Symetrie v přírodě

Za prvé, jsme se seznámí se základními pojmy z teorie symetrie. Který orgán je obvykle považován za rovný? Ty, které jsou stejné, nebo, přesněji, které se překrývají se vzájemně vyrovnána ve všech částech, jako je například, dva laloky na obrázku 1, a. Nicméně, kromě teorie symetrie kompatibilní rovnost vydávat dva druhy žen a mužů - zrcadlové a kompatibilní-zrcadlo. Když se nechal zrcadlo lístek rovnost obrázku 1, b Můžete přesně sladit s pravou laloku, pouze odráží jeho dříve v zrcadle. Pokud jsou dvě tělesa lze vzájemně kombinovat, a to jak před a po odrazu v zrcadle, je to v souladu-zrcadlo rovnost. Okvětní lístky na obrázku 1, v navzájem stejné a jsou kompatibilní a zrcadlem.

Ale přítomnost některých stejné části na obrázku není dostatečně rozpoznat tvar symetrický: na obrázku 1, d laloky koruny jsou uspořádány náhodně, nepravidelně, a toto číslo je asymetrický, v dolní části (D) plátky jsou uspořádány rovnoměrně, přírodní a metla symetrické. toto pravidelné, monotónní uspořádání stejných dílů na obrázku vzhledem k sobě navzájem a jsou nazývány symetrie.

Obr. 1. Páry lístků a - kompatibilní ravnye- B - zrcadlo ravnye- v - a kompatibilní a zrcadlově stejné. Tvary pěti laloků: r - uspořádány vzhledem k sobě navzájem haotichno- d - přirozeně. Horní obrázek asymetrické dolní - symetrické.

Uspořádání rovnost částí a čísel stejnorodosti jsou označeny operací symetrie. Operace symetrie uvedené zatáček, posuny, reflexe, a jejich kombinace. pod kroucení pochopit konvenční rotace kolem osy o 360 °, což má za následek stejné části symetrické tvary prohozené, a na obrázku jako celou dobu navzájem vyrovnány. Osa, kolem které se otáčení probíhá, se nazývá jednoduché symetrie osy (n). Toto jméno není náhodné, jak v teorii symetrie rozlišit i komplexní osu různého druhu. Počet zarovnání tvarů s sebou pod jednu otáčku kolem osy (N) Vyzvala složit osy. Obrázek 2 ukazuje, předměty, které mají pouze jednu společnou osu souměrnosti určitém pořadí. Tento druh symetrie se nazývá axiální nebo axiální.

pod odrazy rozumět veškeré zrcadlových obrazů - v místě, čáry, roviny. Pomyslné roviny, která rozděluje postavu na dvě zrcadlové poloviny zvaných rovina symetrie. Každý z znázorněno na obrázku 3 obrázcích - rakoviny, motýl, list rostliny - má pouze jednu rovinu symetrie, která jej rozděluje na dvě zrcadlově stejné části. Proto je tento druh symetrie v biologii se nazývá bilaterální nebo bilaterální.

Obrázek 4 znázorňuje tělo mající ne jeden, ale čtyři roviny symetrie, které se protínají na ose čtvrtého řádu. Symetrie těchto těles je možno popsat takto: 4 *t. Obrázek 4 v tomto textu znamená, že čtyřnásobný osu symetrie, je m - rovina, bod - přechod znamení čtyři letadla na ose. Obecný vzorec symetrie údajů je napsán jako n * t, kde osa symbolů, t - letadlo-symbol může být roven 1, 2, 3, .... V biologii, symetrie n * t Vyzvala radiální (Z důvodu ventilátorem roviny protínající na ose). Je zřejmé, že bilaterální symetrie - speciální případ radiální, jako v tomto případě, T = 1 * t.

