Симметрия в природе

У кольчатых червей и членистоногих  наблюдается ещё и метамерия  – одна из форм поступательной симметрии, когда части тела располагаются  последовательно друг за другом вдоль  главной оси тела. Особенно ярко она выражена у кольчатых червей (дождевой червь). Кольчатые черви  обязаны своим названием тому, что их тело состоит из ряда колец  или сегментов (члеников). Сегментированы как внутренние органы, так и стенки тела. Так что животное состоит  примерно из сотни более или менее  сходных единиц - метамеров, каждая из которых содержит по одному или  по паре органов каждой системы. Членики  отделены друг от друга поперечными  перегородками. У дождевого червя  почти все членики сходны между собой. Зеркальная симметрия хорошо видна у бабочки; симметрия левого и правого проявляется здесь с почти математической строгостью. Можно сказать, что каждое животное, насекомое, рыба, птица состоит из двух энантиоморфов – правой и левой половин. Так, энантиоморфами являются правое и левое ухо, правый и левый глаз, правый и левый рог и т.д.

 

8. Радиальная симметрия

 

Радиальная симметрия  – форма симметрии, при которой  тело (или фигура) совпадает само с собой при вращении объекта  вокруг определённой точки или прямой. Часто эта точка совпадает с центром симметрии объекта, то есть той точкой, в которой пересекается бесконечное количество осей двусторонней симметрии.

В биологии о радиальной симметрии говорят, когда через  трёхмерное существо проходят одна или  более осей симметрии. При этом радиальносимметричные  животные могут и не иметь плоскостей симметрии. Так, у сифонофоры Velella имеется  ось симметрии второго порядка  и нет плоскостей симметрии.

Обычно через ось симметрии  проходят две или более плоскости  симметрии. Эти плоскости пересекаются по прямой – оси симметрии. Если животное будет вращаться вокруг этой оси на определённый градус, то оно будет отображаться само на себе (совпадать само с собой).

Таких осей симметрии может  быть несколько (полиаксонная симметрия) или одна (монаксонная симметрия). Полиаксонная симметрия распространена среди протистов (например, радиолярий).

Как правило, у многоклеточных животных два конца (полюса) единственной оси симметрии неравноценны (например, у медуз на одном полюсе (оральном) находится рот, а на противоположном (аборальном) – верхушка колокола. Такая  симметрия (вариант радиальной симметрии) в сравнительной анатомии называется одноосно-гетеропольной. В двухмерной проекции радиальная симметрия может  сохраняться, если ось симметрии  направлена перпендикулярно к проекционной плоскости. Иными словами, сохранение радиальной симметрии зависит от угла наблюдения.

Радиальная симметрия  характерна для многих стрекающих, а также для большинства иглокожих. Среди них встречается так  называемая пентасимметрия, базирующаяся на пяти плоскостях симметрии. У иглокожих  радиальная симметрия вторична: их личинки двустороннесимметричны, а  у взрослых животных наружная радиальная симметрия нарушается наличием мадрепоровой пластинки.

Кроме типичной радиальной симметрии существует двулучевая радиальная симметрия (две плоскости симметрии, к примеру, у гребневиков). Если плоскость  симметрии только одна, то симметрия  билатеральная (такую симметрию  имеют двусторонне-симметричные).

 

9. Поворотная симметрия

В мире растений «популярна»  поворотная симметрия. Возьмите в руку цветок ромашки. Совмещение разных частей цветка происходит, если их повернуть  вокруг стебелька.

Очень часто флора и  фауна одалживают внешние формы  друг у друга. Морские звезды, ведущие  растительный образ жизни, обладают поворотной симметрией, а листья —  зеркальной.

Прикованные к постоянному  месту растения четко различают  только верх и низ, а все остальные  направления для них более  или менее одинаковы. Естественно, что их внешний вид подчинен поворотной симметрии. Для животных очень важно, что находится впереди и что  сзади, только «лево» и «право» для  них остаются равноправными. В этом случае господствует зеркальная симметрия. Любопытно, что животные, меняющие подвижную  жизнь на неподвижную и потом  вновь возвращающиеся к подвижной  жизни, соответственное число раз  переходят от одного вида симметрии  к другому, как это случилось, например, с иглокожими (морскими звездами и др.).

