Symetria v prírode

Po prvé, sme sa zoznámi so základnými pojmami z teórie symetria

Ale prítomnosť niektorých rovnaké časti na obrázku nie je dostatočne rozpoznať tvar symetrický: na obrázku 1, d laloky koruny sú usporiadané náhodne, nepravidelne, a toto číslo je asymetrický, v dolnej časti (D) plátky sú usporiadané rovnomerne, prírodné a metla symetrické. toto pravidelné, monotónna usporiadanie rovnakých dielov na obrázku vzhľadom k sebe navzájom a sú nazývané symetria.

Obr. 1. Pary lístkov a - kompatibilný ravnye- B - zrkadlo ravnye- v - a kompatibilné a zrkadlovo rovnaké. Tvary piatich lalokov: r - usporiadané vzhľadom k sebe navzájom haotichno- d - prirodzene. Horný obrázok asymetrické dolné - symetrické.

Usporiadanie rovnosť častí a čísel rovnorodosti sú označené operácií symetria. Operácie symetria uvedenej zákrut, posuny, reflexie, a ich kombinácie. pod krútenie pochopiť konvenčné rotácie okolo osi o 360 °, čo má za následok rovnaké časti symetrické tvary prehodenie, a na obrázku ako celý čas navzájom vyrovnané. Os, okolo ktorej sa otáčanie prebieha, sa nazýva jednoduché symetria osi (n). Toto meno nie je náhodné, ako v teórii symetrie rozlíšiť aj komplexné osu rôzneho druhu. Počet zarovnanie tvarov so sebou pod jednu otáčku okolo osi (N) vyzvala zložiť osi. Obrázok 2 ukazuje, predmety, ktoré majú iba jednu spoločnú os súmernosti určitom poradí. Tento druh symetria sa nazýva axiálne alebo axiálne.

pod odrazy chápe každý zrkadlových obrazov - v mieste, čiary, roviny. Pomyselnej roviny, ktorá rozdeľuje postavu na dve zrkadlové polovice zvaných rovina symetrie. Každý z znázornené na obrázku 3 obrázkoch - rakoviny, motýľ, list rastliny - má iba jednu rovinu symetrie, ktorá ho rozdeľuje na dve zrkadlovo rovnaké časti. Preto je tento druh symetria v biológii sa nazýva bilaterálne alebo bilaterálne.

Obrázok 4 znázorňuje telo majúce nie jeden, ale štyri roviny symetrie, ktoré sa pretínajú na osi štvrtého rádu. Symetria týchto telies je možné opísať takto: 4 *t. Obrázok 4 v tomto texte znamená, že štvornásobný os symetrie, je m - rovina, bod - prechod znamenia štyri lietadlá na osi. Všeobecný vzorec symetria údajov je napísaný ako n * t, kde os symbolov, t - lietadlo-symbol môže byť rovný 1, 2, 3, .... V biológii, symetria n * t vyzvala radiálne (Z dôvodu ventilátorom roviny pretínajúce na osi). Je zrejmé, že dvojstranné symetria - špeciálny prípad radiálne, ako v tomto prípade, T = 1 * t.

prevody - sa pohybuje po priamke AB na diaľku a. Takáto operácia je použiteľná len pre objekty prebiehajúcich v jednom určitom smere AB. najmenší cesta a ktoré by mali byť odovzdané ďalšie údaje pred self-alignment je nazývaný elementárne prenosu. Pri prenose sa tiež odpovedá určitý prvok symetria - delenie osi (A): rovno AB alebo ľubovoľná priamka rovnobežná AB. os delenie (a) iba inherentnej nekonečné hodnoty, tie nekonečne pretiahol iba v jednom určitom smere (ako je napríklad "tyče"), najmä dvoma smermi (napríklad "vrstvy"), najmä troch smeroch (ako je napríklad "kryštály"). Predpokladá sa, že inštitúcie nie sú neobmedzene predlžovať v jednom určitom smere (typu znázorneného na obrázkoch 2, 3, 4, 5), vyznačujúci sa tým, nulové trojrozmerných simmetriya- orgánov pretiahnuté v jednom určitom smere, - jednorozmerné symetria v dvoch - dimenzionální symetria , troch - dimenzionální symetria. Teraz každý z nich sa pozrieť na symetriu objednávky.

