Hvorfor evolusjon favoriserer symmetri

Sammen med et internasjonalt team av forskere mener UiB-professor Iain Johnston at det er slik.

Gruppen har kombinert ideer fra biologi, informatikk og matematikk for å forklare hvorfor en slik «preferanse» for symmetri eksisterer i biologien. I en fersk studie publisert i tidsskriftet PNAS beskriver de at symmetriske og andre enkle strukturer dukker opp så ofte fordi evolusjon har en overveldende preferanse for enkle "algoritmer" – eller enkle sett av instruksjoner eller oppskrifter for å produsere en gitt struktur.

Enkel oppskrift gir symmetri

- Tenk deg å skulle fortelle en venn hvordan man fliser et gulv med så få ord som mulig, sier Johnston, som er en av forfatterne bak studien.

- Du vil ikke si: legg diamanter her, lange rektangler her, brede rektangler her. Du vil si noe sånt som: legg firkantede fliser overalt. Og den enkle oppskriften gir et svært symmetrisk resultat.

Ved hjelp av fagfeltet beregningsmodellering har teamet utforsket hvordan denne type preferanse oppstår i biologien, gjennom arbeid med genomer - altså arvematerialet i en organisme. Forskerne viser at det er langt mer vanlig med enkle algoritmer i genomer, enn det er med mer komplekse algoritmer. Gjennom evolusjonen er det derfor mer sannsynlig at enkle algoritmer blir oppdaget – og det samme gjelder de mer symmetriske strukturene de produserer.

Preferanse for det enkle

Forskerne koblet deretter dette evolusjonsbildet til den teoretiske disiplinen algoritmisk informasjonsteori.

- Disse intuisjonene kan formaliseres innen algoritmisk informasjonsteori, som kvantitativt kan forutsi preferansen for det enkle, sier Ard Louis, professor ved University of Oxford og medforfatter på studien.

Studiens sentrale teoretiske idé kan illustreres ved en vri på et kjent tankeeksperiment innen evolusjonsbiologi, hvor man ser for seg et rom fullt av aper som prøver å skrive en bok ved å taste tilfeldig på et tastatur. Forskerne bruker det samme bildet, men hvor man heller tenker seg at apene prøver å skrive en oppskrift. Det er langt mer sannsynlig at hver av dem tilfeldig treffer bokstavene som kreves for å stave en kort, enkel oppskrift enn en lang, komplisert oppskrift.

Hvis vi deretter følger noen oppskrifter apene har produsert – en metafor for å produsere biologiske strukturer fra genetisk informasjon – vil vi produsere enkle utfall mye oftere enn kompliserte utfall.

Forskerne viser at et bredt spekter av biologiske strukturer og systemer tar i bruk algoritmisk enkle strukturer. Fremover planlegger de å undersøke om teorien kan brukes til å undersøke denne formen for skjevhet i utviklingsprosesser i større skala.