 

10. Винтовая или  спиральная симметрия

 

Винтовая симметрия есть симметрия относительно комбинации двух преобразований – поворота и  переноса вдоль оси поворота, т.е. идёт перемещение вдоль оси винта  и вокруг оси винта. Встречаются  левые и правые винты.

Примерами природных винтов являются: бивень нарвала (небольшого китообразного, обитающего в северных морях) – левый винт; раковина улитки – правый винт; рога памирского барана – энантиоморфы (один рог закручен по левой, а другой по правой спирали). Спиральная симметрия не бывает идеальной, например, раковина у моллюсков сужается или расширяется на конце.

Хотя внешняя спиральная симметрия у многоклеточных животных встречается редко, зато спиральную структуру имеют многие важные молекулы, из которых построены живые организмы  – белки, дезоксирибонуклеиновые кислоты  – ДНК. Подлинным царством природных  винтов является мир «живых молекул» – молекул, играющих принципиально  важную роль в жизненных процессах. К таким молекулам относятся, прежде всего, молекулы белков. В человеческом теле насчитывают до 10 типов белков. Все части тела, включая кости, кровь, мышцы, сухожилия, волосы, содержат белки. Молекула белка представляет собой цепочку, составленную из отдельных  блоков, и закрученную по правой спирали. Её называют альфа-спиралью. Молекулы волокон сухожилий представляют собой тройные альфа-спирали. Скрученные многократно друг с другом альфа-спирали  образуют молекулярные винты, которые  обнаруживаются в волосах, рогах, копытах. Молекула ДНК имеет структуру  двойной правой спирали, открытой американскими  учёными Уотсоном и Криком. Двойная  спираль молекулы ДНК есть главный  природный винт.

 

Заключение

 

С симметрией мы встречаемся  везде – в природе, технике, искусстве, науке.

Понятие симметрии проходит через всю многовековую историю  человеческого творчества. Принципы симметрии играют важную роль в физике и математике, химии и биологии, технике и архитектуре, живописи и скульптуре, поэзии и музыке. Законы природы, управляющие неисчерпаемой  в своём многообразии картиной явлений, в свою очередь, подчиняются принципам симметрии.

Существует множество  видов симметрии как в растительном, так и в животном мире, но при  всем многообразии живых организмов, принцип симметрии действует  всегда, и этот факт еще раз подчеркивает гармоничность нашего мира

Еще одним интересным проявлением  симметрии жизненных процессов  являются биологические ритмы (биоритмы), циклические колебания биологических  процессов и их характеристик (сокращения сердца, дыхание, колебания интенсивности  деления клеток, обмена веществ, двигательной активности, численности растений и  животных), зачастую связанные с  приспособлением организмов к геофизическим  циклам. Исследованием биоритмов  занимается особая наука - хронобиология.

Законам симметрии подчиняются  все формы на свете. Даже «вечно свободные» облака обладают симметрией, хотя и  искаженной. Замирая на голубом небе, они напоминают медленно движущихся в морской воде медуз, явно тяготея  к поворотной симметрии, а потом, гонимые поднявшимся ветерком, меняют симметрию на зеркальную.

Симметрия, проявляясь в  самых различных объектах материального  мира, несомненно, отражает наиболее общие, наиболее фундаментальные его свойства. Поэтому исследование симметрии  разнообразных природных объектов и сопоставление его результатов  является удобным и надежным инструментом познания основных закономерностей  существования материи.

Симметрия — это и есть равенство в широком смысле этого  слова. Значит, если имеет место симметрия, то чего-то не произойдет и, значит, что-то обязательно останется неизменным, сохранится.

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения / В.И. Вернадский - М., 1965.

2. Вейль Г. Симметрия / Г. Вейль. – М.: Наука, 1968.

3. Дягилев Ф.М. Концепции современного естествознания / Ф.М.Дягилев. – М.: ИМПЭ, 1998.

4. Концепции современного естествознания под ред. Л.А.Михайлова. – СПб.: Питер, 2008.

5. Концепции современного естествознания./ под ред. проф. С.А. Самыгина, 3-е изд. – Ростов н/Д: «Феникс», 2002.

6. Симметрия. Глава 7 – Режим доступа: http://www.solidstate/karelia.ru/…/text/glava7_1.htm.

7. Советский энциклопедический словарь — М.: Советская энциклопедия, 1980г.

8. Урманцев Ю. А. “Симметрия природы и природа симметрии” / Ю.А. Урманцев -  М.: Мысль, 1974г.