Учеба  ->  Науки  | Автор: | Добавлено: 2015-03-23

Роль симметрии в эволюционном процессе

Трудно найти человека, который не имел бы какого - то представления о симметрии. «Симметрия» - слово греческого происхождения. Оно, как и слово «гармония», означает соразмерность, наличие определенного порядка, закономерности в расположении частей. Люди с давних времён использовали симметрию в рисунках, орнаментах, предметах быта.

С теми или иными проявлениями симметрии мы встречаемся буквально на каждом шагу. Взгляните на порхающую бабочку, загадочную снежинку, мозаику в храме, морскую звезду, кристалл граната - всё это примеры симметрии. Несмотря на всеобщий характер симметрии окружающего нас мира, в природе мы не встречаем примеров математически безукоризненной симметрии. Например, нетрудно указать плоскость, относительно которой человеческое тело можно считать симметричным. Но столь же легко всегда указать и отклонения от полной симметрии. Именно эти небольшие отклонения от нее – родинка, волосы, расчесанные на косой пробор, или какая – нибудь деталь в одежде, нарушающая симметрию – и придают каждому человеку характерные только для него черты.

На симметрии держится мир, т. к. общие законы природы, характеризующие движения материи, связаны с симметрией пространства и времени. Когда мы видим проявление симметрии в форме тел живой и неживой природы, невольно испытываем чувство удовлетворения тем всеобщим порядком, который царит в природе.

Светлеет грусть, когда цветут цветы,

Когда брожу я первоцветным лугом

Один или с хорошим давним другом,

Который сам не любит суеты.

За нами шум и пыльные хвосты –

Все улеглось! Одно осталось ясно,

Что мир устроен грозно и прекрасно,

Что легче там, где поле и цветы.

Н. Рубцов.

Читая биологическую литературу, я обратила внимание, что в живой природе встречаются разные виды симметрии. Известно, что живые организмы эволюционировали, изменялись, значит, менялись и виды симметрии.

Поэтому целью моей работы с литературными источниками и другими информационными материалами является нахождение ответа на вопрос: Какую роль играла симметрия в эволюции живых организмов?

В книге Л. В. Тарасова «Этот удивительно симметричный мир» дается определение «симметрии как объекта, который можно как- то изменять, получая в результате то же самое, с чего начали. Симметрия означает соразмерность, пропорциональность, одинаковость в расположении частей ».

В биологии симметрия рассматривается как закономерное расположение сходных частей тела, относительно определенной точки, или центра. Это многоосная или полиаксонная симметрия. Симметрия относительно прямой линии или оси называется радиальной или лучевой. Симметрия относительно плоскости называется двусторонней или билатеральной.

Полной геометрической симметрии у организмов не бывает. Обычно симметрия проявляется в общей конфигурации тела и в расположении некоторых органов.

Сравнение разных групп организмов показывает, что различные типы симметрии появляются в процессе исторического развития организмов как приспособление к определённому образу жизни, к определённым силовым отношениям с окружающей средой.

Симметрия в эволюционном процессе.

Задумаемся, как в процессе эволюции могла возникнуть симмет- рия в расположении частей живых организмов.

Органическим молекулам свойственна зеркальная изомерия, т. е. они могут существовать в двух структурных формах, схожих и вместе с тем отличных друг от друга, как левая и правая ладони. Эта особенность молекул существовать в двух зеркальных формах известна в науке под названием хиральности.

Важнейшая черта, отличающая живое от неживого – абсолютная хиральная чистота: белки имеют только «левые» аминокислоты, а нуклеиновые кислоты имеют только «правые» сахара. Неживой природе присуща тенденция к установлению зеркальной симметрии (рацемизации или хирально грязная) – равновесию между «левым» и «правым».

Сначала исходная предбиологическая среда обладала зеркальной симметрией, т. е. содержала равное количество правых и левых изомеров. Это подтверждено многолетними экспериментами, моделирующими синтез аминокислот и сахаров в условиях, соответствующих первичной Земли. Затем под влиянием внешних воздействий или в силу воздействия каких – либо иных причин происходит нарушение зеркальной симметрии в « первичном бульоне» и формирование хирально чистой органической среды. По данным современной науки, простейшие организмы появились в водах Мирового океана. Первые сгустки живого вещества были взвешены в воде, любое направление для них было безразлично. Поэтому можно допустить, что они принимали форму шара. Например, вольвокс, радиолярии были неподвижно взвешены в толще воды. Их тело со всех сторон находилось под одинаковыми силовыми воздействиями. Поэтому они имели сферическую форму. Такую же форму имеют капельки жира, взвешенные в воде.

По мере развития и усложнения под действием силы тяжести организмы приспособились различать «верх» и «низ» и потеряли симметрию шара. В процессе исторического развития организмов происходила дифференцировка участков тела у взвешенных в воде организмов, что привело к возникновению многоосной симметрии. У многоосносимметричных животных (солнечники) оси симметрии, проходящие через выросты тела, называются радиусами, а промежутки между ними – интеррадиусами.

