Hozzászólás a természet központi szimmetriájához. Tengelyszimmetria az élő és élettelen természetben

Bevezetés

A környező világ szépségében gyönyörködve nem gondolunk arra, mi rejlik ennek a szépségnek a szívében.

Először is, te és én egy szimmetrikus világban élünk, amelyet a Föld bolygó életkörülményei határoznak meg. Talán egy személy tudat alatt megérti, hogy a szimmetria a stabilitás egy formája, ami bolygónkon való létezést jelent.

Másodszor, az embert körülvevő emberek, a növények szimmetrikusak. De ha jobban megnézed, láthatod, hogy a figurák csak majdnem szimmetrikusak. De ezt az emberi szem nem mindig érzékeli. Az emberi szem fokozatosan hozzászokik a szimmetrikus tárgyak látásához. Harmonikusnak és tökéletesnek tartják őket.

Nehéz olyan embert találni, akinek fogalma sincs a szimmetriáról. A hétköznapi "nem matematikai" életben gyakran kell szimmetriáról beszélnünk. Csak ebben az esetben gyakran használjuk a "szimmetrikus", "szimmetrikusan elhelyezkedő" szavakat. A szimmetriával mindenhol találkozunk – a természetben, a technológiában, a művészetben...

A tudomány jelenleg bővíti a szimmetriával kapcsolatos tanításait. Új kiterjedt részekkel egészül ki, mint például a színszimmetria, a többdimenziós terek szimmetriája stb. A szimmetria téma továbbra is aktuális.

Hipotézis: Mindenben van szimmetria

Cél: vegyünk példákat a szimmetria természetben való alkalmazására

Feladatok:

Találd meg a szimmetriát a körülötted lévő világban.

Bizonyítsuk be, hogy valóban szimmetrikus objektumok vesznek körül bennünket.

Határozza meg a szimmetria jelentését és használatát az életben!

A kutatómunka szakaszai és megszervezése:

A témával kapcsolatos szakirodalom és források tanulmányozása, elemzése.

Az elméleti anyag általánosítása.

Referenciaanyag összeállítása (táblázatok, diagramok, szótárak).

Kutatási terv:

Szimmetria az állatok, rovarok és madarak életében.

1. Vizsgálja meg a rovarok, madarak, állatok megjelenését;

   Hasonlítsa össze a pillangók megjelenését;

Szimmetria a növények életében.

2.1. Fedezze fel a növényvilágot - virágok, levelek?

2.2. Állapítsa meg, előfordul-e szimmetria a színekben;

2.3. Elemezze a különböző színek szimmetriatengelyeinek számát.

Szimmetria az emberben

A szimmetria jelentése és felhasználása az életben.

Általános következtetés.

én . Szimmetria az állatok, rovarok és madarak életében

Egy pillangó repül a tisztás fölött. A szárnyai teljesen egyformának tűnnek. Mintha ezt megerősítené, ráül egy virágra, összehajtja, és azt látjuk, hogy az egyik szárny alakja pontosan megismétli a másik szárnyának alakját.

Tehát a pillangó szárnyai ugyanazok? Nem igazán. Ha leveszed a jobb szárny másolatát, és lecseréled vele a bal szárnyat, akkor nem lesz pontos egyezés: vagy az élénk színek lesznek a rossz oldalon, vagy a szárnyak összecsukva nem egyeznek.

Ha egy madár megakad a szemedben, nézd meg alaposan. A madár azért repül olyan jól, mert szimmetriája van. Más szóval, ha gondolatban felosztja a madarat a teste mentén, mindkét fele egyforma lesz.

A szimmetrikus általában szép számunkra. Ez azzal magyarázható, hogy az egyik rész kiegyensúlyozza a másikat.

Egy hattyú kecsesen mozog egy kis tó nyugodt felszínén, - hirtelen megállt, megdermedt. És a vízben láthatja ennek a madárnak a tükörképét. Az ilyen tükröződést tükörképnek is nevezhetjük. Tükröző visszaverődést úgy kaphatunk, hogy veszünk egy tükröt és függőlegesen a rajzra helyezzük úgy, hogy a tükör széle pontosan a rajz közepén haladjon át (pillangók, szitakötők). Kiderült, hogy a rajz fele a tükörben való tükröződésével együtt a régi rajzot alkotja.

Azokat az objektumokat, amelyeknek egyik felét a másik felének tükörképeként kaphatjuk meg, szimmetrikusnak, magát a képet pedig tükörszimmetriának nevezzük.

A művészeket, különösen a tájfestőket gyakran vonzza a reflexiók átadása egy folyó vagy tó nyugodt felszínén. Emlékezzünk vissza I. I. „A tavasz egy nagy folyó” festményeire. Levitan, "Alyonushka", V.M. Vasnetsov, "Túlnőtt tavacska", V.D. Polenov.

A mély folyónk tükörképének szembetűnő példája lehet egy templom tükörképe. (kép szerint) és egyéb tárgyak (házak, fák...)

Ha mentálisan felosztod az állat testét a teste mentén (nyúl, kutya, elefánt...), akkor mindkét fele egyforma lesz, pl. szimmetrikus. Bár előfordulhatnak enyhe eltérések a színben - az állatok elszíneződésében.

Következtetések:

1. A rovarok, madarak és állatok – szimmetriával rendelkeznek;

2. A formák szimmetriája, a rovarok, madarak színe szépséget ad;

3. A szimmetria az egyensúlyt szolgálja.

Szimmetria a növények életében

A leveleket tükörszimmetria jellemzi. Ugyanez a szimmetria megtalálható a virágokban is, de tükörszimmetriájuk gyakran a forgásszimmetriával kombinálva jelenik meg. Gyakoriak a figuratív szimmetria (akác, hegyi kőris ágak). Érdekes módon a virágvilágban az 5. rendű forgásszimmetria a leggyakoribb, ami az élettelen természet periodikus struktúráiban alapvetően lehetetlen.

N. Belov akadémikus ezt azzal magyarázza, hogy az V. rend tengelye egyfajta eszköze a létért való küzdelemnek, „biztosítás a megkövesedés, kikristályosodás ellen, amelynek első lépése a rács általi elfogásuk lenne”. , az élő szervezetnek nincs kristályos szerkezete abban az értelemben, hogy még az egyes szervei sem rendelkeznek térhálóval. A rendezett szerkezetek azonban igen széles körben képviseltetik magukat benne. A tavasz beköszöntével évről évre mindannyian megcsodálhatjuk a növényeket, fákat és virágaikat egész nyáron egészen késő őszig.

Nézzük juharfalevél ... A juharlevél szimmetrikus. Ha a középső függőleges szár-ér mentén hajlítja, akkor a levél így kapott részei egybeesnek egymással. És előttünk két fél - jobb és bal! A kísérlet tükörrel is elvégezhető; a tükör tükröződése a juharlevél felét egészíti ki. A juharlevél tükörszimmetriájú, és ha egy papírra rajzolod, a kapott lapos figurának szimmetriatengelye lesz.

A további kutatások középpontjában a szimmetria megtalálása állt a növények virágaiban és gyümölcseiben.

Vegyük fontolóra e gyümölcsök bármelyikének vágását. A szakaszban egy kört képviselnek.

A szimmetria a következő színek képén látható: pitypang virág, csikóvirág, tavirózsa virág, kamilla mag.

Következtetések:

Bármely növényben megtalálható olyan rész, amelynek szimmetriája van. Ezek lehetnek levelek, virágok, szárak, fatörzsek, gyümölcsök és kisebb részek, például virágmag, bibe, porzó és mások.

A szimmetria leginkább a növényi termésekre és egyes virágokra jellemző.

A növényi szár szimmetrikus.

A virágok alakjának és színének szimmetriája szépséget ad nekik.

Szimmetria az emberben

Az emberi test kétoldali szimmetriával rendelkezik (megjelenés és vázszerkezet). Mindig is ez a szimmetria volt és a fő forrása a jól felépített emberi test esztétikai csodálatának. Az emberi test a kétoldalú szimmetria elve szerint épül fel.

A legtöbben az agyat egyetlen szerkezetnek tekintjük, valójában két részre oszlik. Ez a két rész – a két félteke – szorosan illeszkedik egymáshoz. Teljes összhangban az emberi test általános szimmetriájával, mindegyik félteke szinte pontos tükörképe a másiknak.

Az emberi test alapvető mozgásainak és érzékszervi funkcióinak irányítása egyenletesen oszlik meg a két agyfélteke között. A bal félteke irányítja az agy jobb oldalát, a jobb pedig a bal oldalt.