Obr. 2. axiálne symetria: a - medúzy Aurelia insulinda- b - deti vertushka- na - molekule chemické zlúčeniny. Otáčaním týchto údajov 360^o figúrky rovnakej časti sa zhodujú so sebou, respektíve 4, 4, 6-krát.

Zero-dimenzionální symetria, ako už bolo uvedené, je vlastné orgány, TSE plynule rozšírený v jednom určitom smere. Je zrejmé, že takýto symetria jednotlivé písmená atóm jediný uhlík (C), list rastliny, mäkkýše, človek, molekuly oxidu uhličitého (CO₂), Voda (H₂O), Zem, slnečná sústava. Obsahuje tiež niektoré veľmi jednoduché organizmy symetrické (viď obr. 5). Teoreticky je možné, nespočetné množstvo druhov nula-dimenzionálnej symetriou. Avšak, takmer živý príroda najčastejšie sú už poznáme druh symetria a n * m a najmä osobitné prípad druhého typu 1 * m = m. Je zaujímavé, bilaterálne symetria m V neživej prírody nemá dominantné hodnoty, ale veľmi bohato zastúpené v prírode. Je charakteristická vonkajšia konštrukcia karosérie, cicavce, vtáky, plazy, obojživelníky, ryby, mnoho mäkkýše, kôrovce, hmyz, červy, a mnoho rastlín, ako sú kvety snapdragons.

Obr. 3. Obojstranný alebo bilaterálne symetria. Stredom na obrázkoch - rakoviny, motýle, list rastlín - rovina symetrie prechádza, delenie každej z čísel na oboch zrkadlené polovice.

Predpokladá sa, že takéto symetria je spojené s rozdielmi v pohyboch organizmov hore - dole, dopredu - dozadu, pričom ich pohyb vpravo - na ľavej strane rovnakým spôsobom. Porušenie bilaterálne symetria nevyhnutne vedie k inhibícii pohybu jednej zo strán a zmeny v kruhovom translačného pohybom. Nie je náhodou, aktívne sa pohybujúce zvieratá sú bilaterálne symetrické. Ale tento druh symetria sa vyskytuje v pevných organizmov a ich orgánov. Vyskytuje sa v tomto prípade, v dôsledku rôznych podmienok, ktoré sú pripojené a voľné strane. Zdá sa, že to vysvetľuje dvojstranná niektoré listy, kvety a lúče koralové polypy.

Obr. 4. Radiálne symetria: kvetina rasteniya- b - hydromedusa klitsiya- v - systéme štyroch rovín súmernosti prechádzajúcich obrázkoch a a b. Majú štvrtého rádu symetria os a pretínajúca štyri odrazové roviny.

Video: School of monštier. Math. Symetria. lekcia 39

Obr. 5. perfektné nula-dimenzionálnej symetrické primitívne organizmy - radiolarians: A - sférické, obsahujúci nekonečný počet osí nekonečné poradí + nekonečného počtu rovín súmernosti centra simmetrii- + b - kubický vyznačujúca kocka os symetrie vyčerpávajúci 3 + 4 štvornásobné os tretieho rádu + 6 osi druhého rádu rovín 9 + + + + centrum simmetrii- - dodecahedral, vyznačujúci sa tým symetria pravidelné mnohosteny - dvanásťsten a dvadsaťsten vyčerpávajúci 6 päťnásobne os 10 os + tr etego okolo osí 15 z druhého rádu rovinách + 15 + + + stred súmernosti.

