Dai girasoli alle stelle marine, in biologia la simmetria è onnipresente e non solo per quanto riguarda le strutture corporee, anche le macchine molecolari che mantengono in vita le nostre cellule sono sorprendentemente simmetriche. Questo vuol dire che l’evoluzione ha una preferenza intrinseca per la simmetria?
Il team di ricercatori norvegesi, kuwaitiani e britannici che ha pubblicato su PNAS il nuovo studio “Symmetry and simplicity spontaneously emerge from the algorithmic nature of evolution” è partito da questa convinzione e ha cercato di capire se era giusta combinato idee provenienti da biologia, informatica e matematica per spiegarla.
I ricercatori guidati da Iain Johnston, un fisico, biologo e matematico delle università di Bergen e Oxford, sottolineano che «Le strutture simmetriche e altre strutture semplici emergono così comunemente perché l’evoluzione ha una preferenza schiacciante per gli “algoritmi” semplici; cioè semplici set di istruzioni o ricette per produrre una data struttura».
Johnston spiega: «Immaginatevi di dover dire a un amico come piastrellare un pavimento usando il minor numero di parole possibile. Non gli direste: metti qui quelle a diamante, qui i rettangoli lunghi, qui i rettangoli larghi. Gli direste qualcosa del tipo: metti ovunque piastrelle quadrate. E quella ricetta semplice e facile dà un risultato altamente simmetrico».
Per capire come si manifesta questa preferenza in biologia, il team internazionale di ricercatori ha utilizzato la modellazione computazionale, dimostrando che «Molti più genomi possibili descrivono algoritmi semplici rispetto a quelli più complessi. Man mano che l’evoluzione ricerca i possibili genomi, è più probabile che vengano scoperti algoritmi semplici, così come, a loro volta, le strutture più simmetriche che producono». Gli scienziati hanno quindi collegato questo quadro evolutivo a un risultato della disciplina teorica della teoria dell’informazione algoritmica.
L’autore corrispondente dello studio, Ard Louis del Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics dell’università di Oxford, evidenzia che «Queste intuizioni possono essere formalizzate nel campo della teoria dell’informazione algoritmica, che fornisce previsioni quantitative per il pregiudizio verso la semplicità descrittiva».
All’Universitetet I Bergen spiegano a loro volta che «L’idea teorica chiave dello studio può essere illustrata da una svolta in un famoso esperimento mentale di biologia evolutiva, che raffigura una stanza piena di scimmie che cercano di scrivere un libro digitando casualmente su una tastiera. Immaginatevi che le scimmie stiano invece cercando di scrivere una ricetta. Ognuno ha molte più probabilità di colpire casualmente le lettere richieste per scrivere una ricetta breve e semplice rispetto a una lunga e complicata. Se poi seguiamo le ricette prodotte dalle scimmie – la nostra metafora per la produzione di strutture biologiche da informazioni genetiche – produrremo risultati semplici molto più spesso di quelli complicati».
Gli scienziati hanno dimostrato che «Un’ampia gamma di strutture e sistemi biologici, dalle proteine âÂÂÂÂâÂÂÂÂall’RNA e alle reti di segnalazione, adotta con più probabilità strutture algoritmicamente semplici. come previsto da questa teoria». Orai, hanno in programma di indagare sulle previsioni che la loro teoria fa riguardo ai pregiudizi nei processi di sviluppo su vasta scala.
