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.
対称性は 自然界の至るところで見られます そして私たちは 対称性に美しさを感じます 見栄えの良い木の葉や 複雑な模様が鏡に映したように 左右対称な蝶の羽などがあります しかし非対称性も同じく重要で 意外と多く見られます 片手に大きな爪を持つカニや 巻きの方向が決まっている ある種のカタツムリなどです 豆は時計回りにツルを伸ばすものか 反時計回りに伸ばすものの何れかです 人間の体は外見は左右対称ですが 内部では異なっています 重要な臓器のほとんどは 左右非対称にできています 心臓や胃 ひ臓 すい臓は 左側にあります 胆のうや肝臓の大部分は右側です 肺だって左右異なります 左は2つ そして右は3つに分かれています 左右の脳はよく似ていますが 機能は異なります 脳の非対称性に異常がないか 確認することは重要です 全ての内臓の位置が逆の状態を 内臓逆位といいます 通常 機能的には問題ありません しかし不完全逆位は 命にかかわります 特に心臓の場合は深刻です ではなぜ非対称になるのでしょうか? 発生初期の胚は左右対称に見えます ある学説では 胚のくぼんだ組織に– 注目しています それぞれのノードに生えている 短い毛を絨毛といい 絨毛は倒れたり すばやく回転しますが 全てが方向を揃えて動きます この同期した回転運動が 胚の右側からくる液体を 左側へ押し出します ノードの左縁部で 別の繊毛が液体の流れを感知し 胚の左側で 特定の遺伝子を活性化させます この遺伝子は特定のたんぱく質を 細胞に作らせます そして数時間後 胚の左側と右側は化学的に 異なるものになります 外見はまだ同じに見えますが 左右の化学的相違はいずれ 非対称の臓器に変わります 非対称性はまず 心臓発生に現れます 胚の中心に沿った 真っすぐな管として発生しますが 胚が3週目に入る頃 この管はC字状に曲がり始め 体の右に向かって回転します 左右それぞれに異なる構造を形成し 最終的に見覚えのある 非対称の心臓になります その一方で 主要な臓器が 中心の管から現れ 最終的な位置に向かって成長します 豚のような一部の生物には このような胚の絨毛がなくても 非対称の臓器を有します すべての細胞は 本来左右非対称なのか? 恐らくそうでしょう 細菌コロニーは全て同じ方向に 渦巻いてレース状に拡散し ヒト細胞を縁の丸い 容器の中で培養すると ねじりドーナッツみたいな模様で 整列します さらに拡大すると 細胞を構成する 核酸やタンパク質 糖のような 基本的な要素が多く見られ それらは本質的に非対称です タンパク質は複雑な非対称形を有し それらタンパク質が 細胞の移動方向や 胚の絨毛の回転方向を制御します これら生体分子にはカイラリティー と呼ばれる性質があり これは分子とその鏡像が 一致しないという性質です 例えば右手と左手のように 同じに見えても 左手用の手袋を右手には はめられない性質を指します この分子レベルの非対称性は 非対称の細胞や 非対称の胚 最終的に 非対称の臓器に反映されます つまり対称性は美しいけれど 非対称性にも そのものの魅力があり それはらせんの優美さや 組織だった複雑さや 見事な不完全性に見いだされます