Почему эволюция предпочитает симметрию: предвзятость в пользу простоты

Симметрия повсеместно встречается в биологии — от подсолнухов до морских звёзд. Это касается не только планов строения тела, но и молекулярных машин внутри клеток. Международная команда исследователей, объединив идеи из биологии, информатики и математики, объясняет эту закономерность в статье в PNAS.

Ключевая идея: эволюция имеет подавляющее предпочтение к простым «алгоритмам» — простым наборам инструкций или рецептам для создания данной структуры. Это, в свою очередь, приводит к появлению симметричных и других простых форм.

Объяснение через аналогию: Как объясняет профессор Иэн Джонстон, дать другу инструкцию по укладке плитки минимальным числом слов проще, сказав «положи квадратные плитки везде», чем описывая множество разных фигур. Этот простой рецепт даёт симметричный результат.

Компьютерное моделирование показало, что существует гораздо больше возможных геномов, описывающих простые алгоритмы, чем сложные. Поскольку эволюция перебирает возможные геномы, простые алгоритмы (и создаваемые ими симметричные структуры) обнаруживаются с большей вероятностью.

Связь с теорией: Эта интуиция формализуется в алгоритмической теории информации, которая даёт количественные предсказания смещения в сторону описательной простоты (проф. Ард Луи).

Мысленный эксперимент: В известном примере с обезьянами, случайно печатающими текст, они скорее случайно составят короткий простой рецепт, чем длинный сложный. Если следовать этим рецептам (метафора создания биологических структур из генетической информации), простые результаты будут получаться гораздо чаще.

Применение: Учёные показали, что широкий спектр биологических систем — от белков и РНК до сигнальных сетей — принимает алгоритмически простые структуры с вероятностями, предсказанными этой теорией. В планах — исследовать предсказания теории для смещений в более масштабных процессах развития.