The weird reason symmetry abounds in nature may have to do with our genes striving for efficiency

De la symétrie fascinante des graines de tournesol en spirale aux côtés miroir du corps humain, les motifs dominent la nature. Au-delà de l’attrait esthétique, quel avantage offre la répétition ?

La question déconcerte les experts, mais un groupe de scientifiques a une réponse controversée : c’est la mauvaise question. Un jeune professeur à l’Université de Bergen, le Dr. Iain Johnston, a demandé à un autre : quelque chose d’inhérent à l’évolution peut-il expliquer la prévalence de la symétrie ?

Selon Johnston, la réponse réside dans la probabilité. L’évolution favorise les codes génétiques simples par rapport aux codes complexes – un principe appelé “biais de simplicité” tiré de l’informatique théorique – avant même que la sélection naturelle n’entre en jeu. Les modèles dans les organismes ne sont qu’un symptôme de cette préférence.

“La belle symétrie que nous voyons partout est prête à apparaître”, a déclaré Johnston à Salon. “Le biais de simplicité en biologie existe, et il est favorisé sans avoir besoin d’invoquer un mécanisme spécifique.”

En d’autres termes, la preuve en spirale de Fibonacci dans une coquille de nautile ou une tête de brocoli Romanesco est un sous-produit de la nature efficace dans son code génétique.

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Compte tenu de la diversité des organismes qui le font dans chaque branche de l’arbre de la vie et à chaque échelle jusqu’au niveau moléculaire, les biologistes évolutionnistes ont généralement émis l’hypothèse que des formes symétriques émergent fréquemment à la suite de la sélection naturelle. Un débat de longue date a entouré le mécanisme précis, mais avec la compréhension que la vie doit préférer les modèles pour un certain avantage concurrentiel.

“C’est trop d’être JUSTE la sélection naturelle”, a tweeté le Dr. Chico Camargo. “Cette simplicité apparaît chez les vertébrés et les invertébrés, chez les plantes et les bactéries, dans les structures secondaires de l’ARN et dans le cycle cellulaire, sous la forme du putain de virus COVID-19. Il n’y a pas de pression sélective qui puisse expliquer tout cela.”

L’équipe de recherche a publié un document vendredi dernier dans Actes de l’Académie nationale des sciences qui pourrait renverser cette hypothèse. Ce qu’ils ont découvert, c’est que la présentation des phénotypes, des traits affichés, à partir du code génétique, ressemblait à la sélectivité d’un algorithme informatique.

“Nous n’avons pas besoin de regarder une fleur et de dire:” Cela a été choisi parce qu’il était symétrique “”, a-t-il poursuivi. “Il y a une certaine préférence juste à partir de la façon dont l’évolution fonctionne en tant qu’algorithme.”

En utilisant la modélisation informatique, l’équipe a démontré comment leur hypothèse, basée sur la théorie de l’information algorithmique, fonctionne au niveau génétique.

“La nature est biaisée de manière exponentielle vers ces sorties simples, et dans l’ARN, vous voyez cela très bien”, a affirmé l’auteur correspondant, le Dr. Ard Louis. “Plutôt que d’être un biais vers la symétrie, c’est un biais vers ces faibles sorties avec une faible complexité descriptive.”

Avec une torsion sur le “théorème du singe infini” – avec suffisamment de temps, de papier et d’encre, un singe pourrait hypothétiquement reproduire une œuvre de Shakespeare – Louis a expliqué que la génétique pourrait être beaucoup plus complexe et désordonnée qu’elle ne l’est. Les chances sont cependant peu probables. Il a comparé le plus grand nombre de matériels génétiques trouvés dans le modèle à des fichiers que l’on pourrait compresser sur un ordinateur.

“La symétrie émerge de ce qu’est l’évolution – pas nécessairement à travers une pression sélective spécifique dans une circonstance donnée, et en même temps elle a l’avantage corollaire de rendre les choses plus robustes en biologie”, a conclu Johnston.

D’un point de vue technique, la répétition engendre la stabilité. Comparez un tas de roches empilées au hasard de différentes formes et tailles à un bâtiment en pierre. Des pierres congruentes et organisées confèrent à cette dernière construction une intégrité structurale. Les modèles dans la nature peuvent être similaires. L’approche adoptée dans cette étude n’implique pas que la sélection naturelle n’a aucun rôle, mais l’évolution ne peut pas expliquer tout cela.

“L’évolution a littéralement des trillions de formes parmi lesquelles choisir, et pourtant, les structures biologiques présentent souvent une symétrie et une simplicité”, a écrit Camargo.

La sélection naturelle est un processus et non un ingénieur. Il est incapable d’anticiper quels traits peuvent ou non être avantageux, a ajouté Camargo.

“Ailleurs, il existe des preuves de ce biais de simplicité dans les modèles de développement des neurones, dans les études de la morphologie des plantes, dans la forme des dents et des feuilles, et dans la différenciation cellulaire”, a expliqué Camargo.

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