Symmetry is everywhere in nature, and we usually associate it with beauty: a perfectly shaped leaf, or a butterfly with intricate patterns mirrored on each wing. But it turns out that asymmetry is pretty important, too, and more common than you might think, from crabs with one giant pincer claw to snail species whose shells' always coil in the same direction. Some species of beans only climb up their trellises clockwise, others, only counterclockwise, and even though the human body looks pretty symmetrical on the outside, it's a different story on the inside. Most of your vital organs are arranged asymmetrically. The heart, stomach, spleen, and pancreas lie towards the left. The gallbladder and most of your liver are on the right. Even your lungs are different. The left one has two lobes, and the right one has three. The two sides of your brain look similar, but function differently. Making sure this asymmetry is distributed the right way is critical. If all your internal organs are flipped, a condition called situs inversus, it's often harmless. But incomplete reversals can be fatal, especially if the heart is involved. But where does this asymmetry come from, since a brand-new embryo looks identical on the right and left. One theory focuses on a small pit on the embryo called a node. The node is lined with tiny hairs called cilia, while tilt away from the head and whirl around rapidly, all in the same direction. This synchronized rotation pushes fluid from the right side of the embryo to the left. On the node's left-hand rim, other cilia sense this fluid flow and activate specific genes on the embryo's left side. These genes direct the cells to make certain proteins, and in just a few hours, the right and left sides of the embryo are chemically different. Even though they still look the same, these chemical differences are eventually translated into asymmetric organs. Asymmetry shows up in the heart first. It begins as a straight tube along the center of the embryo, but when the embryo is around three weeks old, the tube starts to bend into a c-shape and rotate towards the right side of the body. It grows different structures on each side, eventually turning into the familiar asymmetric heart. Meanwhile, the other major organs emerge from a central tube and grow towards their ultimate positions. But some organisms, like pigs, don't have those embryonic cilia and still have asymmetric internal organs. Could all cells be intrinsically asymmetric? Probably. Bacterial colonies grow lacy branches that all curl in the same direction, and human cells cultured inside a ring-shaped boundary tend to line up like the ridges on a cruller. If we zoom in even more, we see that many of cells' basic building blocks, like nucleic acids, proteins, and sugars, are inherently asymmetric. Proteins have complex asymmetric shapes, and those proteins control which way cells migrate and which way embryonic cilia twirl. These biomolecules have a property called chirality, which means that a molecule and its mirror image aren't identical. Like your right and left hands, they look the same, but trying to put your right in your left glove proves they're not. This asymmetry at the molecular level is reflected in asymmetric cells, asymmetric embryos, and finally asymmetric organisms. So while symmetry may be beautiful, asymmetry holds an allure of its own, found in its graceful whirls, its organized complexity, and its striking imperfections.
La simmetria è ovunque in natura, e di solito viene associata alla bellezza: una foglia dalla forma perfetta, o una farfalla con trame intricate che si rispecchiano in ogni ala. Ma pare che anche l'asimmetria sia molto importante, e molto più comune di quanto si pensi: dai granchi con una chela gigante alle chiocciole con il guscio a spirale avvitato sempre nella stessa direzione. Alcune specie di fagioli si arrampicano attorno ai sostegni solo in senso orario, altre, solo in senso antiorario, e nonostante il corpo umano sembri abbastanza simmetrico da fuori, dall'interno è tutta un'altra storia. La maggior parte degli organi vitali sono disposti asimmetricamente. Cuore, stomaco, milza e pancreas sono disposti verso sinistra. La cistifellea e la maggior parte del fegato a destra. Anche i polmoni sono diversi. Quello a sinistra ha due lobi, quello a destra ne ha tre. I due lati del cervello sembrano simili ma funzionano diversamente. È cruciale che questa asimmetria venga distribuita in maniera esatta. Se gli organi interni sono invertiti, una condizione chiamata <i>situs inversus</i>, non ci sono problemi. Ma un'inversione incompleta può essere fatale specialmente se coinvolge il cuore. Da dove proviene questa asimmetria, considerando che l'embrione sembra essere identico sia a destra che a sinistra. Una teoria si concentra su una piccola massa dentro l'embrione chiamata nodo. Il nodo è rivestito da microscopici peli chiamati ciglia, che si inclinano dalla sommità e ruotano vorticosamente, tutte verso la stessa direzione. Questa rotazione sincronizzata spinge i fluidi dalla parte destra dell'embrione verso quella sinistra. Nel bordo sinistro del nodo, altre ciglia percepiscono questo flusso e attivano geni specifici nel lato sinistro dell'embrione. Questi geni ordinano alle cellule di creare determinate proteine, e in appena qualche ora, i due lati dell'embrione presentano differenze chimiche. Nonostante sembrino ancora uguali. Queste differenze chimiche si traducono in organi asimmetrici. L'asimmetria compare prima di tutto nel cuore. Il cuore nasce come un tubo dritto nel centro dell'embrione, ma quando l'embrione raggiunge le tre settimane di età, il tubo inizia ad assumere una forma a "c" e a ruotare verso la parte destra del corpo. Sviluppa strutture diverse su ogni lato e si trasforma, infine, nella classica forma del cuore asimmetrico. Nel frattempo, gli altri organi principali emergono dal tubo centrale e crescono verso le loro posizioni definitive. Alcuni organismi, come i maiali, non presentano le ciglia embrionali ma nonostante ciò hanno organi interni asimmetrici. Quindi forse sono le cellule a essere intrinsecamente asimmetriche? È probabile. Le colonie batteriche crescono in rami che si curvano verso la stessa direzione, e le cellule umane coltivate in contenitori a forma di anello, tendono a disporsi a spirale come le creste di una ciambella fritta. Se guardiamo più da vicino, vediamo che molti elementi di base delle cellule, come acidi nucleici, proteine e zuccheri sono asimmetrici per natura. Le proteine hanno complesse forme asimmetriche e controllano la direzione verso la quale le cellule si spostano e le ciglia embrionali si girano. Queste biomolecole hanno una proprietà detta "chiralità", che vuol dire che una molecola non è identica alla sua immagine speculare. Proprio come le nostre mani, che sembrano uguali ma se si mette la mano destra nel guanto sinistro è chiaro che non è così. Questa asimmetria a livello molecolare si riflette a livello cellulare, a livello embrionale, e infine in esseri viventi asimmetrici. La simmetria sarà anche bella, ma l'asimmetria ha un fascino tutto particolare, che si ritrova nei suoi vortici aggraziati, nella sua complessità organizzata, e nelle sue sorprendenti imperfezioni.