29 юни 2022
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Еволюцията работи с "белязани карти" при избора на вариации

Майката природа предпочита симетрията и простотата, казват изследователи

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 07 април 2022 в 07:33 66720

Биологичните структури често показват модулност и симетрия, но произходът на тези тенденции не е добре разбран. Изкушаващо е да се предположи — по аналогия с инженерния дизайн — че симетрията и модулността произтичат от естествения подбор.

Но еволюцията, за разлика от инженерите, не може да планира напред и така тези характеристики трябва да предоставят и някакво непосредствено еволюционно предимство, което е трудно да се съгласува с широтата на системите, в които се наблюдава симетрия.

В нова статия, публикувана в Proceedings of the National Academy of Sciences, учени предлагат алтернативна хипотеза, базирана на алгоритмична картина на еволюцията. Тя предполага, че симетричните структури възникват с предимство не само поради естествения подбор, но и защото изискват по-малко специфична информация за кодиране и следователно е много по-вероятно да се появят като генетични вариации при случайни мутации.

От снежинки до слънчогледи, морски звезди до акули, симетрията е навсякъде в природата. И не само във формата и конструкцията на тялото, а чак до микроскопичните молекулярни машини, поддържащи клетките живи.

Въпреки че има голяма колекция от асиметрични форми в естествения свят, изглежда, че симетричните модели се срещат по-често, отколкото бихте очаквали, ако е чиста случайност.

Изкушаващо е да се предположи, че еволюцията разглежда предимствата на простите модулни и симетрични форми точно както правят инженерите, архитектите и шведските дизайнери на мебели.

Биолозите обаче посочват, че еволюцията работи с едно поколение, а не прави адаптации за бъдещи ползи, и трябва да има непосредствено еволюционно предимство, за да се задържи една мутация.

Има два етапа в еволюционното развитие.

Първият е генетичната мутация, която причинява вариация в определена физическа характеристика (фенотип), а вторият е естественият подбор, който води до доминиране на някои черти пред други.

„По-голямата част еволюционна теория се концентрира върху втората стъпка „оцеляване на най-приспособения“, коментира професор Ард Луис (Ard Louis) от Оксфордския университет.

„Но какво ще стане, ако първата стъпка „пристигане на вариация“ е силно толерантна към фенотипове с висока симетрия или модулност. Може ли това да доведе до предпочитание към тези черти, които наблюдаваме в природата."

Професор Луис и колегите му събират данни от протеинови клъстери, РНК молекули и генерични вериги и откриват, че въпреки безбройните различни форми и структури, има изумителна склонност към проста структурна симетрия.

Извършването на компютърни симулации върху същите биологични системи потвърди тази склонност в природата. Симулация на протеинов клъстер с 13 079 255 различни възможни структурни форми има само пет форми с квадратна симетрия.

При равни условия това означава, че ще има шанс да се появи този прост квадрат пет на тринадесет милиона.

И все пак прилагането на еволюционния алгоритъм извежда един от тези пет прости квадрата в 30% от случаите.

За да продължат своето изследване на тайната на природата защо предпочита симетрията, авторите на изследването се обръщат към компютърните науки.

В теорията на алгоритмичната информация (AIT - algorithmic information theory) сложността на даден обект се измерва с дължината на най-краткото му описание.

Например сто пъти последователността от буквите AB може да се опише по два начина: или като 100хAB, или като пълната последователност ABABABABABAB... в нейната цялост.

По-краткото описание е по-малко сложно и значително по-ефективно - 6 знака, а не сто знака. Произволна последователност без възможна „стенография“, която да я опише, би била наистина сложна.

„Много по-ефективно е да следвате инструкция, която гласи „направете това и след това го повторете х пъти“, отколкото да следвате всички подробни инструкции, необходими за по-сложна асиметрична форма“, отбелязва професор Луис.

Идеята, че природата често следва по-малко сложен набор от инструкции, които са по-лесни за следване, стои зад ключовото послание на статията - идеята за отределена склонност на еволюцията.

Идеята за набор от форми, преднамерено нагласен както е предписано от по-кратки, по-прости „инструкции“ в момента на изменчивост на фенотипа, предлага много по-добро обяснение за статистическата невероятност на толкова много симетрични форми в природата.

„Въпросът дали предпочитанието при появата на вариации оказва влияние върху еволюционните резултати е силно оспорван в продължение на много десетилетия“, коментира професор Луис.

„Нашите примери са достатъчно прости, за да ни позволят да се справим директно с този въпрос, с ясни резултати, сочещи критичното значение на такова."

Справка: Iain G. Johnston et al. 2022. Symmetry and simplicity spontaneously emerge from the algorithmic nature of evolution. PNAS 119 (11): e2113883119; doi: 10.1073/pnas.2113883119

Източник: Mother Nature Prefers Symmetry and Simplicity, Researchers Say, Sci-News.com


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Биология
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.