jednorozmerné symetria spojená telesá najprv roztiahnutá v jednom akýkoľvek špeciálny smere druhé, v predĺženej smere vzhľadom k opakovaniu monotónne - "šírenie" z jednej a tej istej strane. To znamená, že napríklad symetria nekonečného lineárnym poľom rovnakými písmenami A: aaaaaa ... ... z biologických objektov, ako symetria sú najdôležitejšie pre molekuly metabolizmus polymérnych reťazcov proteíny, nukleovej kyseliny, celulózy, krahmala- tabakové mozaiky, vírus strieľa spiderwort, segmentov tela a mnoho ďalších mnohoštětinatec zver (Viď obr. 6). Na záver možno konštatovať, že symetria molekuly DNA je vírus tabakovej mozaiky v dôsledku prevodu + sústruženie. Preto sa ich os symetrie a obsahuje špirálovú príslušného typu. Symetria úniku v dôsledku prenosu Tradescantia + odrazu r. E. Je obmedzená len na jednu posuvnú rovinou odrazu. dvojrozmerný symetria Majú telo, najprv sa tiahla v dvoch vzájomne kolmých smeroch, a za druhé, pretiahnuté v týchto oblastiach v dôsledku "reprodukciu" jednej a tej istej strane. Príkladom je dvojrozmerný symetria nekonečné rady písmenami A-type

a nekonečné šachovnici konštruované nekonečné opakovanie čiernej a bielej štvorca v oboch smeroch na seba kolmých. Z biologického objekty majú rovinné symetria ozdoby kryštál čelí enzýmy, rybie šupiny, plátky biologických buniek, dlaždice sprostredkovanie listy "elektronický obraz" s prierezom svalových vlákien homogénne spolecenstev organizmov vrstiev zložené polypeptidové reťazca (obr. 7).

Na záver možno konštatovať ,: dvojrozmerný a trojrozmerný symetria a sú charakterizované rovnakými prvkami symetria je nula-dimenzionálnej a jednorozmerné.

Obr. 6. jednorozmerný symetria: a - model molekuly DNA, b - model vírusu v tabakovom mozaiki- - uniknúť tradeskantsii- g - poliheta- hore - obrubník.

trojrozmerný symetria spojená telesá najprv napne v troch vzájomne kolmých smeroch, a za druhé, pretiahnutý v troch smeroch vzhľadom k monotónna opakovanie rovnaké časti. Takéto symetria biologickej kryštály konštruované "nekonečný" opakovanie rovnakých kryštálových bunkách - v dĺžka, šírka a výška (obrázok 8).

Obr. 7. dvojrozmerný symetria (ploché vzory): a - váhy ryb- b - skladaná vrstva tsepey- polypeptid - egyptskej ornament.

Objekty, ktorých symetria je vyčerpaná iba jednoduchou (kruhové), alebo (i) prenosné (translačný) alebo (u) skrutkové osi symetrie, nazývané nesymetrická, t. j. rozrušený symetria. Tieto objekty obsahujú a axiálne symetria tela. Od všetkých ostatných objektov nesymetrická líšia predovšetkým veľmi zvláštny vzťah k zrkadlovým odrazom. V prípade, že telo rakov (obr. 3), po zrkadlenie nemení svoj tvar, že axiálne kvet sirôtky (obr. 9), asymetrický špirála mušle, kremenný kryštál, asymetrické molekuly po zrkadlového odraze mení svoj tvar, získať rad opačnými znamienkami , To znamená, že špirála shell GASTROPODA, ktorý sa nachádza v prednej časti zrkadla, stočený na ľavej strane vpravo a zrkadlo - až na ľavej strane, a tak ďalej ..

Video: 3D | Mirror World: symetria v prírode

Obr. 8. Trojrozmerná symetria. Malý podiel kryštálikov vírusového proteínu tabaku nekróza v elektrónovom mikroskope (zväčšenie 73 tis. Times). Jasne viditeľný prehľadne usporiadané v troch rôznych oblastiach molekuly proteínu.

Pokiaľ ide o jednoduchý, špeciálny prípad osovej súmernosti (N = 1), je známe, že biológovia po dlhú dobu a je nazývaný asymetrická. Napríklad stačí odkazovať na obraz vnútornej štruktúry drvivej väčšiny druhov zvierat a ľudí.

