De la symétrie hypnotique des graines de tournesol en spirale aux côtés en miroir du corps humain, les motifs dominent la nature. Mis à part l’aspect esthétique, quel avantage la répétition offre-t-elle ?
La question déconcerte les experts, mais un groupe de scientifiques a une réponse controversée : C’est la mauvaise question. Un jeune professeur de l’Université de Bergen, le Dr Iain Johnston, en a posé une 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 la simplicité en biologie existe, et il est favorisé sans avoir besoin d’invoquer un mécanisme spécifique.”
En d’autres termes, l’évidence de la spirale de Fibonacci dans une coquille de nautile ou une tête de brocoli Romanesco est un sous-produit de la nature qui est efficace dans son code génétique.
Étant donné la diversité des organismes qui se comportent ainsi sur toutes les branches de l’arbre de la vie et à toutes les échelles, jusqu’au niveau moléculaire, les biologistes évolutionnistes ont généralement émis l’hypothèse que les formes symétriques émergent fréquemment comme résultat de la sélection naturelle. Un débat de longue date a entouré le mécanisme précis, mais il est entendu que la vie doit préférer les formes pour obtenir un avantage concurrentiel.
“C’est trop pour être de la sélection naturelle JUSTE”, 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, dans la forme de ce foutu virus COVID-19. Il n’y a aucune pression sélective qui puisse expliquer tout cela.”
L’équipe de recherche a publié un article vendredi dernier dans Proceedings of the National Academy of Sciences qui pourrait renverser cette hypothèse. Ils ont découvert 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 : “Elle a été sélectionnée parce qu’elle est symétrique”, poursuit-il. “Il y a une certaine préférence juste à partir de la façon dont l’évolution fonctionne comme un algorithme”.
En utilisant la modélisation informatique, l’équipe a démontré comment son hypothèse, basée sur la théorie de l’information algorithmique, fonctionne au niveau génétique.
“La nature est exponentiellement biaisée vers ces sorties simples, et dans l’ARN, on le voit 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 sorties faibles avec une faible complexité descriptive.”
En s’inspirant du “théorème du singe infini” – avec suffisamment de temps, de papier et d’encre, un singe pourrait hypothétiquement reproduire une œuvre de Shakespeare – Louis explique que la génétique pourrait être beaucoup plus complexe et désordonnée qu’elle ne l’est. Les probabilités sont cependant peu probables. Il a comparé le grand nombre de matériaux génétiques qu’ils ont trouvé 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 par 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.
Du point de vue de l’ingénierie, la répétition engendre la stabilité. Comparez un tas de pierres empilées au hasard, de formes et de tailles diverses, à un bâtiment en pierre. Des pierres congruentes et organisées confèrent à cette dernière construction une intégrité structurelle. Les modèles dans la nature peuvent être similaires. L’approche adoptée dans cette étude n’implique pas que la sélection naturelle ne joue aucun rôle, mais l’évolution ne peut pas tout expliquer.
“L’évolution dispose littéralement de trillions de formes parmi lesquelles choisir, et pourtant, les structures biologiques présentent souvent une symétrie et une simplicité”, écrit Camargo.
La sélection naturelle est un processus et non un ingénieur. Elle est incapable d’anticiper les traits qui peuvent ou non être avantageux, a ajouté Camargo.
“Ailleurs, il y a des preuves de ce biais de simplicité dans les modèles de développement des neurones, dans les études de la morphologie des plantes, dans les formes des dents et des feuilles, et dans la différenciation des cellules”, a élaboré Camargo.