Симметрия и асимметрия в живых системах
Учение о симметрии и особенно принцип симметрии, который разработал В.И. Вернадский и его последователи, оказал значительное влияние на общенаучную картину мира, поскольку сформировал новую парадигму научного мышления [2].
Феномен симметрии и асимметрии в природе имеет глобальное значение. С ними связаны медицина (действие D- и L-лекарств, лечение дефектов речи), биология (исследование диссимметризации живого вещества биосферы в ходе его эволюции), химия (учение о пространственном строении и изомерии органических и неорганических молекул), кристаллография (D- и L-кристаллы), физика (обнаружение неодинаковой встречаемости D- и L-форм ряда элементарных частиц), математика (учение о D- и L-системах координат и векторов, D- и L-парах прямых и т.д.), философия (проявление правизны и левизны, видов симметрии на различных ступенях развития материи) [5].
Учение о симметрии и асимметрии позволяет раскрыть сущность самоорганизации и развития жизни в рамках различных направлений наук. При этом проблемы симметрии и асимметрии рассматриваются, прежде всего, в рамках биологии связанным с ней комплексом естественнонаучных дисциплин. Исследование проявления асимметрии в жизни занимало умы многих ученых, при этом в процессе исследования этого феномена наблюдались не только периоды активности, но и периоды застоя. Поэтому необходимость разработки целостного анализа, раскрывающего общую картину симметрии и асимметрии картина жизни как важной сферы познания, особенно остро осознается по мере накопления научных знаний и совершенствования методов научных исследований [6].
Поиск новых форм симметрии был интуитивно связан со стремлением к гармонии и порядку. В частности, выдающиеся русские ученые М.В. Ломоносов, А.В. Гадолин, Е.С. Федоров, Ю.В. Вульф и др., пользуясь понятием симметрии, разработали учение о формах и структуре кристаллов [3].
Биолог О. Браве (1811-1863) в результате проведенных им исследований заложил основу геометрического учения о симметрии кристаллов, одновременно с этим выявив, что живые организмы имеют принципиально иной вид симметрии по сравнению с объектами неживой природы. Этот французский ботаник и кристаллограф в середине XIX века впервые рассмотрел симметрию как общее свойство живой и неживой природы. Он стремился создать учение о симметрии, исходя одновременно из строения растений, минералов и геометрических многогранников.
Для объяснения законов симметрии О. Браве вводит следующую систему понятий - элементы симметрии, ось симметрии, центр симметрии и плоскость симметрии. К сожалению, работа выдающегося геометра и натуралиста была прервана в самом разгаре неизлечимой болезнью, и исследования законов симметрии были прерваны до начала XX века [8].
Таким образом, в XIX в. появились первые труды, посвященные симметрии растений, животных, биогенных молекул. В XX в. Биологические объекты исследовались с позиций общей теории симметрии и с точки зрения учения о правизне и левизне.
В процессе изучения биологических феноменов важно иметь в виду, что общими для живой и неживой природы являются следующие типы симметрии - спиральная, трансляционная (переносная), поворотная и симметрия подобия
Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы
. Для живой природы характерны такие виды симметрии и асимметрии как криволинейная симметрия, флуктуирующая асимметрия, билатеральная симметрия, винтовая симметрия, комбинированная симметрия, обобщенная симметрия, вторичная асимметрия, биохимическая асимметрия, вторичная симметрия и т.д. Учет этих особенностей живого позволяет углубить понимание его структурных и эволюционных оснований [7].
Между элементами и формами симметрии биологических объектов существует тесная взаимосвязь, которая выражается в следующем: чем проще элементы симметрии (ось, центр, плоскость симметрии), тем они больше дают вариантов симметрии и, наоборот, чем сложнее элементы симметрии (кривые линии, кривые поверхности), тем меньше вариантов симметрии может образоваться.
2. Значение симметрии и асимметрии в живых системах
Признаки симметрии в живых организмах детерминированы условиями внешней среды. В частности, в полностью изотропных экологических нишах наблюдается максимальная степень симметрии живых существ. Первые живые организмы на планете, представленные плавающими в толще воды одноклеточными, имели максимально возможную степень симметрии – шаровую форму.
Процесс асимметризации животных по вертикальной оси развивался под воздействием сил гравитации, что привело к образованию у подвижных животных спинной и брюшной сторон тела. Которые характерны как для животных с билатеральным, так и радиальным типом симметрии. Ряду сидячих организмов, обладающих радиально-симметричным типом строения присуще отсутствие брюшной и спинной сторон тела, которые заменяются нижним аборальным и верхним оральным полюсами тела [4].
Асимметризация организмов в горизонтальном направлении по передне-задней оси происходила в процессе взаимодействия с пространственным полем. Такая асимметрия была обусловлена необходимостью совершения быстрых направленных движений, таких как спасение от хищника или процесс охоты. В результате этого процесса на передней части тела сформировались система основных рецепторов и нервных ганглиев, а в последствии и головной мозг животного [10].
Многоклеточные организмы, обладающие билатеральной симметрией стали активно развиваться в последние 600—535 млн лет. Их преобладание в фауне планеты окончательно утвердилось после так называемого «кембрийского взрыва». До этого момента в фауне преобладали представители вендской фауны, обладающие как радиальной симметрией, так и специфическим типом строения, получившим название « симметрии скользящего отражения». Примером животных обладающих таким типом симметрии является чарния.
Среди представителей современней фауны первично-радиальная симметрия сохранилась у губок и гребневиков, хотя в большинстве своем стрекающие животные относятся к радиально-симметричым организмам, а коралловые полипы обладают билатеральной симметрией.
Современные представления о строении стрекающих организмов свидетельствуют о том, что симметрия данных животных изначально носила билатеральный характер, а радиальная симметрия медузозоев, является вторичной.
В.Н.Беклемишев в своем классическом труде [1] дал подробный анализ элементов симметрии и подробную классификацию типов симметрии протистов
50% реферата недоступно для прочтения
Закажи написание реферата по выбранной теме всего за пару кликов. Персональная работа в кратчайшее
время!
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24. Это бесплатно.