Következtetések:

A szimmetria a fiatalság és az egészség mutatója is. A szimmetrikusabb testű férfiak vonzóbbak a nők számára, mint a nem szimmetrikus férfiak. A szimmetrikus virágok vonzóbbak a méhek számára, mivel több nektárjuk van. A szimmetria nagyon gyakran a testi egészség mutatója is, míg hiánya rávilágíthat valamilyen funkció vagy betegség lehetséges károsodására. Alekszandr Trifonov gyakorlati orvos a különféle betegségek előfordulási mechanizmusait tanulmányozva arra a következtetésre jutott, hogy betegségeink okai nemcsak és nem annyira vírusok és más káros környezeti tényezők, hanem az emberi test szerkezetének genetikailag meghatározott megsértése. A szimmetrikus állatok tovább élnek, mint a nem szimmetrikus állatok, ami arra is utal, hogy a szimmetria az egészség mutatója. Ez is a jobb termékenység mutatója. Az arc aszimmetriája az öregedés jele.

www. arbuz.uz.ru;

Vess egy pillantást a körülötted lévő emberek arcára: az egyik szemed kissé szűkebb, a másik kisebb, az egyik szemöldök jobban ívelt, a másik kevésbé; az egyik fül magasabban, a másik lejjebb van. Az elmondottakhoz hozzátesszük, hogy az ember többet használja a jobb szemét, mint a balját. Figyeld meg például azokat az embereket, akik fegyverből vagy íjból lőnek.

A felhozott példákból látható, hogy az emberi test felépítésében, szokásaiban egyértelműen kifejeződik az a vágy, hogy élesen kiemeljen bármilyen irányt - jobbra vagy balra. Ez nem véletlen. Hasonló jelenségek figyelhetők meg növényekben, állatokban és mikroorganizmusokban is.

A tudósok már régóta észrevették ezt. Még a 18. században. Bernardin de Saint Pierre tudós és író rámutatott, hogy az összes tenger tele van számtalan faj egyértékű haslábával, amelyekben minden fürt balról jobbra irányul, akárcsak a Föld mozgása, ha lyukakkal északra helyezik el és éles. véget ér a Földhöz.

Mielőtt azonban megvizsgálnánk az ilyen aszimmetria jelenségeit, először megtudjuk, mi a szimmetria.

Ahhoz, hogy legalább az élőlények szimmetriájának tanulmányozása során elért főbb eredményeket megértsük, magának a szimmetriaelméletnek az alapfogalmaival kell kiindulni. Ne feledje, hogy a mindennapi életben mely testeket tekintik általában egyenlőnek. Csak azokat, amelyek teljesen egyformák, vagy pontosabban, amelyek egymásra helyezve minden részletükben kombinálódnak egymással, mint például az 1. ábrán látható két felső szirom. A szimmetriaelméletben azonban a A kompatibilis egyenlőségen kívül még kétféle egyenlőség különböztethető meg - tükrözött és tükrözött. Tüköregyenlőség esetén az 1. ábra középső sorából a bal szirom csak előzetes tükörben való tükrözés után állítható pontosan a jobb oldali szirmhoz. Két test kompatibilis tüköregyenlőségével pedig a tükörben való tükrözés előtt és után is kombinálhatók egymással. Az 1. ábrán az alsó sor szirmai egyenlőek egymással, kompatibilisek és tükröződnek.

A 2. ábrán látható, hogy néhány egyenlő rész jelenléte az ábrán még mindig nem elég ahhoz, hogy az ábrát szimmetrikusnak ismerjük fel: bal oldalon szabálytalanul helyezkednek el, és aszimmetrikus ábránk van, jobbra monotonok és szimmetrikus peremünk van. . Az alakzat egyenlő részeinek egymáshoz viszonyított szabályos, egyenletes elrendezését szimmetriának nevezzük.

Az ábra részeinek elrendezésének egyenlősége és egységessége szimmetriaműveletekkel derül ki. Az elforgatásokat, fordításokat és tükrözéseket szimmetriaműveleteknek nevezzük.

Számunkra itt a fordulatok és a tükröződések a legfontosabbak. Az elforgatások alatt egy 360°-os tengely körüli szokásos elforgatásokat értjük, amelyek eredményeként a szimmetrikus alak egyenlő részei helyet cserélnek, és az ábra egésze önmagával kombinálódik. Ebben az esetben azt a tengelyt, amely körül a forgás történik, egyszerű szimmetriatengelynek nevezzük. (Ez az elnevezés nem véletlen, hiszen a szimmetriaelméletben különféle összetett tengelyeket is megkülönböztetnek.) A tengely körüli egy teljes fordulat során egy alakzat önmagával való kombinációinak számát a tengely rendjének nevezzük. Így a 3. ábrán látható tengeri csillag képének egy egyszerű ötödrendű tengelye halad át a középpontján.

Ez azt jelenti, hogy egy csillag képét a tengelye körül 360°-kal elforgatva képesek leszünk ötször egymásra helyezni alakjának egyenlő részeit.

Reflexiók alatt bármilyen tükör-visszaverődést értünk - egy pontban, vonalban, síkban. Azt a képzeletbeli síkot, amely az ábrákat két tükör egyenlő felére osztja, szimmetriasíknak nevezzük. Tekintsünk egy ötszirmú virágot a 3. ábrán. Öt szimmetriasíkja van, amelyek egy ötödrendű tengelyen metszik egymást. Ennek a virágnak a szimmetriája a következőképpen jelölhető: 5 * m. Az 5-ös szám itt egy ötödrendű szimmetriatengelyt jelent, m pedig egy síkot, egy pont öt sík metszéspontjának jele ezen a tengelyen. Az ilyen ábrák szimmetriájának általános képlete n * m formában van írva, ahol n a tengely szimbóluma. Ezenkívül értékei 1-től a végtelenig (?) lehetnek.

Az élőlények szimmetriájának vizsgálatakor azt találták, hogy az élő természetben az n * m típusú szimmetria található leggyakrabban. A biológusok ennek a típusnak a szimmetriáját radiálisnak (radiálisnak) nevezik. A 3. ábrán látható virágokon és tengeri csillagokon kívül a sugárirányú szimmetria velejárója a medúzáknak és polipoknak, az alma, citrom, narancs, datolyaszilva terméseinek keresztmetszete (3. ábra) stb.

Az élő természet megjelenésével bolygónkon a szimmetria új típusai jelentek meg és alakultak ki, amelyek korábban vagy egyáltalán nem léteztek, vagy kevés volt. Ez különösen jól látható az n * m típusú szimmetria egy sajátos esetének példáján, amelyre az jellemző, hogy csak egy szimmetriasík osztja az ábrát két tükör egyenlő félre. A biológiában ezt az esetet bilaterális (kétoldalú) szimmetriának nevezik. Az élettelen természetben ez a fajta szimmetria nem domináns, de az élő természetben rendkívül gazdagon képviselteti magát (4. kép).

Emberek, emlősök, madarak, hüllők, kétéltűek, halak, sok puhatestű, rákfélék, rovarok, férgek testének külső felépítésére jellemző, valamint számos növényre, például a sárkányvirágra.

Úgy gondolják, hogy ez a szimmetria az élőlények fel-le, előre és hátra mozgásának különbségeihez kapcsolódik, míg jobbra és balra mozgásaik teljesen azonosak. A kétoldali szimmetria megsértése elkerülhetetlenül az egyik oldal mozgásának gátlásához és a transzlációs mozgás körkörössé történő megváltozásához vezet. Ezért nem véletlen, hogy az aktívan mozgó állatok bilaterálisan szimmetrikusak.

A mozdulatlan élőlények és szerveik kétoldalúsága a kapcsolódó és a szabad oldalak egyenlőtlen feltételeiből adódik. Nyilvánvalóan ez a helyzet néhány korallpolip levelével, virágával és sugarával.

Itt érdemes megjegyezni, hogy az élőlények között még nem találkoztak szimmetriával, amely csak egy szimmetriaközép jelenléte miatt merül ki. A természetben a szimmetriának ez az esete talán csak a kristályok között gyakori; ide tartoznak többek között a réz-szulfát kék kristályai, amelyek tökéletesen kinőnek az oldatból.

A szimmetria egy másik fő típusát csak egy n-edik rendű szimmetriatengely jellemzi, és axiálisnak vagy axiálisnak nevezik (a görög "axon" szóból - tengely). Egészen a közelmúltig nem ismerték a biológusok azokat az organizmusokat, amelyek alakját axiális szimmetria jellemzi (a legegyszerűbb, speciális eset kivételével, amikor n = 1). Nemrég azonban felfedezték, hogy ez a szimmetria széles körben elterjedt a növényvilágban. Minden olyan növény (jázmin, mályva, flox, fukszia, gyapot, sárga tárnics, centaury, oleander stb.) korollájában rejlik, amelyek szirmainak szélei legyezőszerűen az óramutató járásával megegyezően, ill. az óramutató járásával ellentétes irányban (5. ábra).

Ez a szimmetria egyes állatokban rejlik, például a medúzában aurelia insulinda (6. ábra). Mindezek a tények egy új szimmetriaosztály létezésének megállapításához vezettek az élő természetben.