převody - se pohybuje po přímce AB na dálku a. Taková operace je použitelná pouze pro objekty probíhajících v jednom určitém směru AB. Nejmenší cesta a které by měly být předány další údaje před self-alignment je nazýván elementární přenosu. Při přenosu se rovněž odpovídá určitý prvek symetrie - dělení osy (A): rovně AB nebo libovolná přímka rovnoběžná AB. osa dělení (a) pouze inherentní nekonečné hodnoty, ty nekonečně protáhl pouze v jednom určitém směru (jako je například „tyče“), zejména dvěma směry (například „vrstvy“), zejména třech směrech (jako je například „krystaly“). Předpokládá se, že orgány nejsou neomezeně prodlužovat v jednom určitém směru (typu znázorněného na obrázcích 2, 3, 4, 5), vyznačující se tím, nulové trojrozměrných simmetriya- orgánů protáhlé v jednom určitém směru, - jednorozměrné symetrie ve dvou - dimenzionální symetrie , tří - dimenzionální symetrie. Nyní každý z nich se podívat na symetrii objednávky.

Obr. 2. axiální symetrie: a - medúzy Aurelia insulinda- b - děti vertushka- na - molekule chemické sloučeniny. Otáčením těchto údajů 360^o figurky stejné části se shodují s sebou, respektive 4, 4, 6-krát.

Zero-dimenzionální symetrie, jak již bylo uvedeno, je vlastní orgány, TSE plynule rozšířen v jednom určitém směru. Je zřejmé, že takový symetrie jednotlivá písmena atom jediný uhlík (C), list rostliny, měkkýše, člověk, molekuly oxidu uhličitého (CO₂), Voda (H₂O), Země, sluneční soustava. Obsahuje také některé velmi jednoduché organismy symetrické (viz obr. 5). Teoreticky je možné, nespočet druhů nula-dimenzionální symetrií. Nicméně, téměř živý příroda nejčastější jsou již známe druh symetrie a n * m a zejména zvláštní případ druhého typu 1 * m = m. Je zajímavé, bilaterální symetrie m V neživé přírody nemá dominantní hodnoty, ale velmi bohatě zastoupeny v přírodě. Je charakteristická vnější konstrukce karosérie, savci, ptáci, plazi, obojživelníci, ryby, mnoho měkkýši, korýši, hmyz, červi, a mnoho rostlin, jako jsou květiny snapdragons.

Obr. 3. Oboustranný nebo bilaterální symetrie. Středem na obrázcích - rakoviny, motýly, list rostlin - rovina souměrnosti prochází, dělení každé z čísel na obou zrcadlené poloviny.

Předpokládá se, že takové symetrie je spojeno s rozdíly v pohybech organismů nahoru - dolů, dopředu - dozadu, přičemž jejich pohyb vpravo - na levé straně stejným způsobem. Porušení bilaterální symetrie nevyhnutelně vede k inhibici pohybu jedné ze stran a změny v kruhovém translačním pohybem. Není náhodou, aktivně se pohybující zvířata jsou bilaterálně symetrické. Ale tento druh symetrie se vyskytuje v pevných organismů a jejich orgánů. Vyskytuje se v tomto případě, v důsledku různých podmínek, které jsou připojeny a volné straně. Zdá se, že to vysvětluje dvoustranná některé listy, květy a paprsky korálové polypy.

Obr. 4. Radiální symetrie: květina rasteniya- b - hydromedusa klitsiya- v - systému čtyř rovin souměrnosti procházejících obrázcích a a b. Mají čtvrtého řádu symetrie osu a protínající čtyři odrazové roviny.

Video: School of monster. Math. Symetrie. Lekce 39

Obr. 5. perfektní nula-dimenzionální symetrické primitivní organismy - radiolarians: A - sférické, obsahující nekonečný počet os nekonečné pořadí + nekonečného počtu rovin souměrnosti centra simmetrii- + b - kubický vyznačující kostka os symetrie vyčerpávající 3 + 4 čtyřnásobné osa třetího řádu + 6 osy druhého řádu rovin 9 + + + + centrum simmetrii- - dodecahedral, vyznačující se tím symetrie pravidelné mnohostěny - dvanáctistěn a dvacetistěn vyčerpávající 6 pětinásobně os 10 os + tr etego kolem os 15 z druhého řádu rovinách + 15 + + + střed souměrnosti.

