Pourquoi l’évolution privilégie la symétrie

La vie aime la symétrie. Il n’y a qu’à jeter un œil à l’allure de l’immense majorité des animaux pour s’en rendre compte. Mais pourquoi donc ? Qu’est-ce qui pousse le vivant à la symétrie ? C’est la question à laquelle s’est efforcée de répondre une équipe internationale de chercheurs en mathématiques, physique théorique, bio-informatique et chimie, dans un article de la revue scientifique américaine Proceedings of the National Academy of Sciences. À l’aide d’une intelligence artificielle, ils ont simulé l’évolution aléatoire de cellules virtuelles. Surprise : les briques élémentaires de la vie tendent à se symétriser d’une manière ou d’une autre. Pour la nature, ce serait une façon de fonctionner selon un principe d’économie. Explications.

« Une éponge typique manque de symétrie définie ; elle pousse comme une masse irrégulière. Pratiquement tous les autres animaux ont une forme déterminée et une symétrie que l’on peut décrire en se référant à un axe imaginaire traversant le corps de l’animal », écrivent les biologistes Peter H. Raven, Jonathan B. Losos et Kenneth A. Mason dans Biologie. Mais comment expliquer cette récurrence de la symétrie ?

Les biologistes ont proposé différents éléments de réponse, fidèles au principe directeur énoncé par le neurobiologiste Jean-Pierre Changeux dans Raison et Plaisir (Odile Jacob, 1994) : « Les propriétés de symétrie des êtres vivants résultent de l’évolution », donc de la sélection naturelle des plus aptes. Mais en quoi donc la symétrie constitue-t-elle un avantage évolutif par rapport à un ancêtre commun généralement considéré, résume Michaël Manuel dans « Early evolution of symmetry and polarity in metazoan body plans », comme un vivant asymétrique ou d’une symétrie primitive, cylindrique ?

Il faut, pour bien saisir le problème, distinguer deux grands types de symétries :

• La symétrie radiaire : « Les parties du corps sont disposées autour d’un axe central. […] Une tarte, par exemple, a une symétrie radiaire ; il en est de même pour une anémone de mer », mais aussi les coraux ou les méduses. Cette forme de symétrie est en général considérée comme particulièrement adaptée à la vie océanique, dans un espace de déplacement en trois dimensions où l’effet de la pesanteur est peu prégnant.
• La symétrie bilatérale : « Le corps a des moitiés droite et gauche qui sont des images en miroir l’une de l’autre. […] La symétrie bilatérale constitue une avancée importante dans l’évolution du plan de corps de l’animal. Les animaux symétriques bilatéralement ont la capacité de se déplacer dans l’environnement dans une direction cohérente », ce qui est particulièrement décisif lorsque la vie gagne le plan terrestre où le mouvement est essentiellement bidimensionnel. « En parallèle à cette aptitude à un mouvement directionnel, des cellules nerveuses se groupent dans le cerveau et des structures sensorielles comme les yeux et les oreilles se développent à l’extrémité antérieure du corps. Cette concentration du tissu nerveux à l’extrémité antérieure […] est appelée céphalisation. » Les animaux marins décentralisés laissent la place à des organismes dont les parties sont plus clairement différenciées.

Les résultats publiés récemment dans PNAS proposent une autre piste. « Les structures symétriques apparaissent préférentiellement non seulement en raison de la sélection naturelle, mais aussi parce qu’elles nécessitent moins d’informations spécifiques pour être codées et sont donc beaucoup plus susceptibles d’apparaître sous forme de variation phénotypique par le biais de mutations aléatoires », notent les scientifiques. Ainsi, la symétrie ne correspond pas tant à un avantage évolutif, mais une sorte d’économie de moyen de la nature : « Comme les structures symétriques nécessitent moins d’informations pour être codées, elles sont beaucoup plus susceptibles d’apparaître comme une variation potentielle. » Étude algorithmique à l’appui, ils sont parvenus à montrer « une prévalence beaucoup plus élevée de phénotypes de faible complexité (haute symétrie) que ce qui découle de la sélection naturelle seule ». La solution la plus simple à un problème de structuration de l’organisme est presque toujours la meilleure… ou du moins la plus viable.