La symétrie sévit dans la nature. Il est présent partout où des images en miroir sont répétées, comme dans les moitiés droite et gauche d’éléphants ou de papillons, ou dans les motifs répétés de pétales de fleurs et de bras d’étoiles de mer autour d’un point central. Il se cache même dans les structures de minuscules choses comme les protéines et l’ARN. Bien que l’asymétrie existe certainement dans la nature (comme la façon dont votre cœur est d’un côté dans votre poitrine, ou la façon dont les crabes violonistes mâles ont une griffe élargie), les formes symétriques apparaissent trop souvent chez les êtres vivants pour être simplement aléatoires.
Pourquoi la symétrie règne-t-elle en maître ? Les biologistes ne sont pas sûrs – il n’y a aucune raison basée sur la sélection naturelle pour la prévalence de la symétrie dans des formes de vie aussi variées et leurs éléments constitutifs. Maintenant, il semble qu’une bonne réponse pourrait venir du domaine de l’informatique.
Dans un papier publié ce mois-ci dans Actes de l’Académie nationale des sciences, les chercheurs ont analysé des milliers de complexes protéiques et de structures d’ARN ainsi qu’un réseau modèle de molécules qui contrôlent l’activation et la désactivation des gènes. Ils ont découvert que l’évolution tend vers la symétrie parce que les instructions pour produire la symétrie sont plus faciles à intégrer dans le code génétique et à suivre. La symétrie est peut-être l’application la plus fondamentale de l’adage “travaillez plus intelligemment, pas plus dur”.
“Les gens sont souvent assez étonnés que l’évolution puisse créer ces structures incroyables, et ce que nous montrons, c’est que c’est en fait plus facile que vous ne le pensez”, a déclaré Ard Louis, physicien à l’Université d’Oxford et auteur de l’étude.
“C’est comme si nous avions trouvé une nouvelle loi de la nature”, a déclaré Chico Camargo, co-auteur et maître de conférences en informatique à l’Université d’Exeter en Angleterre. “C’est beau, parce que ça change la façon dont vous voyez le monde.”
Le Dr Louis, le Dr Camargo et leur collègue Iain Johnston ont commencé leur exploration des origines évolutives de la symétrie lorsque le Dr Johnston travaillait sur son doctorat, exécutant des simulations pour comprendre comment les virus forment leurs enveloppes protéiques. Les structures qui ont émergé étaient fortement biaisées vers la symétrie, apparaissant bien plus souvent que ne le permettait le pur hasard.
Les chercheurs ont d’abord été surpris, mais cela avait du sens – les algorithmes pour produire des motifs simples et répétitifs sont plus faciles à exécuter et plus difficiles à bousiller. Le Dr Johnston, maintenant à l’Université de Bergen en Norvège, compare cela à dire à quelqu’un comment carreler un sol : il est plus facile de donner des instructions pour poser des rangées répétées de carreaux carrés identiques que d’expliquer comment faire une mosaïque complexe.
Au cours de la décennie suivante, les chercheurs et leur équipe ont appliqué ce même concept aux composants biologiques de base, en examinant comment les protéines s’assemblent en grappes et comment l’ARN se replie.
“Les formes qui apparaissent le plus souvent sont les plus simples, ou celles qui sont moins folles”, a déclaré le Dr Camargo.
Imaginer l’ARN et les protéines comme de petites machines d’entrée-sortie qui exécutent des instructions génétiques algorithmiques explique la tendance à la symétrie d’une manière que la « survie du plus apte » darwinienne n’a pas pu faire. Parce qu’il est plus facile d’encoder des instructions pour construire des structures simples et symétriques, la nature se retrouve avec un nombre disproportionné de ces jeux d’instructions plus simples parmi lesquels choisir lorsqu’il s’agit de sélection naturelle. Cela fait de l’évolution un peu comme un “jeu biaisé avec des dés pipés”, a déclaré le Dr Camargo, produisant une symétrie disproportionnée en raison de sa simplicité.
Alors que leur article se concentre sur les structures microscopiques, les chercheurs pensent que cette logique s’étend à des organismes plus grands et plus complexes. “Cela aurait beaucoup de sens si la nature pouvait réutiliser le programme pour produire un pétale plutôt que d’avoir un programme différent pour chacun des 100 pétales autour du tournesol”, a déclaré le Dr Johnston.
Bien qu’il y ait encore un gouffre entre la démonstration du biais statistique vers la symétrie microscopique et l’explication de la symétrie que nous voyons chez les plantes et les animaux, Gábor Holló, un biologiste qui étudie la symétrie à l’Université de Debrecen en Hongrie, se dit enthousiasmé par les résultats du nouvel article. . “Expliquer comment une caractéristique aussi inhérente et universelle émerge dans l’évolution, dans la nature, c’est quelque chose”, a déclaré le Dr Holló, qui n’a pas participé à l’étude.
De même, Luís Seoane, chercheur en systèmes complexes au Centro Nacional de Biotecnologia en Espagne, également non impliqué dans l’étude, a salué le travail comme étant “aussi légitime que possible”.
“Il y a une guerre entre la simplicité et la complexité, et nous vivons juste à la limite”, a déclaré le Dr Seoane. L’univers a tendance à devenir de plus en plus aléatoire, a-t-il ajouté, mais ces blocs de construction simples et symétriques aident à donner un sens à cette complexité.
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