Jednorozměrné symetrie spojená tělesa nejprve roztažena v jednom jakýkoli speciální směru druhé, v prodloužené směru vzhledem k opakování monotónně - „šíření“ z jedné a téže straně. To znamená, že například symetrie nekonečného lineárním polem stejnými písmeny A: aaaaaa ... ... z biologických objektů, jako symetrie jsou nejdůležitější pro molekuly metabolismus polymerních řetězců proteiny, nukleové kyseliny, celulózy, krahmala- tabákové mozaiky, virus střílí spiderwort, segmentů těla a mnoho dalších mnohoštětinatec zvěř (Viz obr. 6). Na závěr lze konstatovat, že symetrie molekuly DNA je virus tabákové mozaiky v důsledku převodu + soustružení. Proto se jejich osa symetrie a obsahuje spirálovou příslušného typu. Symetrie úniku v důsledku přenosu Tradescantia + odrazu r. E. Je omezena pouze na jednu posuvnou rovinou odrazu. dvourozměrný symetrie Mají tělo, nejprve se táhla ve dvou vzájemně kolmých směrech, a za druhé, protáhlé v těchto oblastech v důsledku „reprodukci“ jedné a téže straně. Příkladem je dvourozměrný symetrie nekonečné řady písmeny A-typu

a nekonečné šachovnici konstruovány nekonečné opakování černé a bílé čtverce v obou směrech na sebe kolmých. Z biologického objekty mají rovinné symetrie ozdoby krystal čelí enzymy, rybí šupiny, plátky biologických buněk, dlaždice zprostředkování listy „elektronický obraz“ o průřezu svalových vláken homogenní společenstev organismů vrstev složené polypeptidové řetězce (obr. 7).

Na závěr lze konstatovat,: dvourozměrný a trojrozměrný symetrie a jsou charakterizovány stejnými prvky symetrie je nula-dimenzionální a jednorozměrné.

Obr. 6. jednorozměrný symetrie: a - model molekuly DNA, b - model viru v tabákovém mozaiki- - uniknout tradeskantsii- g - poliheta- nahoru - obrubník.

Trojrozměrný symetrie spojená tělesa nejprve napne ve třech vzájemně kolmých směrech, a za druhé, protáhlý ve třech směrech vzhledem k monotónní opakování stejné části. Takové symetrie biologické krystaly konstruovány „nekonečný“ opakování stejných krystalových buňkách - v délka, šířka a výška (obrázek 8).

Obr. 7. dvourozměrný symetrie (ploché vzory): a - váhy ryb- b - skládaná vrstva tsepey- polypeptid - egyptské ornament.

Objekty, jejichž symetrie je vyčerpána pouze jednoduchou (kruhové), nebo (i) přenosné (translační) nebo (u) šroubové osy symetrie, nazývané nesymetrická, t. j. rozrušený symetrie. Tyto objekty obsahují a axiální symetrie těla. Od všech ostatních objektů nesymetrická liší především velmi zvláštní vztah k zrcadlovým odrazem. V případě, že tělo raků (obr. 3), po zrcadlení nemění svůj tvar, že axiální květ macešky (obr. 9), asymetrický spirála škeble, křemenný krystal, asymetrické molekuly po zrcadlového odrazu mění svůj tvar, získat řadu opačnými znaménky , To znamená, že spirála shell gastropod, který se nachází v přední části zrcadla, stočený na levé straně vpravo a zrcadlo - až na levé straně, a tak dále ..

Video: 3D | Mirror World: symetrie v přírodě

Obr. 8. Trojrozměrná symetrie. Malý podíl krystalků virového proteinu tabáku nekróza v elektronovém mikroskopu (zvětšení 73 tis. Times). Jasně viditelný přehledně uspořádány ve třech různých oblastech molekuly proteinu.

