대칭은 본질적으로 만연합니다. 코끼리나 나비의 좌우 반쪽, 또는 중심점을 중심으로 한 꽃잎과 불가사리 팔의 반복 패턴과 같이 거울상이 반복되는 모든 곳에 존재합니다. 그것은 심지어 단백질과 RNA와 같은 작은 것들의 구조에 숨어 있습니다. 비대칭은 자연에 분명히 존재하지만(예: 심장이 가슴의 한쪽으로 치우쳐 있는 것 또는 수컷 피들러 게의 발톱이 하나 확장된 것과 같은) 대칭 형태는 생물에서 너무 자주 나타나서 무작위로 나타납니다.
대칭이 최고의 지배를 받는 이유는 무엇입니까? 생물학자들은 확실하지 않습니다. 다양한 형태의 생명체와 구성 요소에서 대칭이 널리 퍼져 있는 데에는 자연 선택에 근거한 이유가 없습니다. 이제 컴퓨터 과학 분야에서 좋은 답이 나올 것 같습니다.
종이에 이번 달 미국 국립과학원 회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 게재, 연구자들은 수천 개의 단백질 복합체와 RNA 구조뿐만 아니라 유전자가 어떻게 켜지고 꺼지는지 제어하는 분자의 모델 네트워크를 분석했습니다. 그들은 진화가 대칭을 이루는 경향이 있다는 것을 발견했는데, 그 이유는 대칭을 생성하라는 지시가 유전자 코드에 포함되고 따르기 더 쉽기 때문입니다. 대칭은 아마도 “더 열심히 일하지 말고 현명하게 일하라”는 격언의 가장 기본적인 적용일 것입니다.
연구의 저자이자 옥스포드 대학의 물리학자인 아드 루이스(Ard Louis)는 “사람들은 종종 진화가 이러한 놀라운 구조를 만들 수 있다는 사실에 매우 놀라고, 우리가 보여주는 것은 그것이 실제로 생각보다 쉽다는 것입니다.
영국 엑서터 대학교(University of Exeter)의 컴퓨터 과학 교수이자 공동 저자인 치코 카마르고(Chico Camargo)는 “이는 마치 우리가 자연의 새로운 법칙을 발견한 것과 같습니다. “이것은 당신이 세상을 보는 방식을 바꾸기 때문에 아름답습니다.”
Dr. Louis, Dr. Camargo 및 동료 Iain Johnston은 Dr. Johnston이 박사 학위를 연구하면서 바이러스가 단백질 껍질을 형성하는 방법을 이해하기 위해 시뮬레이션을 실행하면서 대칭의 진화적 기원에 대한 탐구를 시작했습니다. 등장한 구조는 대칭에 크게 치우쳤고 순수한 무작위성이 허용하는 것보다 훨씬 더 자주 자랍니다.
연구원들은 처음에 놀랐지만 이해가 되었습니다. 단순하고 반복적인 패턴을 생성하는 알고리즘은 수행하기 쉽고 망쳐놓기가 더 어렵습니다. 현재 노르웨이 베르겐 대학의 Johnston 박사는 이것을 누군가에게 바닥 타일링 방법을 알려주는 것에 비유합니다.
다음 10년 동안 연구원과 팀은 동일한 개념을 기본 생물학적 구성 요소에 적용하여 단백질이 클러스터로 조립되는 방식과 RNA가 접히는 방식을 관찰했습니다.
Camargo 박사는 “더 자주 나타나는 모양은 단순한 모양이거나 덜 미친 모양입니다.”라고 말했습니다.
RNA와 단백질을 알고리즘 유전 명령을 수행하는 작은 입출력 기계로 상상하는 것은 다윈의 “적자생존”이 할 수 없었던 방식으로 대칭을 향한 경향을 설명합니다. 단순하고 대칭적인 구조를 구축하기 위한 명령을 인코딩하는 것이 더 쉽기 때문에 자연은 자연 선택과 관련하여 선택할 수 있는 이러한 단순한 명령 세트의 불균형적인 수로 끝납니다. 카마르고 박사는 진화가 단순하기 때문에 불균형한 대칭을 만들어내는 “주사위가 실린 편향된 게임”과 비슷하다고 말했습니다.
그들의 논문은 미시적 구조에 초점을 맞추고 있지만 연구자들은 이 논리가 더 크고 복잡한 유기체로 확장된다고 믿습니다. Johnston 박사는 “자연이 해바라기 주위에 있는 100개의 꽃잎마다 다른 프로그램을 사용하는 것보다 꽃잎을 생성하기 위해 프로그램을 재사용할 수 있다면 매우 의미가 있을 것입니다.”라고 말했습니다.
미시적 대칭에 대한 통계적 편향을 입증하는 것과 우리가 식물과 동물에서 볼 수 있는 대칭을 설명하는 것 사이에는 여전히 간극이 있지만 헝가리의 데브레첸 대학에서 대칭을 연구하는 생물학자인 Holló Gábor는 새 논문의 결과에 흥분한다고 말했습니다. . 연구에 참여하지 않은 Holló 박사는 “자연에서 그러한 고유하고 보편적인 특징이 진화에서 어떻게 나타나는지를 설명하는 것은 그런 일입니다.”라고 말했습니다.
마찬가지로, 이 연구에 참여하지 않은 스페인의 Centro Nacional de Biotecnologia의 복합 시스템 연구원인 Luís Seoane은 이 연구가 “합법적”이라고 칭찬했습니다.
“단순함과 복잡성 사이에 전쟁이 진행 중이며 우리는 그 경계에 살고 있습니다.”라고 Seoane 박사는 말했습니다. 그는 우주가 점점 더 무작위성을 갖게 되는 경향이 있지만 이러한 단순하고 대칭적인 구성 요소는 그 복잡성을 이해하는 데 도움이 된다고 덧붙였습니다.