A tengelyszimmetriás objektumok a diszszimmetrikus, azaz rendezetlen szimmetriájú testek speciális esetei. Minden más tárgytól különböznek, különösen a tükörreflexióhoz való sajátos hozzáállásukban. Ha a madártojás és a rák teste tükörtükrözés után egyáltalán nem változtatja meg alakját, akkor (7. kép)

árvácska axiális virága (a), puhatestű aszimmetrikus spirálhéja (b) és összehasonlításképpen óra (c), kvarckristály (d), aszimmetrikus molekula (e), tükörtükrözés után megváltoztatják alakjukat, számos ellentétes előjelre tesz szert. A valódi óra és a tükör mutatói ellentétes irányban mozognak; a folyóirat oldalán a sorokat balról jobbra írják, a tükrözötteket pedig jobbról balra, úgy tűnik, hogy minden betű kifelé van fordítva; a kúszónövény szára és a haslábú puhatestű spirális héja a tükör előtt balról felfelé haladva jobbra, a tükrösek pedig jobbról felfelé balra stb.

Ami az axiális szimmetria (n = 1) fentebb említett legegyszerűbb, speciális esetét illeti, azt a biológusok régóta ismerik, és aszimmetrikusnak nevezik. Elég például az állatfajok túlnyomó többségének, így az embernek a belső szerkezetéről alkotott képre hivatkozni.

Már a fenti példákból is jól látható, hogy a diszszimmetrikus tárgyak két változatban létezhetnek: eredeti és tükörkép formájában (emberkéz, puhatestű kagyló, árvácska corollas, kvarckristály). Ebben az esetben az egyik formát (nem számít, melyiket) jobb oldali P-nek, a másik bal oldali L-nek hívják. Itt nagyon fontos megérteni, hogy a jobb és bal oldalt nem csak kéznek hívják és hívják. vagy egy e tekintetben ismert személy lába, de bármilyen diszszimmetrikus test is - emberi termelés termékei (jobb- és balmenetes csavarok), szervezetek, élettelen testek.

A P-L-formák felfedezése az élő természetben egyszerre számos új és nagyon mély kérdést vetett fel a biológia számára, amelyek közül sokat ma már összetett matematikai és fizikai-kémiai módszerekkel oldanak meg.

Az első kérdés a P- és L-biológiai objektumok alakjának és szerkezetének törvényszerűségeinek kérdése.

Újabban a tudósok az élő és élettelen természetű diszszimmetrikus objektumok mély szerkezeti egységét hozták létre. A helyzet az, hogy a jobb-balkezesség egy olyan tulajdonság, amely egyformán velejárója az élő és az élettelen testnek. A jobboldali-baloldalisághoz kapcsolódó különféle jelenségek is közösnek bizonyultak náluk. Csak egy ilyen jelenséget emeljünk ki: a diszszimmetrikus izomériát. Megmutatja, hogy a világban sok különböző szerkezetű objektum létezik, de ugyanazokkal a részekkel, amelyek ezeket a tárgyakat alkotják.

A 8. ábra a megjósolt, majd felfedezett 32 boglárka corolla formát mutatja. Itt minden esetben ugyanaz a részek (szirmok) száma - öt-öt; csak a kölcsönös elrendezésük különbözik. Ezért itt van egy példa a corollas diszszimmetrikus izomériájára.

Másik példaként szolgálhatnak a glükózmolekulától teljesen eltérő természetű objektumok. Pontosan a felépítésük azonos törvényei miatt tekinthetjük őket a boglárkakorolla mellett. A glükóz összetétele a következő: 6 szénatom, 12 hidrogénatom, 6 oxigénatom. Ez az atomkészlet nagyon különböző módon oszlik el a térben. A tudósok úgy vélik, hogy a glükózmolekulák legalább 320 különböző fajban létezhetnek.

A második kérdés: milyen gyakran fordulnak elő a természetben élő szervezetek P- és L-formái?

A legfontosabb felfedezést ebből a szempontból az élőlények molekuláris szerkezetének vizsgálata tette. Kiderült, hogy minden növény, állat és mikroorganizmus protoplazmája főleg csak a P-cukrokat asszimilálja. Ezért minden nap megfelelő cukrot együnk. Az aminosavak viszont főleg L-formában, a belőlük épülő fehérjék pedig főleg P-formában találhatók meg.

Vegyünk például két fehérjetartalmú ételt: a tojásfehérjét és a juhgyapjút. Mindketten "jobbkezesek". Gyapjú és tojásfehérje "balkezes" a természetben még nem találtak. Ha lehetséges lenne valamilyen módon L-gyapjút, azaz olyan gyapjút létrehozni, amelyben az aminosavak a balra tekeredő csavar falai mentén helyezkednének el, akkor megoldódna a lepkék elleni küzdelem problémája: egy lepke. csak P-gyapjút ehetnek, ugyanúgy, ahogy az emberek csak a hús, a tej, a tojás P-fehérjét asszimilálják. És ezt nem nehéz megérteni. A vakond emészti meg a gyapjút, az ember pedig a húst speciális fehérjék – enzimek – segítségével, amelyek szintén jobbkezesek. És ahogy az L-csavart nem lehet U-menetes anyákba csavarni, úgy az L-gyapjút és az L-húst sem lehet P-enzimek segítségével megemészteni, ha találtak ilyet.

Talán ez is a rákként ismert betegség rejtélye: vannak információk, hogy számos esetben a rákos sejtek nem a jobb, hanem a bal oldali fehérjékből építik fel magukat, amelyeket nem emésztenek fel enzimjeink.

A jól ismert penicillin antibiotikumot a penész csak P-formában állítja elő; mesterségesen előállított L-formája nem aktív antibiotikum. A gyógyszertárakban a kloramfenikol antibiotikumot árulják, nem pedig az antipódját - a pravomycetint, mivel az utóbbi gyógyászati ​​tulajdonságaiban lényegesen rosszabb, mint az előbbi.

A dohány L-nikotint tartalmaz. Többször mérgezőbb, mint a P-nikotin.

Ha figyelembe vesszük az organizmusok külső szerkezetét, akkor itt is ugyanezt fogjuk látni. Az esetek túlnyomó többségében az egész organizmusok és szerveik P- vagy L-formában találhatók meg. A farkasok és kutyák testének hátulja futás közben oldalra kerül, így jobb- és balfutókra oszlanak. A balkezes madarak összecsukják szárnyaikat úgy, hogy a bal szárny átfedje a jobb oldalt, a jobbkezesek pedig fordítva. Egyes galambok repülés közben inkább jobbra, mások balra köröznek. Ezért a galambokat régóta népszerűen "pravukhokra" és "levukhokra" osztják. A fruticicol lantzi kagyló héja főleg U-örvénylő formában található. Figyelemre méltó, hogy a sárgarépával való táplálkozás során ennek a puhatestűnek a túlnyomó P-formái szépen növekednek, és antipódjaik - L-puhatestűek - élesen fogynak. A csillók testén elhelyezkedő spirális elrendezése miatt a csillós cipő egy vízcseppben mozog, mint sok más protozoa, egy bal oldali tekercselő dugóhúzó mentén. Ritkán fordulnak elő olyan csillók, amelyeket egy jobb oldali pörgés hajt a környezetbe. A nárcisz, az árpa, a gyékény stb. jobbkezesek: leveleik csak U-spirális formában találhatók (9. kép). De a bab balkezes: az első réteg levelei gyakrabban L-alakúak. Figyelemre méltó, hogy a P-levelekhez képest az L-levelek nagyobb súlyúak, nagyobb területük, térfogatuk, a sejtnedv ozmotikus nyomása és növekedési sebessége.

A szimmetria tudománya is sok érdekességgel szolgálhat az emberről. Mint tudják, a világon átlagosan a balkezesek körülbelül 3%-a (99 millió) és a jobbkezesek 97%-a (3 milliárd 201 millió). Egyes hírek szerint az Egyesült Államokban és az afrikai kontinensen lényegesen több a balkezes, mint például a Szovjetunióban.

Érdekes megjegyezni, hogy a jobbkezesek agyában a beszédközpontok a bal oldalon, a balkezeseknél pedig a jobb oldalon találhatók (más adatok szerint mindkét féltekén). A test jobb felét a bal, a bal oldalt a jobb félteke irányítja, és a legtöbb esetben a jobb testfél és a bal félteke fejlettebb. Az embereknél, mint tudod, a szív a bal oldalon, a máj a jobb oldalon van. De minden 7-12 ezer emberre jut, akinél a belső szervek egésze vagy egy része tükörben rendeződik, vagyis fordítva.