Pokud jde o jednoduchý, speciální případ osové souměrnosti (N = 1), je známo, že biologové po dlouhou dobu a je nazýván asymetrická. Například stačí odkazovat na obraz vnitřní struktury drtivé většiny druhů zvířat a lidí.

Již z výše uvedených příkladů může snadno vidět, že nesymetrická objekty mohou existovat ve dvou verzích: originál a odrazové zrcadlo (lidská ruka, měkkýš skořápky, šlehače macešky, krystaly křemene). V tomto případě je jedna z forem (bez ohledu na to, které) se nazývá doprava - P, a druhá vlevo - L. Je velmi důležité si uvědomit, že pravá a levá se nazývají nejen ruce nebo nohy člověka, ale také jakékoliv nesymetrická tělo - šrouby na pravé a levý závit, organismy, mrtvá těla.

Detekce a volně žijících živočichů P- a L-forma biologie stanovila řadu nových a velmi důležitých problémů, z nichž mnohé jsou nyní řešeny složité matematické a fyzikálně-chemických metod.

První z nich - je otázka právních předpisů upravujících formu a strukturu P- a L-biologické předměty (biologických objektů). Nejvýznamnějším úspěchem zde - vytvoření teorie struktury P- a L-biologických objektů. Na základě toho mnoho zcela nových typů a tříd izomerismu bylo předpovězeno předpověděl i objeven sovětskými vědci biologické izomery. Izomerie - soubor objektů s různými strukturami, ale na stejnou sadu základních součástí těchto objektů. Obrázek 10 ukazuje korun izomerie predikované a objeveny v mnoha desítek tisíc kopií koruna asi 60 druhů rostlin. Zde v každém případě, že počet plátků stejný - 5 různých tak jejich vzájemnou polohu.

Video: axiální symetrie v přírodě

Druhou otázkou je, jak často P- a L-formy biologických objektů? Bylo zjištěno, že výskyt těchto forem (E) se řídí podle následující obecné povahy ve všech vzorů: buď TU = EA nebo EP > EL nebo 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 psi při spouštění více vstoupil do strany, takže jsou rozděleny do pravého a levobegayuschih. Ptáci levák složí křídla tak, že levé křídlo je položený na pravé straně, a pravák - právě naopak. někteří holubi při letu raději točit doprava, a druhý - na levé straně. Během že holubi jsou již dlouhou dobu mezi lidmi jsou rozděleny do „pravuhov“ a „levuhov“. Drapákové frutitsikola lanttsi vyskytuje převážně ve formě P-hojení. Je třeba poznamenat, že při krmení mrkev dominantní P formu měkkýšů dobře rostou, a jejich protinožci - L-korýši výrazně zhubnout. Nálevníky-boty, protože spirálového uspořádání řasinek na jejím těle pohyboval v kapce vody, stejně jako mnoho dalších jednoduché, levozavivayuschemusya vývrtkou. Nálevníci, vrtání do správného prostředí pro vývrtku, jsou vzácné.

Mnoho zajímavých faktů může informovat vědu symetrie a osoby. Jak je známo, průměr zeměkoule přibližně 3% levou rukou (99 mil.) A 97% pravotočivou (3 miliardy. 201 Mill.). Je zajímavé, že řeči center v mozku při praváky doleva a levou rukou - vpravo (podle jiných zdrojů - v obou hemisfér). Pravá polovina těla je řízen levé a levé - pravé hemisféry, a ve většině případů pravou polovinu těla a levá hemisféra je lépe rozvíjet. Lidé byli známí srdce na levé straně jater - na pravé straně. Ale každých 7-12 tisíc. Lidé jsou lidé, kteří mají všechny nebo část vnitřních orgánů jsou obrácené, tj. E. Naopak. Ale nejdůležitější objev v této oblasti bylo provedeno na úrovni molekulární chemické. Známá francouzský vědec Louis Pasteur a mnoho dalších vědci objevili, že buňky organismů sestávají v podstatě nebo převážně pouze z L-aminokyselin, L-proteiny, nukleové kyseliny, P, P-cukry, L-alkaloidy. Funkce s názvem protoplasma Pasteur nesymetrii protoplazmu.

