為什麼自然界普遍進化出對稱的樣子?

作者 | 發布日期 2022 年 03 月 25 日 17:45 | 分類 生物科技 Telegram share ! follow us in feedly


生物學和自然界,對稱往往是規則而非例外,比如人體有對稱器官、蝴蝶有對稱翅膀、就連蛋白質和 RNA 也有對稱結構。為什麼演化如此偏好對稱性?生物學家無法解釋,但電腦科學領域或許能回答這問題:模擬表明,對稱結構最簡單好辦事。

雖然對稱結構看起來不一定如數學嚴謹,自然界與生物體內也確實有不對稱性(如心臟),但比起對稱,非對稱性更罕見。為什麼進化偏愛對稱結構?顯然原因不是好看,據挪威卑爾根大學數學系教授 Iain Johnston 團隊研究,原因是「簡單、好做事」。

自然選擇(natural selection)會在演化過程自動保存有助生存的性狀,研究團隊分析數千種蛋白質複合物與 RNA 結構、控制基因開關方式的分子模型後發現,進化特別偏愛對稱,因產生對稱的指令更容易嵌入遺傳密碼、讓分子更有技巧工作。

Iain Johnston 解釋:「想像一下想請工人快速鋪好地板,你不會說這裡放長方形、那裡放菱形,這裡要鑲鑽、那裡要木頭材質;相反你會說:全部都放方形磁磚。」這種簡單又好處理的配置便會產生高度對稱結果。

模擬表明,如果簡單結構就足以完成工作,那麼自然選擇會接管並利用這些結構,比起低對稱性複雜結構,進化更偏好低複雜性的高對稱結構。

新論文發表在《美國國家科學院院刊》(PNAS)。

(首圖來源:pixabay

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