La “simplicidad informacional” nos ayuda a entender por qué la naturaleza favorece la simetría

Biología

En biología, la simetría suele ser la regla y no la excepción. Nuestros cuerpos tienen mitades izquierda y derecha, las estrellas de mar irradian desde un punto central e incluso los árboles, aunque no son en gran medida simétricos, todavía producen flores simétricas. De hecho, la asimetría en biología parece bastante rara en comparación.

¿Significa esto que la evolución tiene preferencia por la simetría? En un nuevo estudio, un grupo internacional de investigadores, dirigido por Iain Johnston, profesor del Departamento de Matemáticas de la Universidad de Bergen en Noruega, dice que sí.

Aunque las estructuras simétricas representan solo una pequeña fracción de las formas posibles, al menos en geometría, la simetría aparece en todas partes en los organismos vivos. Tampoco es solo un fenómeno de plan corporal. Las proteínas, la maquinaria molecular dentro de un cuerpo, también son en gran medida simétricas y, a menudo, se componen de una serie de partes modulares repetitivas. Las estructuras repetitivas también se ven a menudo en animales. Piensa en los ciempiés, con sus segmentos corporales repetitivos. La razón de esta aparente “preferencia” no está impulsada por la estética. En cambio, según los investigadores, todo se reduce a la simplicidad.

“Puede ser tentador suponer que la simetría y la modularidad surgen de la selección natural”, escribieron Johnston y sus coautores en el nuevo estudio. La selección natural puede hacer que los rasgos beneficiosos se vuelvan más comunes porque esos rasgos ayudan a la supervivencia. Sin embargo, la selección natural solo puede hacer que un rasgo beneficioso sea más común o eliminar uno dañino, no puede obligar a que aparezcan nuevos.

En cambio, solo puede reforzar los efectos de las mutaciones que ocurren al azar. Por ejemplo, las polillas con alas de color oscuro pueden ser más difíciles de ver para los pájaros que las polillas con alas de color claro. Por lo tanto, es más probable que los depredadores pasen por alto a las polillas de alas oscuras, lo que permite que más de esos insectos sobrevivan, se reproduzcan y transmitan ese rasgo a su descendencia. Pero esto no obliga a las alas negras a existir, un gen tiene que mutar para que eso suceda. Y si una mutación proporciona una ventaja, es más probable que se perpetúe entre una población durante generaciones, hasta que se convierta en un rasgo común para la especie.

De la misma manera, la selección natural podría parecer que solo favorece la simetría porque en su mayoría se le dan formas simétricas para trabajar. La explicación más probable de por qué las proteínas y los cuerpos son simétricos no es porque la simetría proporcione una ventaja de supervivencia, sino porque en primer lugar aparecen formas repetitivas más simétricas.

Entonces, ¿qué hace que eso suceda? Es probable que las formas simétricas hayan evolucionado con más frecuencia y luego hayan persistido a lo largo del tiempo evolutivo porque a menudo requieren menos información para producir que las formas asimétricas.

“Imagínese tener que decirle a un amigo cómo enlosar un piso usando la menor cantidad de palabras posible”, dijo Johnston en un comunicado. “No dirías, ‘Pon diamantes aquí, rectángulos largos aquí, rectángulos anchos aquí’. Dirías algo como, ‘Pon mosaicos cuadrados en todas partes’. Y esa receta simple y fácil da un resultado altamente simétrico”.

Johnston y sus colegas probaron esta hipótesis de simplicidad mediante el uso de modelos computacionales. Al ejecutar una simulación de la evolución de las proteínas, los investigadores descubrieron que es mucho más probable que las mutaciones aleatorias produzcan secuencias genéticas simples que complejas. Si esas estructuras simples son lo suficientemente buenas para hacer su trabajo, la selección natural puede tomar el control y hacer uso de esas estructuras. En las simulaciones de los investigadores, así como en la vida real, las estructuras de alta simetría con baja complejidad superaron con creces a las estructuras complejas con baja simetría.

El estudio da un nuevo giro al llamado teorema del mono infinito, un viejo experimento mental en el campo de la biología evolutiva. Si, como predice el teorema, un mono teclea al azar durante una cantidad infinita de tiempo, eventualmente producirá las obras completas de Shakespeare (o quizás el guión de Die Hard). Esencialmente, las mutaciones aleatorias en el ADN son como monos tipificadores. Con suficiente tiempo (y suficientes monos), es seguro que aparecerán algunas mutaciones bastante ingeniosas.

Pero para cuando un hipotético mono produzca todo el catálogo de obras de Shakespeare, es probable que la laboriosa criatura ya haya escrito a máquina una gran cantidad de poemas cortos. De manera similar, si la biología depende completamente de las instrucciones genéticas generadas al azar (como el trabajo de un mono que escribe al azar), generará una gran cantidad de instrucciones simples, porque aparecerán con mucha más frecuencia que las instrucciones complejas. En lo que respecta a la selección natural, la complejidad es innecesaria cuando se dispone de una solución simple, concluyeron los autores del estudio. Entonces, la próxima vez que te detengas a admirar la simetría radial de una flor, también podrás admirar la eficiencia de las secuencias de genes más cortas y simples que codifican ese rasgo.

Este estudio fue publicado el 11 de marzo en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

Fuente: Live Science.

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