A harmadik kérdés a P- és L-alak tulajdonságainak kérdése. A már idézett példák világossá teszik, hogy az élő természetben a P- és L-alak számos tulajdonsága nem azonos. Tehát puhatestűekkel, babbal és antibiotikumokkal példákat használva megmutattuk a különbséget a táplálkozásban, a növekedési sebességben és az antibiotikum aktivitásban P- és L-formáikban.

Az élőtermészet P- és L-formáinak ez a sajátossága nagyon fontos: teljesen új oldalról teszi lehetővé az élő szervezetek éles megkülönböztetését az élettelen természet mindazon P- és L-testeitől, amelyek valamilyen módon ill. egy másik egyenrangú tulajdonságaikban, például az elemi részecskékből.

Mi az oka az élő természet diszszimmetrikus testeinek mindezen jellemzőinek?

Megállapítást nyert, hogy a bacillus mycoides mikroorganizmusok agar agaron P- és L-vegyületekkel (szacharóz, borkősav, aminosavak), L-kolóniákkal tenyésztve P-, P- L-formákká alakíthatók. Egyes esetekben ezek a változások hosszú távúak voltak, esetleg örökletesek. Ezek a kísérletek azt mutatják, hogy az organizmusok külső P- vagy L-formája az anyagcserétől, valamint az ebben a cserében részt vevő P- és L-molekuláktól függ.

Néha a P- átalakulása L-formává és fordítva történik emberi beavatkozás nélkül.

V. I. Vernadsky akadémikus megjegyzi, hogy az Angliában talált Fusus antiquus fosszilis puhatestűek minden héja balkezes, a modern kagyló pedig jobbkezes. Nyilvánvaló, hogy az ilyen változások okai a geológiai korszakok során változtak.

Természetesen a szimmetriatípusok változása az élet fejlődésével nem csak a diszszimmetrikus szervezetekben következett be. Tehát egyes tüskésbőrűek egykor kétoldalúan szimmetrikus mobil formák voltak. Aztán ülő életmódra váltottak, és radiális szimmetriát alakítottak ki (bár lárváik továbbra is megtartják a kétoldali szimmetriát). A tüskésbőrűek egy részében, amely másodszor tért át aktív életmódra, a radiális szimmetriát ismét kétoldali szimmetria váltotta fel (szabálytalan sün, tengeri uborka).

Eddig a P- és L-szervezetek és szerveik alakját meghatározó okokról beszéltünk. Miért nem találhatók meg ezek a formák egyenlő mennyiségben? Általában több P- vagy L-forma létezik. Ennek okai nem ismertek. Egy nagyon valószínű hipotézis szerint az okok a diszszimmetrikus elemi részecskék, például a világunkban uralkodó jobbkezes neutrínók, valamint a szórt napfényben mindig kis feleslegben létező jobbkezes fények lehetnek. Mindez kezdetben a diszszimmetrikus szerves molekulák jobb és bal formáinak eltérő előfordulását eredményezheti, majd a P és L organizmusok és részeik eltérő előfordulásához vezethet.

Ez csak néhány kérdés a bioszimmetriával - az élő természetben zajló szimmetrizációs és diszszimmetrikus folyamatok tudományával.

Mindenekelőtt ismerkedjünk meg a szimmetriaelmélet alapfogalmaival. Mely testeket tekintik általában egyenlőnek? Azokat, amelyek teljesen egyformák, vagy pontosabban, amelyek egymásra helyezve minden részletükben kombinálódnak egymással, mint például az 1. ábrán látható két szirom, a. A szimmetriaelméletben azonban ezen felül összeegyeztethető az egyenlőség két további egyenlőségtípust különböztet meg - tükörés kompatibilis-tükrözés. Tüköregyenlőség esetén az 1. ábra bal oldali sziromja, b csak úgy lehet pontosan igazítani a jobb sziromhoz, ha először tükrözi a tükörben. Ha két test kombinálható egymással a tükörben való tükrözés előtt és után is, akkor ez kompatibilis tükör egyenlőség. Szirmok az 1. ábrán, v egymással egyenlőek és kompatibilisek és tükröződnek.

De az ábrán néhány egyenlő rész jelenléte még mindig nem elegendő ahhoz, hogy az ábrát szimmetrikusnak ismerjük fel: az 1. d ábrán a virágkorolla szirmai kaotikusan, szabálytalanul helyezkednek el, az ábra pedig aszimmetrikus, lent (e) a szirmok egyenletesen helyezkednek el, a corolla szimmetrikus. Ilyen az ábra egyenlő részeinek egymáshoz viszonyított szabályos, egyenletes elrendezését szimmetriának nevezzük.

Rizs. 1. Szirompárok: a - kompatibilis egyenlő; b - tükör egyenlő; in - és kompatibilis és tükör egyenlő. Öt szirmból álló ábrák: d - egymáshoz képest véletlenszerűen elhelyezkedő; d - természetesen. A felső ábra aszimmetrikus, az alsó szimmetrikus.

A szimmetriaműveleteken keresztül tárul elénk az ábrarészek elhelyezkedésének egyenlősége, egységessége. Az elforgatásokat, átfordításokat, tükrözéseket és ezek kombinációit szimmetriaműveleteknek nevezzük. Alatt fordulatokat megérteni a szokásos 360 °-os tengely körüli elforgatásokat, amelyek eredményeként a szimmetrikus alak egyenlő részei helyet cserélnek, és az ábra egésze egyszer egyesül önmagával. Azt a tengelyt, amely körül a forgás történik, ún egyszerű szimmetriatengely (n). Ez az elnevezés nem véletlen, mivel a szimmetriaelméletben különféle összetett tengelyeket is megkülönböztetnek. Az ábra önmagához való igazításainak száma egy teljes fordulat alatt a tengely körül (NS) hívott tengelyrend. A 2. ábra olyan objektumokat mutat be, amelyeknek csak egy egyszerű szimmetriatengelye van ilyen vagy olyan sorrendben. Ezt a fajta szimmetriát ún tengelyirányú vagy tengelyirányú.

Alatt tükröződések minden tükör tükröződést megérteni - egy pontban, egyenesben, síkban. Az alakokat két tükörfélre osztó képzeletbeli síkot ún szimmetriasík. A 3. ábrán látható ábrák mindegyikének - rák, pillangó, növényi levél - csak egy szimmetriasíkja van, két tüköregyenlő részre osztva. Ezért ezt a fajta szimmetriát a biológiában ún kétoldalú vagy kétoldalú.

A 4. ábrán olyan testek láthatók, amelyeknek már nem egy, hanem négy szimmetriasíkjuk van, és egy negyedrendű tengelyen metszik egymást. Az ilyen testek szimmetriája a következőképpen jelölhető: 4 * T. A 4-es szám itt egy negyedrendű szimmetriatengelyt jelent, és m- sík, pont - négy sík metszéspontja ezen a tengelyen. Az ilyen ábrák szimmetriájának általános képlete a formába van írva n * t, hol van a tengely szimbólum, T - sík szimbólum; egyenlő lehet 1, 2, 3, .... A biológiában a szimmetria n * t hívott sugárirányú(a tengelyen metsző síkok egész legyezője miatt). Nyilvánvaló, hogy a kétoldali szimmetria a radiális szimmetria speciális esete, hiszen ebben az esetben T= 1 * T.

hordoz - egyenes vonal mentén halad AB távolról a. Ez a művelet csak egy speciális irányba feszített objektumokra alkalmazható. AB. A legkisebb út a, amelyet számos alakzatnak kell bejárnia az önigazítás megtörténte előtt elemi átadás. Az átviteli művelet egy speciális szimmetriaelemnek is megfelel - fordítási tengely (a): egyenes AB vagy bármilyen egyenes, párhuzamos AB. Az átvitelek tengelye (o) csak a végtelen alakokban rejlik, olyanokban, amelyek csak egy speciális irányban (mint a "rudak"), két speciális irányban (például "rétegek"), három speciális irányban (például "kristályok") végtelenül megnyúltak. "). Ebben az esetben úgy tekintjük, hogy azokat a testeket, amelyek semmilyen irányban nem végtelenül megnyúltak (mint például a 2., 3., 4. és 5. ábrákon láthatóak), nulldimenziós szimmetria jellemzi; egy speciális irányban megnyúlt testek - egydimenziós szimmetria, két - kétdimenziós szimmetria, három - háromdimenziós szimmetria. Most nézzük meg ezeket a szimmetriákat sorrendben.

Rizs. 2. Axiális szimmetria: a - inzulin aurelia medúza; b - gyermek fonó; c - egy kémiai vegyület molekulája. Ha ezeket a figurákat 360-kal elforgatjuk, az ábrák egyenlő részei 4-szer, 4-szer, 6-szor esnek egybe.