Obr. 9. nesymetrickým objekty: A - pansy květiny glazok- b - skořepina v mollyuska- - krystalů kvartsa- g - model asymetrických molekul.

Třetí otázka - o vlastnosti P a L-forem. Hlavním úspěchem zde - tento otvor nesymetrii život (SSSR). Ukazuje se, že řada vlastností P a L formy biologických objektů jsou kvalitativně odlišné. Zde jsou některé příklady. Široce známý penicilinové antibiotikum, produkované houbou pouze v P-forme- uměle připravené L-tvaru jeho antibioticky aktivní. V lékárnách prodávána chloramfenikolu antibiotikum, spíše než jeho antipod - pravomitsetin jako poslední na základě lékařských vlastností je podstatně horší než ten první. Alkaloid tabák obsažený L-nikotinu. To je několikanásobně větší než jedovatá uměle připravené P-nikotinu. Běžnější spirálové L-kořen cukrové řepy obsahuje 0,5 až 1% více cukru než P-kořeny. Nejvíce se vyskytující (2-3%) z levotočivou uspořádání listy kokosové palmy vyšší výtěžek (průměr 12%), než P-stromů. Slunečnicová semena A-rostliny další olejniny (1,4%) než P-semenných rostlin. Krabice len získané s různými isomerie koruna liší jak kvantitativně, tak kvalitativně na obsah mastných kyselin.

Čtvrtá otázka: co je příčinou to, a žádné jiné vlastnosti P- a L-formy? Žádná teorie na tuto otázku odpovědět, že dosud neexistují. Navrhované hypotézy jsou založeny na molekulové a chemickou úpravu P- a L-modifikace organismů a jejich těl. Zejména bylo zjištěno, že rostoucí organismy batsillyus mikoides na agar-agar s P- a L-sloučenin (sacharosy, kyselina vinná, aminokyseliny), L-formě může být převedena na P-tvaru a tvaru U v L-tvaru. V některých případech byly tyto změny dlouhá, možná dědičná. Tyto experimenty ukazují, že vnější P- nebo L-formy organismů závisí na metabolismus a podílí se na výměně P- a A-molekul.

Obr. 10. Izomerismus koruna květy rostlin.

Někdy dochází konverze P-formy v L-formě a naopak bez lidského zásahu. Akademik Vernadsky poukázal na to, že všechny skořápky fosilních měkkýšů fuzus antikvuus našel v Anglii, ve tvaru písmene L a moderní mušlí - U-tvar. Je zřejmé, že příčinou těchto změn, se vyvinul v průběhu geologických období.

Je samozřejmé, že změna symetrie druhu, jako je evoluce života došlo nejen v nesymetrická organismech. Například některé ostnokožců byly kdysi dvustoronnesimmetrichnymi mobilní formy. Pak se přesunul k sedavý způsob života, a oni vyvinuli radiální symetrii (ačkoli larvy stále zachovány bilaterální symetrie). V některých ostnokožců, druhý předán aktivním životním stylem, radiální symetrie se opět nahradí dvoustranné (nepravidelný ježovky, mořské okurky).

Video: Na pokraji šílenství. symetrie

Doposud jsme hovořili o důvodech pro definování P- a L-formy organismů. A proč se tyto formy nejsou ve stejném množství? Je pravidlem, že je větší než nebo P- nebo L-formě. Podle jedné velmi pravděpodobná hypotéza, způsobí, že může být nesymetrická elementární částice, a pravé světlo, které je v mírném přebytku, je vždy přítomen v rozptýleného slunečního záření a je tvořena běžným odrazu světla ze zrcadlového povrchu moří a oceánů. To vše by mohlo vést k tomu, že nejprve začal plnit v nestejných množstvích doprava a doleva forma nesymetrickým organických molekul, a pak na P- a L-organismů a jejich částí.

To jsou jen některé otázky, biosimmetriki - věda symetrie a asymetrie v přírodě.