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.
Симметрия встречается в природе повсюду и, как правило, ассоциируется с красотой: лист идеальной формы или бабочка с зеркально отображаемыми замысловатыми узорами на крыльях. Но оказывается, что асимметрия также играет очень важную роль и встречается чаще, чем вы можете себе представить: начиная с крабов, имеющих одну гигантскую клешню, до улиток разных видов, имеющих раковины с однонаправленными завитками. Некоторые виды бобов поднимаются по опоре по часовой стрелке, другие — только против часовой стрелки, и хотя человеческое тело выглядит внешне довольно симметрично, внутри всё устроено иначе. Большинство ваших жизненно важных органов расположены асимметрично. Сердце, желудок, селезёнка и поджелудочная железа — слева. Желчный пузырь и большая часть печени находятся справа. Даже лёгкие различаются. Левое лёгкое является двудольным, правое — трёхдольным. Обе стороны вашего мозга похожи, но функционируют по-разному. Важно, чтобы ассиметрия затрагивала все главные органы. Зеркальное расположение внутренних органов называют транспозицией, и она часто безопасна. Но неполная перестановка органов может стать фатальной, особенно если затрагивает сердце. Но откуда берётся эта асимметрия, если у нового эмбриона правая и левая стороны симметричны? Одна из теорий концентрируется на небольшой ямке на эмбрионе, называемой узлом. Узел выстлан крошечными волосками, называемыми ресничками, они наклоняются относительно головы и быстро кружатся, всё время в одном направлении. Эти синхронизированные вращения проталкивают жидкость с правой стороны от эмбриона на левую. На левом ободке узла другие реснички ощущают этот поток жидкости и активируют определённые гены в левой стороне эмбриона. Эти гены руководят выработкой клетками определённых белков, и всего за несколько часов правая и левая стороны эмбриона начинают химически различаться. Даже если они продолжают выглядеть одинаково, их химическое различие в конечном итоге приводит к асимметрии органов. Асимметрия проявляется в первую очередь в сердце. Оно сначала выглядит как прямая трубка вдоль центра зародыша, но когда эмбриону около трёх недель, трубка начинает сгибаться, принимая С-образную форму, и поворачивается к правой стороне тела. Она образует на каждой стороне разные структуры, в конце концов превращаясь в знакомое нам асимметричное сердце. Между тем и другие основные органы развиваются из центральной трубки и, разрастаясь, занимают своё окончательное положение. Но у некоторых организмов, например у свиней, нет этих эмбриональных ресничек, но у них асимметричные внутренние органы. Может быть, все клетки по своей природе асимметричны? Возможно. Бактериальные колонии растут однонаправленно закрученными ветвями, а человеческие клетки, выросшие внутри кольцеобразной границы, стремятся выстроиться как гребни на печенье курабье. Если мы увеличим масштаб изображения, то увидим, что многие основные строительные блоки клеток, такие как нуклеиновые кислоты, белки и сахара, по своей природе асимметричны. Белки имеют сложные асимметричные формы, и эти белки контролируют, куда клеткам перемещаться и в какую сторону вращаться эмбриональным ресничкам. Эти биомолекулы обладают свойством хиральности, что означает, что молекула и её зеркальное отражение не идентичны. Так, левая и правая руки выглядят одинаково, но попытка надеть на правую руку левую перчатку доказывает, что это не так. Асимметрия на молекулярном уровне вызывает асимметричность клеток, асимметричность эмбрионов и в конечном итоге — асимметричность организмов. Таким образом, хотя симметрия, возможно, красива, асимметрия обладает собственным шармом, заключающимся в её грациозных завихрениях, её организационной сложности и её впечатляющих несовершенствах.