Nulla dimenziós szimmetria, amint már említettük, a végtelenül, semmilyen irányban nem megnyúlt testek velejárója. Nyilvánvalóan ez a szimmetriája egyetlen A betűnek, egyetlen szénatomnak (C), növény levelének, puhatestűnek, embernek, szén-dioxid molekulának (CO 2), víznek (H 2 O), Föld, a Naprendszer. Ide tartozik néhány rendkívül szimmetrikus primitív organizmus is (5. ábra). Elméletileg a nulldimenziós szimmetriának számtalan típusa lehetséges. Gyakorlatilag azonban az élő természetben a leggyakoribbak a nálunk már ismert fajok szimmetriái ill n * més különösen az utóbbi típus speciális esete: 1 * m = m.Érdekes módon a kétoldalú szimmetria m az élettelen természetben nincs uralkodó jelentése, de az élő természetben rendkívül gazdagon képviselteti magát. Emberek, emlősök, madarak, hüllők, kétéltűek, halak, sok puhatestű, rákfélék, rovarok, férgek testének külső felépítésére jellemző, valamint számos növényre, például a sárkányvirágra.

Rizs. 3. Kétoldali, vagy kétoldali szimmetria. A figurák közepén egy szimmetriasík halad át - egy rák, egy pillangó, egy növény levele, mindegyik figurát két tükörfélre osztja.

Úgy gondolják, hogy ez a szimmetria az élőlények fel-le, előre és hátra mozgásának különbségeihez kapcsolódik, míg jobbra és balra mozgásaik teljesen azonosak. A kétoldali szimmetria megsértése elkerülhetetlenül az egyik oldal mozgásának gátlásához és a transzlációs mozgás körkörössé történő megváltozásához vezet. Ezért nem véletlen, hogy az aktívan mozgó állatok bilaterálisan szimmetrikusak. De ez a fajta szimmetria a mozdulatlan élőlényekben és szerveikben is megtalálható. Ebben az esetben a csatolt és szabad oldal egyenlőtlenségei miatt merül fel. Nyilvánvalóan ez magyarázza a korallpolipok egyes leveleinek, virágainak és sugarainak kétoldalúságát.

Rizs. 4. Sugárszimmetria: a növény a-virága; b - clitium hydromedusa; c - az a és b ábrákon áthaladó négy szimmetriasík diagramja. Egy negyedrendű szimmetriatengelyük és négy egymást metsző reflexiós síkjuk van.

Rizs. 5. Tökéletes nulldimenziós-szimmetrikus primitív organizmusok - radioláriusok: a - gömb alakú, végtelen számú végtelen rendű tengelyt + végtelen számú szimmetriasíkot + szimmetriaközéppontot tartalmaz; b - kocka, amelyet egy kocka szimmetriája jellemez, kimerül 3 negyedrendű tengely + 4 harmadrendű tengely + + 6 másodrendű tengely + + 9 sík + + szimmetriaközéppont; c - dodekaéder, amelyet szabályos poliéderek szimmetriája jellemez - dodekaéder és ikozaéder, kimerül 6 ötödrendű tengely + 10 harmadrendű tengely + 15 másodrendű tengely + + 15 sík + + szimmetriaközéppont.

Egydimenziós szimmetria a testek velejárója, egyrészt egy adott irányban megnyúlik, másrészt ebben az irányban megnyúlik a monoton ismétlődés miatt - ugyanazon rész "megsokszorozása". Ilyen például az azonos A betűkből álló végtelen lineáris halmaz szimmetriája: ... AAAAAA ... A biológiai objektumok közül az anyagcsere szempontjából legfontosabb fehérjék, nukleinsavak, cellulóz, keményítő polimerlánc molekulái rendelkeznek ilyen szimmetriával. ; a dohánymozaik vírusai, a tradescantia hajtásai, a polichaeták testének darabjai és sok más állat (6. ábra). Végül vegyük észre, hogy a DNS-molekula, a dohánymozaikvírus szimmetriája az átvitel + forgás eredménye. Emiatt szimmetriájuk egy megfelelő típusú csavartengelyt is tartalmaz. A tradescantia hajtás szimmetriája az átvitel + reflexiónak köszönhető, vagyis csak egy siklóreflexiós síkra korlátozódik. Kétdimenziós szimmetria testük egyrészt két, egymásra merőleges irányban, másrészt ugyanannak a résznek a "megszaporodása" miatt ezekben az irányokban megnyúlt. Ilyen például az A betűk végtelen kétdimenziós gyűjteményének szimmetriája.

és egy végtelen sakkpálya, amely a fekete-fehér négyzetek végtelen ismétlésével épült két egymásra merőleges irányban. A biológiai tárgyak közül enzimkristályok éleinek lapos díszei, halpikkelyek, biológiai metszetekben lévő sejtek, levelek mozaik közbeiktatása, izomrostok keresztmetszetének "elektronikus képei", élőlények homogén közösségei, polipeptid láncok összehajtott rétegei ( 7. ábra) olyan szimmetriájúak.

Végezetül megjegyezzük, hogy mind a kétdimenziós, mind a háromdimenziós szimmetriát ugyanazok a szimmetriaelemek jellemzik, mint a nulla és egydimenziós szimmetriát.

Rizs. 6. Egydimenziós szimmetria: a - a DNS-molekula modellje; b - a dohánymozaik vírus modellje; c - a tradescantia menekülése; g - polychaete; a tetején egy szegély található.

Háromdimenziós szimmetria a testekben rejlő, egyrészt három, egymásra merőleges irányban megnyúlt, másrészt ugyanannak a résznek a monoton ismétlődése miatt e három irányban megnyúlt. Ez a biológiai kristályok szimmetriája, amelyek ugyanazon kristálysejtek "végtelen" ismétlődéséből épülnek fel - hosszban, szélességben és magasságban (8. ábra).

Rizs. 7. Kétdimenziós szimmetria (lapos díszek): a - halpikkelyek; b - polipeptidláncok hajtogatott rétege; c - egyiptomi dísz.

Azokat az objektumokat, amelyek szimmetriáját csak egyszerű (kör alakú), vagy (és) hordozható (transzlációs), vagy (és) spirális szimmetriatengelyek merítik ki, ún. aszimmetrikus, azaz csalódott szimmetria. Az axiális szimmetriájú testek is ilyen objektumokhoz tartoznak. A diszszimmetrikus tárgyak minden más objektumtól különböznek, különösen a tükörreflexióhoz való nagyon sajátos hozzáállásukban. Ha egy rák teste (3. ábra) tükörtükrözés után egyáltalán nem változtatja meg alakját, akkor az árvácskák axiális virága (9. ábra), puhatestű aszimmetrikus csavarhéja, kvarckristály, aszimmetrikus molekula tükörtükrözés után változtassák meg alakjukat, számos ellentétes előjelet szerezve ... Tehát a tükör előtt található haslábú puhatestű spirális héja balról felfelé jobbra van csavarva, a tükörhéjé pedig jobbról felfelé balra stb.

Rizs. 8. Háromdimenziós szimmetria. A dohánynekrózis vírus fehérjéjének kis kristálya elektronmikroszkópban (73 ezerszeres nagyítás). Jól láthatóak a három különböző irányban szépen elrendezett fehérjemolekulák.

Ami az axiális szimmetria legegyszerűbb, speciális esetét illeti (n = 1), akkor a biológusok régóta ismerik, és úgy hívják aszimmetrikus. Példaként elég csak az állat- és emberfajok túlnyomó többségének belső szerkezetéről alkotott képre hivatkozni.

Már a fenti példákból is jól látható, hogy a diszszimmetrikus tárgyak két változatban létezhetnek: eredeti és tükörkép formájában (emberkéz, puhatestű kagyló, árvácska corollas, kvarckristály). Ebben az esetben az egyik formát (mindegy, hogy melyik) hívják meg jobb - P és a másik bal - L. Itt nagyon fontos megérteni, hogy a jobb és a bal nem csak az ember keze vagy lába, hanem bármilyen diszszimmetrikus test - jobb és bal menetes csavarok, szervezetek, élettelen testek.

A P- és L-formák felfedezése az élőtermészetben számos új és nagyon fontos kérdést vetett fel a biológia számára, amelyek közül sokat ma már komplex matematikai és fizikai-kémiai módszerekkel oldanak meg.

Az első a P- és L-biológiai objektumok (biológiai objektumok) alakjának és szerkezetének törvényszerűségeinek kérdése. A legfontosabb eredmény itt a P- és L-biológiai objektumok szerkezetére vonatkozó elmélet megalkotása. Ennek alapján a szovjet tudósok az izoméria számos teljesen új típusát és osztályát jósolták, jósolták és fedezték fel. biológiai izoméria. Az izomerizmus különböző szerkezetű objektumok halmaza, de ugyanazokkal a részekkel, amelyek ezeket az objektumokat alkotják. A 10. ábra a corolla izomériáját mutatja, amelyet körülbelül 60 növényfaj sok tízezer virágkorollapéldányában találtak meg. Itt minden esetben a szirmok száma azonos - 5, csak a kölcsönös elrendezésük különbözik.

