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.
Sự đối xứng có mặt ở khắp nơi trong tự nhiên và thường được gắn với cái đẹp: một chiếc lá có hình dáng hoàn hảo hay một con bướm với hoa văn phức tạp đối xứng trên cánh. Nhưng hóa ra, sự bất đối xứng cũng quan trọng, và phổ biến hơn bạn nghĩ, từ những con cua một càng to tới những loài sên với vỏ xoắn theo cùng một chiều. Một vài loại đậu chỉ leo lên giàn mắt cáo theo chiều kim đồng hồ vài giống khác thì ngược chiều kim đồng hồ, và tuy cơ thể con người trông khá đối xứng khi nhìn từ bên ngoài, phần bên trong lại là một câu chuyện khác. Phần lớn các cơ quan đầu não đều được sắp xếp không đối xứng. Tim, dạ dày, lá lách và tuyến tụy đều nằm về bên trái. Túi mật và phần lớn của gan ở bên phải. Ngay cả phổi của bạn cũng khác nhau. Phổi trái có hai thùy, phổi phải có ba. Hai bên não của bạn trông giống nhau nhưng hoạt động khác nhau. Việc đảm bảo cho sự bất đối xứng này được phân chia đúng là cực kỳ quan trọng. Việc tất cả các cơ quan nội tạng bị đảo ngược thường là vô hại. Nhưng việc đảo ngược không hoàn toàn lại rất nguy hiểm, đặc biệt nếu liên quan tới tim. Nhưng sự không đối xứng này có từ đâu khi mà một phôi mới trông đối xứng từ trái sang phải. Có một giả thuyết tập trung vào một vùng nhỏ trên phôi được gọi là hạch. Hạch được lót bởi những chiếc lông nhỏ gọi là lông mao, chúng nghiêng ra khỏi đầu và quay tròn rất nhanh, tất cả theo một hướng. Sự xoay tròn đồng bộ này đẩy dịch từ bên phải phôi sang bên trái. Trên vành trái của hạch, các lông mao khác cảm nhận được dòng chảy và hoạt hóa các gen đặc hiệu phía bên trái phôi. Các gen này chỉ dẫn tế bào sản sinh các protein nhất định, và chỉ trong vài giờ, phía bên trái và bên phải phôi trở nên khác nhau về mặt hóa học. Dù chúng trông vẫn giống nhau, những khác biệt hóa học này sẽ phát triển thành các cơ quan bất đối xứng. Sự bất đối xứng xuất hiện đầu tiên ở tim. Nó bắt đầu bằng một cái ống chạy dọc giữa phôi, khi phôi khoảng 3 tuần tuổi, ống bắt đầu cong thành hình chữ C và xoay về bên phải cơ thể, tạo ra cấu trúc khác nhau ở mỗi bên, cuối cùng, biến thành trái tim bất đối xứng như ta biết. Trong khi đó, các cơ quan quan trọng khác nảy sinh từ ống trung tâm và phát triển về phía vị trí sau cùng của chúng. Một vài sinh vật, như lợn, không có lông mao của phôi vẫn có các cơ quan nội tạng bất đối xứng. Liệu có phải tất cả các tế bào thực chất đều bất đối xứng? Có thể. Các tập đoàn vi khuẩn tạo thành các nhánh ren cong theo một hướng, và tế bào người được nuôi cấy trong môi trường hình chiếc nhẫn có xu hướng xếp tựa các nếp gấp trên bánh vòng. Phóng to lên, ta sẽ thấy rất nhiều đơn vị cấu trúc của tế bào như axit nucleic, protein, và đường đều vốn dĩ bất đối xứng. Protein có hình dáng bất đối xứng phức tạp và những protein này điều khiển cách tế bào di cư và cách lông phôi xoay vòng. Những phân tử sinh học này có một đặc tính gọi là thủ đối tính, nghĩa là phân tử và hình ảnh qua gương của nó không giống nhau. Giống như tay phải và tay trái, trông giống nhau, nhưng thử để tay phải vào găng tay trái mà xem. Bất đối xứng ở mức độ phân tử được phản ánh trong các tế bào bất đối xứng, phôi bất đối xứng, và cuối cùng là sinh vật bất đối xứng. Vì vậy, tuy đối xứng có thể đẹp, sự bất đối xứng cũng có sức hấp dẫn từ những vòng xoay duyên dáng, sự phức tạp có trật tự và sự không hoàn hảo một cách ấn tượng.