对称,非对称性更罕见。为什么进化偏爱对称结构?显然原因不是好看,据挪威卑尔根大学数学系教授Iain Johnston团队研究,原因是“简单、好做事”。

自然选择(natural selection)会在演化过程自动保存有助生存的性状,研究团队分析数千种蛋白质复合物与RNA结构、控制基因开关方式的分子模型后发现,进化特别偏爱对称,因产生对称的指令更容易嵌入遗传密码、让分子更有技巧工作。

Iain Johnston解释:“想象一下想请工人快速铺好地板,你不会说这里放长方形、那里放菱形,这里要镶钻、那里要木头材质;相反你会说:全部都放方形磁砖。”这种简单又好处理的配置便会产生高度对称结果。

模拟表明,如果简单结构就足以完成工作,那么自然选择会接管并利用这些结构,比起低对称性复杂结构,进化更偏好低复杂性的高对称结构。

新论文发布在《美国国家科学院院刊》(PNAS)。

(首图来源:pixabay)

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