A második kérdés: milyen gyakran fordulnak elő a biológiai objektumok P- és L-formái? Megállapítást nyert, hogy ezen formák (E) előfordulási gyakorisága a következő, minden élő természetre jellemző szabályszerűségnek engedelmeskedik: vagy EP = EL, vagy EP> EL, vagy EP< ЕЛ форм - соответственно для одних, других, третьих биообъектов. Например, ЕH форм листьев бегонии и традесканции равна ЕЛ их форм. Нарцисс, ячмень, рогоз и многие другие растения - правши: их листья встречаются только в П-винтовой форме. Зато фасоль - левша, листья первого яруса до 2,3 раза чаще бывают Л-формы. Задняя часть тела волков и собак при беге несколько заносится вбок, поэтому их разделяют на право- и левобегающих. Птицы-левши складывают крылья так, что левое крыло накладывается на правое, а правши - наоборот. Некоторые голуби при полете предпочитают кружиться вправо, а другие - влево. За это голубей издавна в народе делят на «правухов» и «левухов». Раковина моллюска фрутицикола лантци встречается главным образом в П-закрученной форме. Замечено, что при питании морковью преобладающие П-формы этого моллюска прекрасно растут, а их антиподы - Л-моллюски резко теряют в весе. Инфузория-туфелька из-за спирального расположения ресничек на ее теле передвигается в капельке воды, как и многие другие простейшие, по левозавивающемуся штопору. Инфузории, вбуравливающиеся в среду по правому штопору, встречаются редко.

A szimmetria és az ember tudománya sok érdekességgel szolgálhat. Mint tudják, a világon átlagosan a balkezesek körülbelül 3%-a (99 millió) és a jobbkezesek 97%-a (3 milliárd 201 millió). Érdekes megjegyezni, hogy a jobbkezesek agyában a beszédközpontok a bal oldalon, a balkezeseknél pedig a jobb oldalon találhatók (más adatok szerint mindkét féltekén). A test jobb felét a bal, a bal oldalt a jobb félteke irányítja, és a legtöbb esetben a jobb testfél és a bal félteke fejlettebb. Az embereknél, mint tudod, a szív a bal oldalon, a máj a jobb oldalon van. De minden 7-12 ezer emberre jut, akinél a belső szervek egésze vagy egy része tükörben rendeződik, vagyis fordítva. De a legfontosabb felfedezés ezen a területen molekuláris-kémiai szinten történt. A híres francia tudós, L. Pasteur és sok más tudós felfedezte, hogy az élőlények sejtjei főleg csak vagy főleg L-aminosavakból, L-fehérjékből, P-nukleinsavakból, P-cukrokból, L-alkaloidokból állnak. A protoplazmának ezt a tulajdonságát Pasteur nevezte protoplazma diszszimmetriája.

Rizs. 9. Disszimmetrikus tárgyak: a - árvácskák virágai; b - puhatestű héja; c - kvarckristályok; d - aszimmetrikus molekula modellje.

A harmadik kérdés a P- és L-alak tulajdonságaira vonatkozik. A fő eredmény itt a felfedezés az élet disszimmetriája(A Szovjetunió). Kiderült, hogy a biológiai objektumok P- és L-formáinak számos tulajdonsága minőségileg különbözik. Íme néhány példa. A jól ismert penicillin antibiotikumot a gomba csak P-formában termeli; mesterségesen előállított L-formája antibiotikum inaktív. A gyógyszertárakban a kloramfenikol antibiotikumot árulják, nem pedig az antipódját - a pravomycetint, mivel az utóbbi gyógyászati ​​tulajdonságaiban lényegesen rosszabb, mint az előbbi. A dohány L-nikotin alkaloidot tartalmaz. Többször mérgezőbb, mint a mesterségesen előállított P-nikotin. A cukorrépa gyakoribb spirális L-gyökerei 0,5-1%-kal több cukrot tartalmaznak, mint a P-gyökerek. A levelek elrendezésében gyakrabban (2-3%-kal) balkezes kókuszpálma termékenyebb (átlagosan 12%-kal), mint a P-pálma. A napraforgó L-növényeinek magja olajtartalmú (1,4%-kal), mint a P-növényeké. A különböző izomériájú virágkorollakból nyert lenmagok mind mennyiségileg, mind minőségileg különböznek a zsírsavtartalom tekintetében.

A negyedik kérdés: mi az oka a P- és L-formák ezen és nem más tulajdonságainak? Erre a kérdésre még nem létezik elmélet. A felvetett hipotézisek az élőlények és szerveik P- és L-módosításainak molekuláris-kémiai feltételességén alapulnak. Konkrétan azt találták, hogy a bacillus mycoides mikroorganizmusok agar agaron P- és L-vegyületekkel (szacharóz, borkősav, aminosavak) történő tenyésztésével az L-forma P-formává alakítható, míg a P-forma. v L-formák. Egyes esetekben ezek a változások hosszú távúak voltak, esetleg örökletesek. Ezek a kísérletek azt mutatják, hogy az organizmusok külső P- vagy L-formája az anyagcserétől, valamint az ebben a cserében részt vevő P- és L-molekuláktól függ.

Rizs. 10. Növényi virágkorollak izomerizmusa.

Néha a P-formák átalakulása L-formává és fordítva emberi beavatkozás nélkül történik. V. I. Vernadsky akadémikus megjegyezte, hogy az Angliában talált Fusus antiquus fosszilis puhatestűek összes héja L-alakú, a modern kagyló pedig P-alakú. Nyilvánvaló, hogy az ilyen változások okai a geológiai korszakok során alakultak ki.

Természetesen a szimmetriatípusok változása az élet fejlődésével nem csak a diszszimmetrikus szervezetekben következett be. Tehát egyes tüskésbőrűek egykor kétoldalúan szimmetrikus mobil formák voltak. Aztán ülő életmódra váltottak, és radiális szimmetria alakult ki bennük (bár lárváik továbbra is megtartják a kétoldali szimmetriát). A tüskésbőrűek egy részében, amely másodszor tért át aktív életmódra, a radiális szimmetriát ismét kétoldali szimmetria váltotta fel (szabálytalan sün, tengeri uborka).

Eddig az élőlények P- és L-formáját meghatározó okokról beszéltünk. Miért nem találhatók meg ezek a formák egyenlő mennyiségben? Általában több P- vagy L-forma létezik. Egy nagyon valószínű hipotézis szerint az okok lehetnek a diszszimmetrikus elemi részecskék, valamint a jobb oldali fény, amely mindig enyhe feleslegben van jelen szórt napfényben, és akkor jön létre, amikor a tengerek és óceánok tükörfelületéről a hétköznapi fény visszaverődik. . Mindez oda vezethetett, hogy eleinte a diszszimmetrikus szerves molekulák jobb és bal formái kezdtek megjelenni egyenlőtlen mennyiségben, majd P- és L-szervezetek és ezek részei.

Ez csak néhány a kérdések közül bioszimmetria - az élő természet szimmetriájának és diszszimmetriájának tudományai.

VAL VEL imetria(ógörögül - "arányosság") - egy élő szervezet hasonló (azonos) testrészeinek vagy formáinak szabályos elrendezése, élő szervezetek halmaza a szimmetria középpontjához vagy tengelyéhez képest. Ez azt jelenti, hogy az arányosság a harmónia része, az egész részeinek helyes kombinációja.

G harmónia- Görög szó: „konzisztencia, arányosság, részek és egész egysége”. Külsőleg a harmónia megnyilvánulhat dallamban, ritmusban, szimmetriában és arányosságban.

A harmónia törvénye mindenben uralkodik, S a világban minden a ritmus, akkord és hangnem esszenciája.J. Dryden

VAL VEL tökéletesség- minden pozitív tulajdonság, képesség vagy készség legmagasabb foka, határa.

„A szabadság minden Isten képére és hasonlatosságára teremtett teremtmény fő belső jellemzője; ez az attribútum tartalmazza a teremtési terv abszolút tökéletességét."N. A. Berdyaev

A szimmetria a világ felépítésének alapelve.

A szimmetria elterjedt jelenség, egyetemessége a természet megismerésének hatékony módszereként szolgál. A természetben a szimmetria szükséges a stabilitás fenntartásához. A külső szimmetrián belül rejlik a szerkezet belső szimmetriája, amely garantálja az egyensúlyt.

A szimmetria az anyag megbízhatóság és erősség iránti vágyának megnyilvánulása.

A szimmetrikus formák a sikeres formák megismételhetőségét biztosítják, ezért jobban ellenállnak a különféle hatásoknak. A szimmetria sokrétű.

A természetben és különösen az élő természetben a szimmetria nem abszolút, és mindig tartalmaz bizonyos fokú aszimmetriát. Aszimmetria - (görög α- - "nélkül" és "szimmetria") - a szimmetria hiánya.