Už z vyššie uvedených príkladov môže ľahko vidieť, že nesymetrická objekty môžu existovať v dvoch verziách: originál a odrazové zrkadlo (ľudská ruka, mäkkýš škrupiny, šľahače sirôtky, kryštály kremeňa). V tomto prípade je jedna z foriem (bez ohľadu na to, ktoré) sa nazýva doprava - P, a druhá vľavo - L. Je veľmi dôležité si uvedomiť, že pravá a ľavá sa nazývajú nielen ruky alebo nohy človeka, ale aj akejkoľvek nesymetrická telo - skrutky na pravej a ľavý závit, organizmy, mŕtve telá.

Detekcia a voľne žijúcich živočíchov P- a L-forma biológie stanovila rad nových a veľmi dôležitých problémov, z ktorých mnohé sú teraz riešené zložité matematické a fyzikálno-chemických metód.

Prvý z nich - je otázka právnych predpisov upravujúcich formu a štruktúru P- a L-biologické predmety (biologických objektov). Najvýznamnejším úspechom tu - vytvorenie teórie štruktúry P- a L-biologických objektov. Na základe toho mnoho úplne nových typov a tried izomerismu bolo predpovedané predpovedal aj objavený sovietskymi vedcami biologické izoméry. Izoméria - súbor objektov s rôznymi štruktúrami, ale na rovnakú sadu základných súčastí týchto objektov. Obrázok 10 ukazuje korún izoméria predikované a objavené v mnohých desiatok tisíc kópií koruna asi 60 druhov rastlín. Tu v každom prípade, že počet plátkov rovnaký - 5 rôznych tak ich vzájomnú polohu.

Video: axiálne symetria v prírode

Druhou otázkou je, ako často P- a L-formy biologických objektov? Bolo zistené, že výskyt týchto foriem (E) sa riadi podľa nasledujúcej všeobecnej povahy vo všetkých vzorov: buď TU = EA alebo EP > EL alebo 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 vlci a psy pri spúšťaní viacerých vstúpil do strany, takže sú rozdelené do pravého a levobegayuschih. Vtáky ľavák zloží krídla tak, že ľavé krídlo je položený na pravej strane, a pravák - práve naopak. niektorí holuby pri lete radšej točiť doprava, a druhý - na ľavej strane. Počas že holuby sú už dlhú dobu medzi ľuďmi sú rozdelené do "pravuhov" a "levuhov". Drapákové frutitsikola lanttsi vyskytuje prevažne vo forme P-hojenie. Je potrebné poznamenať, že pri kŕmení mrkva dominantné P formu mäkkýšov dobre rastú, a ich protinožci - L-kôrovce výrazne schudnúť. Nálevníky-topánky, pretože špirálového usporiadanie riasiniek na jej tele pohyboval v kvapke vody, rovnako ako mnoho ďalších jednoduché, levozavivayuschemusya vývrtkou. Nálevníky, vŕtanie do správneho prostredia pre vývrtku, sú zriedkavé.

Veľa zaujímavých faktov môže informovať vedu symetria a osoby. Ako je známe, priemer zemegule približne 3% ľavou rukou (99 mil.) A 97% pravotočivú (3 miliardy. 201 Mill.). Je zaujímavé, že reči centier v mozgu pri pravákov doľava a ľavou rukou - vpravo (podľa iných zdrojov - v oboch hemisfér). Pravá polovica tela je riadený ľavej a ľavej - pravej hemisféry, a vo väčšine prípadov pravú polovicu tela a ľavá hemisféra je lepšie rozvíjať. Ľudia boli známi srdce na ľavej strane pečene - na pravej strane. Ale každých 7-12 tisíc. Ľudia sú ľudia, ktorí majú všetky alebo časť vnútorných orgánov sú obrátené, tj. E. Naopak. Ale najdôležitejšie objav v tejto oblasti bolo vykonané na úrovni molekulárnej chemické. Známa francúzsky vedec Louis Pasteur a mnoho ďalších vedci objavili, že bunky organizmov v podstate pozostávajú alebo prevažne iba z L-aminokyselín, L-proteíny, nukleové kyseliny, P, P-cukry, L-alkaloidy. Funkcia s názvom protoplazmou Pasteur asymetrii protoplazmu.

Obr. 9. nesymetrickým objekty: A - pansy kvety glazok- b - škrupina v mollyuska- - kryštálov kvartsa- g - model asymetrických molekúl.

