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进化科学家在本质上找到对称性,而美丽的美丽

为什么在大自然中到处都有对称性?一组研究人员认为,他们有答案:进化对简单算法的偏爱。

进化科学家在本质上找到对称性,而美丽的美丽
[源图像:PM图像/Getty;HH5800/creatas]

自然界中的对称性比比皆是,通常是其最美丽的形式。完美的雪花,盛开的向日葵,一个来自细菌的轻度收获复合物- 它们都表现出醒目的对称性,由一些更宏伟的设计制作。

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但是,这种设计是怎么做到的?为什么如此多的自然形式以这种有序的模式表现出来,尤其是当热力学定律决定宇宙趋向更高的熵和不断增长的随机性时?

一个普遍的信念是,进化实际上有利于对称性,现在挪威大学的一组研究人员努力证明原因。在一个报告在美国国家科学院论文集团队将生物学,计算机科学和数学的要素结合在一起,以支持以下理论:进化对“简单”算法的压倒性偏爱,这些算法决定了我们星球的自然结构如何开花。

这种算法编码了地球上所有生命的构建块,从豹子的肌肉纤维中的线粒体细胞到asspen树中的叶绿体,它们的叶绿体均显着对称。科学家认为,这些算法越简单,随着越复杂的情况使事情出错的机会更大。

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他们说,对称性更简单:“由于亚基的重复,对称表型通常需要更少的信息来编码算法,”纸张指出。

换句话说,作为研究的主要作者伊恩·约翰斯顿(Iain Johnston)解释,“想象一下必须告诉朋友如何使用尽可能少的单词来瓷砖地板。。。您不会说:将钻石放在这里,在这里长矩形,宽阔的矩形。您会说类似的话:将方形瓷砖到处放置。那种简单,简单的食谱给出了高度对称的结果。”因此,在全球范围内存在着丰富的对称性,在自然界中,无论是径向(海星,松树锥,猕猴桃的横截面)还是双边(蝴蝶,枫叶)。

该团队采用计算建模来表明,生活中许多可能的基因组比复杂的基因组描述了简单的算法,随后,更简单的算法可能会通过进化发现。他们将这些发现扎根于算法信息理论领域,“这为描述性简单性的偏见提供了定量预测,”牛津大学教授,研究的相应作者Ard Louis说。

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在最后一个框架中,作者将这些发现与“随机在打字机上随机打字的著名的猴子”联系起来。这个思想实验称为“无限猴子定理”,认为猴子在无限的时间上敲打打字机上的随机键最终会产生任何给定的文本,例如威廉·莎士比亚的完整作品,以及其他任何可想象的文献。但是,相反,将这些文本视为算法,将猴子视为大自然的程序员,体现了物理学和存在状态的颤动。仅出于概率,猴子比复杂的算法更频繁地产生简单的算法。科学家说,这是一种更直观的思考方式。

展望未来,该团队希望调查他们对简单算法偏见如何塑造更大尺度发展过程的预测。

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