Szimmetria az élővilágban

A szimmetriát az arányokhoz hasonlóan a harmónia és a szépség szükséges feltételének tartották.

A természetet alaposan szemügyre véve a legjelentéktelenebb dolgokban és részletekben is megláthatjuk a közöst, megtalálhatjuk a szimmetria megnyilvánulásait. A falevél alakja nem véletlenszerű: szigorúan szabályos. A lap mintegy két többé-kevésbé azonos félből van összeragasztva, amelyek közül az egyik a másikhoz képest tükröződik. A levél szimmetriája makacsul ismétli önmagát, legyen az hernyó, lepke, poloska stb.

A legmagasabb szinten háromféle szimmetriát különböztetnek meg: szerkezeti, dinamikus és geometriai. A következő szinten a szimmetria ezen típusai mindegyike klasszikus és nem klasszikusra oszlik.

Az alábbiakban a következő hierarchikus szintek láthatók. Az alárendeltség minden szintjének grafikus ábrázolása elágazó dendrogramot ad.

A mindennapi életben leggyakrabban az úgynevezett tükörszimmetriával találkozunk. Ez az objektumok szerkezete, amikor feloszthatók egy képzeletbeli tengely jobb és bal vagy felső és alsó felére, amelyet tükörszimmetria-tengelynek nevezünk. Ebben az esetben a tengely ellentétes oldalán elhelyezkedő felek azonosak egymással.

Reflexió a szimmetriasíkban... A reflexió a természetben a szimmetria legismertebb és leggyakoribb típusa. A tükör pontosan azt reprodukálja, amit "lát", de a megbeszélt sorrend fordított: a dupla jobb keze valójában a bal lesz, mivel az ujjak fordított sorrendben helyezkednek el rajta. A tükörszimmetria mindenhol megtalálható: a növények leveleiben és virágaiban. Ráadásul a tükörszimmetria szinte minden élőlény testében rejlik, és egy ilyen egybeesés korántsem véletlen. Minden, ami két tükör egyenlő félre osztható, tükörszimmetriával rendelkezik. A felek mindegyike a másik tükörképeként szolgál, és az őket elválasztó síkot tükörreflexiós síknak, vagy egyszerűen tükörsíknak nevezzük.

Forgásszimmetria. A minta megjelenése nem változik, ha valamilyen szögben elforgatja a tengely körül. Az így létrejövő szimmetriát forgásszimmetriának nevezzük. Sok növény levelei és virágai radiális szimmetriát mutatnak. Ez egy olyan szimmetria, amelyben egy levél vagy virág a szimmetriatengely körül megfordulva önmagába megy át. A növény gyökerét vagy szárát alkotó szövetek keresztmetszetein jól látható a radiális szimmetria. Sok virág virágzata is sugárszimmetrikus.

A virágok, gombák, fák sugaras-nyaláb szimmetriájúak. Itt jegyezhető meg, hogy a nem kitépett virágokon és gombákon, növekvő fákon a szimmetriasíkok mindig függőlegesen tájolódnak. Az élő szervezetek térbeli szerveződését meghatározó derékszög a gravitációs erők által szervezi az életet. A bioszféra (az élőlények létrétege) merőleges a függőleges gravitációs vonalra. Derékszöget alkotnak a növények függőleges szárai, a fatörzsek, a víztestek vízszintes felületei és a földkéreg egésze. A háromszög alapjában lévő derékszög a hasonlóságok szimmetriaterét szabályozza, és a hasonlóság, mint már említettük, az élet célja. Maga a természet és az ember ősrésze egyaránt a geometria hatalmában van, alárendelve a szimmetriának, mint esszenciák és mint szimbólumok. Függetlenül attól, hogy a természet tárgyai hogyan épülnek fel, mindegyiknek megvan a maga fő jellemzője, ami tükröződik a formában, legyen az alma, rozsszem vagy személy.

Példák a radiális szimmetriára.

A szimmetria legegyszerűbb típusa a tükör (tengelyirányú) szimmetria, amely akkor következik be, amikor egy alakot elforgatunk a szimmetriatengely körül.

A természetben a tükörszimmetria azokra a növényekre és állatokra jellemző, amelyek a földfelszínnel párhuzamosan nőnek vagy mozognak. Például a pillangó szárnyait és törzsét a tükörszimmetria standardjának nevezhetjük.

Axiális szimmetria ez pontosan ugyanazon elemek közös középpont körüli forgatásának eredménye. Ezenkívül bármilyen szögben és különböző frekvenciákkal elhelyezhetők. A lényeg az, hogy az elemek egyetlen középpont körül forogjanak. A természetben a tengelyirányú szimmetria példái leggyakrabban olyan növények és állatok között találhatók, amelyek a Föld felszínére merőlegesen nőnek vagy mozognak.

Van még spirális szimmetria.

A közvetítés kombinálható tükrözéssel vagy elforgatással új szimmetriaműveletek létrehozásához.

A bizonyos számú fokkal történő elforgatás a forgástengely mentén adott távolságra történő elfordítással együtt spirális szimmetriát hoz létre - a csigalépcső szimmetriáját.

A spirális szimmetriára példa a levelek elrendezése sok növény szárán.

Ha figyelembe vesszük a levelek elrendezését egy faágon, akkor észrevesszük, hogy a levél elválik a másiktól, de el is fordul a törzs tengelye körül.

A levelek a törzsön spirálisan helyezkednek el, hogy ne takarják el egymástól a napfényt. A napraforgó fején geometrikus spirálokba rendezett hajtások vannak, amelyek a középponttól kifelé tekerednek. Középen a spirál legfiatalabb tagjai vannak. Az ilyen rendszerekben két spirálcsaládot láthatunk, amelyek ellentétes irányban tekerednek el, és a jobbhoz közeli szögben metszik egymást.

De bármennyire is érdekesek és vonzóak a szimmetria megnyilvánulásai a növények világában, még mindig sok titok irányítja a fejlődési folyamatokat. Goethe nyomán, aki a természet spirálhajlamáról beszélt, feltételezhető, hogy ez a mozgás logaritmikus spirálban történik, minden alkalommal egy központi, rögzített pontból indulva, és a transzlációs mozgást (kiterjesztést) forgási fordulattal kombinálja. .

Ez alapján némileg leegyszerűsített és sematizált formában (két pontból) megfogalmazható az általános szimmetriatörvény, amely a természetben egyértelműen és mindenhol megnyilvánul:

1. Bármi, ami függőlegesen nő vagy mozog, pl. a földfelszínhez képest felfelé vagy lefelé engedelmeskedik a radiális-nyaláb szimmetriának metsző szimmetriasíkokból álló legyező formájában. Sok növény levelei és virágai radiális szimmetriát mutatnak. Ez egy olyan szimmetria, amelyben egy levél vagy virág a szimmetriatengely körül megfordulva önmagába megy át. A növény gyökerét vagy szárát alkotó szövetek keresztmetszetein jól látható a radiális szimmetria. Sok virág virágzata is sugárszimmetrikus.

2. Minden, ami a földfelszínhez képest vízszintesen vagy ferdén nő és mozog, a kétoldali szimmetriának, a levél szimmetriájának engedelmeskedik.

Ez a két posztulátum általános törvénye nemcsak a virágoknak, állatoknak, könnyen mozgó folyadékoknak és gázoknak engedelmeskedik, hanem a szilárd, makacs köveknek is. Ez a törvény befolyásolja a felhők változó alakját. Szélcsendes napon kupola alakúak, többé-kevésbé hangsúlyos radiális nyalábszimmetriával. A szimmetria egyetemes törvényének hatása valójában tisztán külső, durva, és csak a természeti testek külső formájára nyomja rá bélyegét. Belső szerkezetük és részletei elkerülik őt.

A szimmetria a hasonlóságon alapul. Olyan viszonyt jelent az elemek, figurák között, amikor ismétlődnek, egyensúlyozzák egymást.

Hasonlósági szimmetria. A szimmetria másik típusa a hasonlósági szimmetria, amely az ábra hasonló részeinek és a köztük lévő távolságok egyidejű növekedéséhez vagy csökkenéséhez kapcsolódik. Példa erre a fajta szimmetriára a matrjoska baba. Az ilyen szimmetria nagyon elterjedt a természetben. Ezt minden növekvő szervezet bizonyítja.

Az élő anyag fejlődésének alapja a hasonlóság szimmetriája. Vegyünk egy rózsavirágot vagy egy káposztafejet. A hasonló részeik hasonlósága fontos szerepet játszik mindezen természetes testek geometriájában. Az ilyen részeket természetesen valamilyen általános, számunkra még ismeretlen geometriai törvény köti össze, amely lehetővé teszi, hogy egymásból következtessünk. A térben és időben megvalósuló hasonlóság szimmetriája a természetben mindenhol megnyilvánul mindenen, ami nő. És éppen a növekvő formákhoz tartozik számtalan növény-, állat- és kristályfigura. A fatörzs alakja kúpos, erősen megnyúlt. Az ágak általában a törzs körül, csavarvonalban helyezkednek el. Ez nem egy egyszerű csavarvonal: fokozatosan elkeskenyedik a teteje felé. Maguk az ágak pedig csökkennek, ahogy közelednek a fa tetejéhez. Ezért itt a hasonlóság spirális szimmetriatengelyével van dolgunk.