Те, которые ведут «оседлый» образ жизни приобрели поворотную симметрию. Для более крупных организмов, не взвешенных в воде, сила тяжести создаёт резко отличные силовые отношения вдоль вертикальной оси для верхней и нижней сторон. Поэтому для прикреплено живущих организмов, обитающих обычно на горизонтальной поверхности ( дно моря, поверхность суши) в среде с одинаковыми силовыми воздействиями в направлениях, перпендикулярных силе тяжести силовые условия различны лишь в направлении силы тяжести. Такие организмы построены по типу радиальной симметрии (сидячие кишечнополостные, морские лилии, плодовые тела высших грибов, стебли высших растений).

Изменение силовых соотношений в одном из направлений создаёт различие условий для частей, подвергающихся или не подвергающихся силовым воздействиям, что приводит к замене радиальной симметрии двусторонней. Поэтому животные, которые передвигаются в каком – либо избранном направлении, приобрели двустороннюю симметрию. Для этих организмов свойственно симметричное расположение парных органов, что помогает им сохранять равновесие при передвижении, а значит добывать себе пищу и таким образом существовать. Наиболее распространенной причиной изменения силовых отношений в направлении, перпендикулярном силе тяжести, приводящей к билатеральной симметрии, является переход организмов к активному поступательному движению, при котором передний и задний концы тела находятся в противоположных силовых условиях. Нарушение билатеральной симметрии привело бы к неизбежному торможению одной из сторон и изменению поступательного движения в круговое. Поэтому активно подвижные животные ( членистоногие и позвоночные) двустороннесимметричны.

Двусторонняя симметрия возникает и у неподвижных организмов, обитающих на негоризонтальных субстратах, что объясняется неодинаковыми условиями сопротивления силы тяжести со стороны прикрепленной и свободной частей. Поэтому двустороннесимметричны листья, зигоморфные цветки, лучи коралловых полипов. Так кроны одиночно растущих на горизонтальной поверхности деревьев, защищенных от ветра, радиально симметричны, а в открытых для сильных ветров местах – билатерально симметричны, причем плоскость симметрии проходит по направлению преобладающих ветров.

Научное обоснование наличия симметрии у живых организмов.

Обратим внимание на расположение ветвей у ели. Ствол ее чаще всего прям и ветви равномерно расположены относительно ствола, так что отвесная прямая, проходящая через ее центр тяжести, пересекает основание ствола ели. Так дерево, развиваясь в условиях действия силы тяжести, достигает устойчивого положе- ния. К вершине дерева ветви его становятся меньше в размерах – оно приобретает форму конуса. Такое расположение ветвей позволяет хорошо их освещать солнечному свету, и центр тяжести расположен как можно ниже – от этого зависит устойчивость дере- ва. Таким образом, закон естественного отбора, закон всемирного тяготения способствовали тому, что мы видим ель такой прекрас- ной, что она не может не поразить наше воображение. Закон всемирного тяготения действует на Земле, на Солнце, в каждой точке Вселенной. Его действие от времени не зависит. Симметрия живых организмов связана с симметрией законов природы. Мы знаем, что полученные вследствии действия каких- то факторов полезные изменения организмов закрепляются в процессе развития вида. Они передаются из поколения в поколение матричным путем посредством молекул ДНК. Их можно представить в виде цепочки атомов, соединенных определенными химическими свя зями, которые не разрушаются под действием ударов частиц в результате их теплового движения. Энергия связи этих химических соединений остается постоянной, благодаря чему наследственные признаки передаются из поколения в поколение. Вот почему энергия связи атомов в молекулах, например, воды сейчас такая же, как была несколько миллионов лет назад.

Ассиметрия у высших организмов возникает при изменениях силовых отношений со средой, нарушающих исторически сложившуюся симметрию (у камбал при переходе от активного плавания к малоподвижному донному образу жизни). В процессе исторического развития организмов происходит смена форм симметрии даже в пределах одного и того же типа организмов. Так, построенные по радиальной симметрии иглокожие животные когда – то были двустороннесимметричными подвижными формами ( их личинки сохранили двусторонносимметричное строение),затем они перешли к сидячему образу жизни и у них выработалась радиальная симметрия. У некоторых иглокожих, вторично перешедших к активному образу жизни, радиальная симметрия вторично заменилась двусторонней (голотурии).

Анализ литературы по данному вопросу позволяет сделать следующие выводы:

• Симметрия у живых организмов служит не для красоты, а связана с приспособлением их к окружающему миру, с их жизнестойкостью;

• Симметрия и ассиметрия в окружающем мире рядом;

• Симметрия – общее свойство объектов окружающего мира, асимметрия же отражает индивидуальные свойства объектов;

• На симметрии держится мир, ОНА первооснова Красоты.

Комментарии


Войти или Зарегистрироваться (чтобы оставлять отзывы)