Tretia otázka - o vlastnosti P a L-foriem. Hlavným úspechom tu - tento otvor asymetrii život (ZSSR). Ukazuje sa, že mnoho vlastností P a L formy biologických objektov sú kvalitatívne odlišné. Tu sú niektoré príklady. Široko známy penicilínové antibiotikum, produkované hubou iba v P-forme- umelo pripravené L-tvare jeho antibioticky aktívne. V lekárňach predávaná chloramfenikolu antibiotikum, skôr než jeho antipod - pravomitsetin ako posledný na základe lekárskych vlastností je podstatne horší ako ten prvý. Alkaloid tabak obsiahnutý L-nikotínu. To je niekoľkonásobne väčšia ako jedovatá umelo pripravené P-nikotínu. Bežnejšie špirálové L-koreň cukrovej repy obsahuje 0,5 až 1% viac cukru ako P-korene. Najviac sa vyskytujúce (2-3%) z ľavotočivou usporiadanie listy kokosové palmy vyšší výťažok (priemer 12%), ako P-stromov. Slnečnicové semená A-rastliny ďalšie olejniny (1,4%) ako P-semenných rastlín. Krabica ľan získané s rôznymi isomerie koruna líšia ako aj kvantitatívneho hľadiska na obsah mastných kyselín.

Štvrtá otázka: čo je príčinou to, a žiadne iné vlastnosti P- a L-formy? Žiadna teória na túto otázku odpovedať, že doteraz neexistujú. Navrhované hypotézy sú založené na molekulovej a chemickú úpravu P- a L-modifikácie organizmov a ich tiel. Predovšetkým sa zistilo, že rastúca organizmy batsillyus mikoides na agar-agar s P- a L-zlúčenín (sacharózy, kyselina vínna, aminokyseliny), L-forme môže byť prevedená na P-tvaru a tvaru U v L-tvaru. V niektorých prípadoch boli tieto zmeny dlhá, možno dedičná. Tieto experimenty ukazujú, že vonkajšie P- alebo L-formy organizmov závisí na metabolizmus a podieľa sa na výmene P- a A-molekúl.

Obr. 10. Izomerismus koruna kvety rastlín.

Niekedy dochádza konverzie P-formy v L-forme a naopak bez ľudského zásahu. Akademik Vernadsky poukázal na to, že všetky škrupiny fosílnych mäkkýšov fuzus antikvuus našiel v Anglicku, v tvare písmena L a moderné mušlí - U-tvar. Je zrejmé, že príčinou týchto zmien, sa vyvinul v priebehu geologických období.

Je samozrejmé, že zmena symetria druhu, ako je evolúcia života došlo nielen v nesymetrická organizmoch. Napríklad niektoré ostnokožcov boli kedysi dvustoronnesimmetrichnymi mobilné formy. Potom sa presunul k sedavý spôsob života, a oni vyvinuli radiálne symetriu (hoci larvy stále zachované bilaterálny symetria). V niektorých ostnatokožcov, druhý odovzdaný aktívnym životným štýlom, radiálne symetria sa opäť nahradí bilaterálne (nepravidelný ježovia, morské uhorky).

Video: Na pokraji šialenstva. symetria

Doteraz sme hovorili o dôvodoch pre definovanie P- a L-formy organizmov. A prečo sa tieto formy nie sú v rovnakom množstve? Je pravidlom, že je väčší alebo P- alebo L-forme. Podľa jednej veľmi pravdepodobná hypotéza, spôsobí, že môže byť nesymetrická elementárne častice, a pravé svetlo, ktoré je v miernom prebytku, je vždy prítomný v rozptýleného slnečného žiarenia a je tvorená bežným odrazu svetla zo zrkadlového povrchu morí a oceánov. To všetko by mohlo viesť k tomu, že najprv začal plniť v nerovnakých množstvách doprava a doľava forma nesymetrickým organických molekúl, a potom na P- a L-organizmov a ich častí.

To sú len niektoré otázky, biosimmetriki - veda symetria a asymetria v prírode.