Az élő természet bármely megnyilvánulásában ugyanazt a célt, az élet ugyanazt az értelmét fedi fel: minden élő tárgy önmagában ismétli önmagát. Az élet fő feladata az élet, és a lét elérhető formája különálló, integrált organizmusok létezésében áll. És nemcsak a primitív szervezetek, hanem az olyan összetett térrendszerek is, mint az ember, elképesztő képességet mutatnak arra, hogy szó szerint megismételjék ugyanazokat a formákat, ugyanazokat a szobrokat, jellemvonásokat, ugyanazokat a gesztusokat és modorokat.

A természet hasonlóságot tár fel globális genetikai programjaként. A változás kulcsa a hasonlóság is. A hasonlóság az élő természet egészét szabályozza. A geometriai hasonlóság az élő struktúrák térbeli szerveződésének általános elve. A juharlevél olyan, mint a juharlevél, a nyírfalevél olyan, mint a nyírfalevél. A geometriai hasonlóság áthatja az életfa minden ágát. Bármilyen metamorfózison megy keresztül a jövőbeni növekedési folyamata során egy integrált szervezethez tartozó, szaporodási funkcióját betöltő élő sejt egy új, különleges, egyetlen léttárggyá, ez a „kezdet” pontja, amely a felosztás eredményeként az eredetihez hasonló tárggyá alakul át. Ez egyesíti az összes élő szerkezetet, ezért léteznek sztereotípiák az életről: ember, macska, szitakötő, giliszta. Az osztódási mechanizmusok végtelenül értelmezik és variálják őket, de továbbra is ugyanazok a szervezeti, formai és viselkedési sztereotípiák.

Az élő szervezetek számára a testrészek szimmetrikus elrendezése segíti az egyensúly fenntartását mozgás és működés közben, biztosítja vitalitását és jobb alkalmazkodását a körülöttük lévő világhoz, ami a növényvilágban is igaz. Például a lucfenyő vagy fenyő törzse legtöbbször egyenes, és az ágak a törzshöz képest egyenletesen helyezkednek el. A gravitáció hatására fejlődő fa stabil helyzetet ér el. A fa teteje felé ágai kisebbek lesznek - kúp alakot ölt, mivel a fénynek az alsó ágakra és a felső ágakra kell esnie. Ezenkívül a súlypontnak a lehető legalacsonyabbnak kell lennie, a fa stabilitása ettől függ. A természetes szelekció és az egyetemes gravitáció törvényei hozzájárultak ahhoz, hogy a fa nemcsak esztétikailag szép, hanem célirányosan is elrendezve.

Kiderült, hogy az élő szervezetek szimmetriája a természeti törvények szimmetriájával függ össze. A mindennapi szinten, amikor az élő és élettelen természetben a szimmetria megnyilvánulását látjuk, önkéntelenül is megtapasztaljuk az elégedettség érzését a természetben uralkodó általános, számunkra látszó renddel.

Az élőlények rendeződése, az élet fejlődése során bekövetkező szövődményei során az aszimmetria egyre inkább érvényesül a szimmetriával szemben, kiszorítva azt a biokémiai és élettani folyamatokból. Azonban itt is dinamikus folyamat megy végbe: a szimmetria és az aszimmetria az élő szervezetek működésében szorosan összefügg. Kívülről az ember és az állat szimmetrikus, de belső szerkezetük lényegében aszimmetrikus. Ha az alacsonyabb biológiai objektumokban, például az alacsonyabb rendű növényekben a szaporodás szimmetrikusan megy végbe, akkor a magasabbaknál egyértelmű aszimmetria van, például a nemek elválasztása, ahol minden ivar behozza saját genetikai információit az önszaporodás folyamatába. . Így az öröklődés stabil megőrzése bizonyos szimmetria-érzésben, az aszimmetria pedig változékonyságban nyilvánul meg. Általánosságban elmondható, hogy az élő természetben a szimmetria és az aszimmetria közötti mély belső kapcsolat határozza meg annak kialakulását, létezését és fejlődését.

Az Univerzum aszimmetrikus egész, és az életnek abban a formában, amelyben megjelenik, az Univerzum aszimmetriájának és az ebből eredő következményeknek kell lennie. Az élettelen természetű molekulákkal ellentétben a szerves anyagok molekulái kifejezett aszimmetrikus karakterrel (kiralitás) rendelkeznek. Pasteur az élő anyag aszimmetriájának nagy jelentőséget tulajdonítva azt tartotta az egyetlen egyértelműen elválasztó vonalnak, amely jelenleg az élő és az élettelen természet között húzható, i.e. az a tény, ami megkülönbözteti az élő anyagot az élettelentől. A modern tudomány bebizonyította, hogy az élő szervezetekben, akárcsak a kristályokban, a szerkezet változása a tulajdonságok változásának felel meg.

Úgy gondolják, hogy az így létrejövő aszimmetria hirtelen jött létre a Nagy Biológiai Robbanás következtében (hasonlóan az Ősrobbanással, amelynek eredményeként létrejött az Univerzum) sugárzás, hőmérséklet, elektromágneses mezők stb. hatására. és az élő szervezetek génjeiben tükröződik. Ez a folyamat lényegében egy önszerveződési folyamat is.

Ha nem lenne szimmetria, milyen lenne a világunk? Mi tekinthető a szépség és a tökéletesség mércéjének? Mit jelent számunkra a központi szimmetria és milyen szerepet játszik? Mellesleg az egyik legjelentősebb. Ennek megértéséhez ismerjük meg közelebbről a természet természetes törvényét.

Központi szimmetria

Először is határozzuk meg a fogalmat. Mit értünk „központi szimmetria” alatt? Ez az arányosság, arányosság, arányosság, valami oldalak vagy részeinek pontos analógiája egy feltételes vagy jól meghatározott forgástengelyhez képest.

Központi szimmetria a természetben

A szimmetria mindenhol megtalálható, ha alaposan szemügyre veszi a minket körülvevő valóságot. Jelen van hópelyhekben, fák és füvek leveleiben, rovarokban, virágokban, állatokban. A növények és élőlények központi szimmetriáját teljes mértékben meghatározza a külső környezet hatása, amely még mindig a Föld bolygó lakóinak megjelenését formálja.

Növényvilág

Szeretsz gombászni? Akkor tudod, hogy a függőlegesen vágott gombának van egy szimmetriatengelye, amely mentén kialakul. Ugyanezt a jelenséget figyelhetjük meg kerek, központilag szimmetrikus bogyóknál is. És milyen szép az alma a szövegkörnyezetben! Sőt, abszolút minden növénynek van olyan része, amely a szimmetria törvényei szerint fejlődött ki.

Fauna

A rovarok szimmetriájának észrevételéhez szerencsére nem kell őket boncolgatni. A pillangók, a szitakötők olyanok, mint az élő és szállingózó virágok. Kecses ragadozók és házimacskák... Végtelenül megcsodálhatod a természet alkotásait.

Vízi világ

Amilyen végtelen a vízi környezet lakóinak fajdiverzitása, olyan gyakran van központi szimmetria. Bizonyára mindenki tud néhány egyszerű példát mondani.

Központi szimmetria az életben

Évszázados történelme során az ókori templomoktól, középkori kastélyoktól kezdve egészen a modern időkig az ember megtanulta a szépséget, a harmóniát és megtanult alkotni, figyelve a természetet. A városi világ, amelyben a világ lakosságának nagy része él, tele van szimmetriával. Ezek házak, technológia, háztartási cikkek, tudomány és művészet. Az analógia minden mérnöki szerkezet sikerének kulcsa.

Szimmetria a művészetben

A központi szimmetria nem csak matematikai fogalom. Az emberi élet minden területén jelen van. A ritmikus kompozíció harmóniája soha nem hagyott közömbösen senkit. Ezen elvek tükröződése megtalálható a művészetben és a kézművességben: teljesen különböző népek autentikus kézműveseinek hímzése, mintás fafaragványok, önszőtt szőnyegek. Még a szóbeli dalírásban és a versírás művészetében is egységes az ismétlések felépítése! És természetesen a kézművesek a központi szimmetria ugyanazon törvényei szerint készítettek ékszereket. Ekkor válik a dekoráció egyedivé, egyedi szépségévé és válik igazi műalkotássá. A szimmetria így neveli az emberiséget, felfedezi a rend, a harmónia és a tökéletesség varázslatos elvét.