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A natureza prefere simetria e simplicidade
Pesquisa publicada recentemente na revista Proceedings of the National Academy of Sciences por cientistas liderados por Oxford sugere que a Mãe Natureza tem favoritos e que ela acredita na elegância da simplicidade.
Por Oxford - 10/04/2022


Borboleta tropical exibindo simetria - Crédito: Ralphs_Fotos

De flocos de neve a girassóis, estrelas do mar a tubarões, a simetria está em toda parte na natureza. Não apenas nos planos do corpo que governam a forma e a forma, mas também nas máquinas moleculares microscópicas que mantêm as células vivas.

Embora haja uma coleção maior de formas assimétricas no mundo natural, padrões simétricos parecem ocorrer com mais frequência do que você esperaria, devido ao acaso.

É tentador supor que a evolução está olhando para as vantagens de formas modulares e simétricas simples, assim como engenheiros, arquitetos e designers de móveis suecos fazem.

Os biólogos, no entanto, apontarão que a evolução funciona uma geração de cada vez – em vez de fazer adaptações para benefícios futuros – e é preciso haver uma vantagem evolutiva imediata para que uma mutação se mantenha.

Nesse estágio, é útil nos lembrarmos de que existem dois estágios no desenvolvimento evolutivo. A primeira é a mutação genética que causa uma variação em uma característica física particular (um fenótipo) e a segunda é a seleção natural que leva algumas características a dominarem outras.

A maioria das teorias evolucionárias concentra-se no segundo passo de 'sobrevivência do mais apto'. Mas e se a primeira etapa de "chegada da variação" for altamente tendenciosa para fenótipos de alta simetria ou modularidade? Isso poderia levar ao viés em relação a esses traços que observamos na natureza”, disse o coautor Professor Ard Louis, do Departamento de Física da Universidade de Oxford.

Os pesquisadores reuniram dados de agrupamentos de proteínas, moléculas de RNA e circuitos genéricos e descobriram que, apesar da miríade de formas e estruturas diferentes, havia uma tendência surpreendente para a simetria estrutural simples.

A execução de simulações de computador nos mesmos sistemas biológicos confirmou o viés da natureza. Uma simulação de agrupamento de proteínas com 13.079.255 diferentes formas de estrutura possíveis tinha apenas cinco formas com a simetria de um quadrado. Todas as coisas sendo iguais, isso significa que haveria uma chance de cinco em treze milhões de que aquele simples quadrado fosse devolvido – o que é como encontrar aleatoriamente cinco pessoas específicas de toda a população de Tóquio. No entanto, a aplicação do algoritmo evolucionário retornou um desses cinco quadrados simples 30% das vezes.

“É como se a natureza estivesse jogando com dados carregados. Essas estruturas simétricas simples continuam sendo lançadas”, disse o coautor Dr. Chico Camargo, da Universidade de Exeter.

Os pesquisadores procuraram na ciência da computação o segredo por trás da prestidigitação da natureza enquanto continuavam sua investigação sobre o viés.

Na teoria da informação algorítmica (AIT), a complexidade de um objeto é medida pelo comprimento de sua descrição mais curta. Por exemplo, uma sequência das letras AB um milhão de vezes pode ser descrita como 'um milhão de repetições de 'AB' ou a sequência completa de ABABAB em sua totalidade. A descrição mais curta é menos complexa e consideravelmente mais eficiente – 28 caracteres, em vez de um milhão de caracteres. Uma sequência aleatória sem 'taquigrafia' possível para descrevê-la seria realmente complexa.

"É muito mais eficiente seguir uma instrução que diz 'faça isso e repita x vezes', do que seguir todas as instruções detalhadas necessárias para uma forma assimétrica mais complexa", disse o professor Louis .

“Por exemplo, se você está ladrilhando um piso, é mais simples dar instruções sobre como colocar um padrão de ladrilhos repetidos do que explicar como colocar um mosaico complicado”, acrescentou o professor Iain Johnston, da Universidade de Bergen, coautor principal. No papel.

A ideia de que a natureza muitas vezes segue um conjunto de instruções menos complexo, que são mais simples de seguir, está por trás da mensagem principal do artigo – a noção de um viés de desenvolvimento distinto.

Os pesquisadores sugerem que a ideia de um baralho empilhado com formas conforme prescrito por 'instruções' mais curtas e simples no ponto de variação do fenótipo oferece uma explicação muito melhor para a improbabilidade estatística de tantas formas simétricas na natureza.

“A questão de saber se o viés na chegada da variação tem ou não impacto nos resultados evolutivos tem sido altamente contestada por muitas décadas”, disse o professor Louis. "Nossos exemplos são simples o suficiente para nos permitir abordar essa questão de frente, com resultados claros apontando para a importância crítica desse viés."

Com base na descoberta de que pequenas estruturas biológicas, proteínas, RNA e redes de sinalização adotam estruturas algorítmicas simples, os pesquisadores planejam investigar as previsões que sua teoria faz para vieses em processos de desenvolvimento em larga escala.

O artigo completo, 'Simetria e simplicidade emergem espontaneamente da natureza algorítmica da evolução' está disponível para leitura no Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

 

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