Simetrija u prirodi

Prije svega, moramo se upoznati sa osnovnim pojmovima teorije simetrija. Ono što tijelo se obično smatra jednaki? Ovi, koji su identični, ili, preciznije, koji u preklapanja su usklađeni međusobno u svim njihovim dijelovima, kao što je, na primjer, dva režnja na slici 1, a. Međutim, pored teoriji simetrije kompatibilan jednakost emituju dvije vrste jednakosti - reflektirajući i kompatibilan ogledalom. Kada jednakost latica lijevo ogledalo slici 1, b Možete precizno uskladiti s desne strane režnja, samo što je odraz ranije u ogledalu. Ako se dva tijela mogu se kombinirati sa drugim, i prije i poslije odraz u ogledalu, to je u skladu ogledalom jednakosti. Latice na slici 1, u jednak jedni druge i kompatibilni i ogledalo.

Ali prisustvo nekih jednakih dijelova na slici nije dovoljno da prepozna oblik simetrično: na slici 1, d režnja Corolle su raspoređeni nasumično, nepravilno, a brojka je asimetrična, na dnu (D) latice su raspoređeni ravnomjerno, prirodno i umutiti simetrične. ovo redovne, monotono uređenje jednakih dijelova figure u odnosu na svaki drugi i nazivaju simetrije.

Sl. 1. Parovi Latice a - kompatibilan ravnye- b - ogledalo ravnye- u - i kompatibilni i ogledalo-jednaki. Oblici od pet režnjeva: r - uređen u odnosu na svaki drugi haotichno- d - prirodno. Gornji brojka asimetričan niže - simetrična.

aranžman jednakost dijelova i uniformnosti brojke se mogu prepoznati po simetrije operacija. Simetrija poslova iz okreta, smjene, refleksija, i njihove kombinacije. ispod pletiva razumiju konvencionalne rotacije oko osi za 360 °, što je rezultiralo u jednakim dijelovima simetrične oblike zamijenili, a cifra kao cijelo vrijeme međusobno usklađene. Ose oko koje se rotacija odvija se zove jednostavan osi simetrije (n). Ovo ime nije slučajno, kao što je u teoriji simetrije razlikovati složene osi raznih vrsta. Broj trase oblika sa sobom pod jednim potpunu revoluciju oko osi (N) to se zove fold osi. Slika 2 prikazuje objekte koji imaju samo jedan zajednički osi simetrije datog poretka. Ova vrsta simetrije se zove osovinski ili aksijalni.

ispod razmišljanje shvatiti bilo slika u ogledalu - u trenutku linije, avion. Imaginarni avion koji deli figura u dva dijela ogledalo zove ravan simetrije. Svaki od prikazanih na Slici 3 cifre - rak, leptir, list biljke - ima samo jedan avion simetrije, što ga dijeli na dva specularly jednaka dijela. Zbog toga, ova vrsta simetrije u biologiji naziva bilateralni ili bilateralni.

Slika 4 prikazuje tijelo ima ne jedan, već četiri aviona simetrije koja se ukrštaju na osi četvrtog reda. Simetrije takvih tijela može se opisati na sljedeći način: 4 *t. Slika 4 ovdje znači četiri puta osi simetrije, a m - avion, tačka - prijelaz znak četiri aviona na osi. Opšte formule simetrije figure se piše kao n * t, gdje osi simbol, t - avion-simbol može biti jednak 1, 2, 3, .... U biologiji, simetrija n * t to se zove radijalan (Zbog ljubitelj aviona ukrštaju na osi). Razumljivo je da su bilateralni simetrija - poseban slučaj radijalnog, kao u ovom slučaju, t = 1 * t.

transfere - se kreće ravno AB na daljinu a. Takva operacija je primjenjiva samo za objekte proširenje u jednom određenom pravcu AB. Najmanji put i, koji bi trebao biti usvojen sljedeći brojke pred sebe poravnanje se zove Osnovnu transfer. operacija transfer također odgovara na određeni element simetrije - osa rastavljanje (a): pravo AB ili bilo koje linije paralelne AB. rastavljanje osi (a) samo svojstvene beskrajne brojke, one beskrajno pružao samo u jednom određenom smjeru (kao što je "barovi"), u dva posebna smjera (kao što su "slojevi"), a posebno tri pravca (kao što je "kristal"). Pretpostavlja se da su tela ne produžavati u bilo kojem određenom smjeru (tipa na slikama 2, 3, 4, 5), odlikuje nula-dimenzionalni simmetriya- tijela izdužena u jednom određenom pravcu, - jednodimenzionalni simetriju, u dva - dimenzionalnom simetrija , tri - dimenzionalnu simetriju. Sada svaki od ovih pogleda simetrije reda.

Sl. 2. aksijalne simetrije: a - meduze Aurelia insulinda- b - djeca vertushka- na - molekula od kemijski spoj. Okretanjem ove brojke 360^oko brojke jednaka dijela poklapaju jedni s drugima, odnosno 4, 4, 6 puta.

Zero-dimenzionalni simetriju, kao što je već spomenuto, je svojstven u organima, TSE beskonačno produžiti u bilo kojem određenom pravcu. Očigledno je da, kao simetrija odvojenim slovima A jedan atom ugljenika (C), list biljke, ostriga, ljudski, molekula ugljičnog dioksida (CO₂), Voda (H₂O), Zemlju, Sunčev sistem. Ona također uključuje i neke vrlo simetrične primitivni organizmi (Sl. 5). To je teoretski moguće bezbroj vrsta nulte dimenzije simetrije. Međutim, gotovo živ priroda najčešći su već poznate nam vrstu simetrije i n * m a posebno konkretnom slučaju ovog drugog tipa 1 * m = m. Zanimljivo je da su bilateralni simetrije m u nežive prirode nema dominantne vrednosti, ali vrlo bogato zastupljene u prirodi. To je karakteristično za eksterne strukture karoserije, sisavaca, ptica, gmazova, vodozemaca, riba, mnogi mekušaca, rakova, insekata, crva i mnoge biljke, kao što su cvijeće snapdragons.

Sl. 3. Obostrani ili bilateralne simetrije. Kroz sredinu figura - rak, leptiri, list biljke - ravni simetrije proširuje, dijeljenjem svakog figura na dva ogledalima polovine.

Smatra se da je takva simetrija je povezana sa razlikama u kretanju organizama up - dolje, naprijed - nazad, dok je njihovo kretanje u desno - na lijevo na isti način. Kršenje bilateralne simetrije neminovno dovodi do inhibicije kretanje jedne od strana i promjene u kružnom translatornom pokreta. Nije slučajno aktivno kreće životinje su bilateralno simetrične. Ali ova vrsta simetrije javlja u fiksnoj organizama i njihova tijela. Javlja se u ovom slučaju, zbog različitih uvjeta, koje su priložene i slobodan strani. Navodno, to objašnjava bilateralni neke lišće, cvijeće i zraka korala polipa.

Sl. 4. radijalne simetrije: cvet rasteniya- b - hydromedusa klitsiya- u - šemi četiri aviona simetrije koja prolazi kroz brojke a i b. Imaju četvrtog reda osi simetrije i ukrštaju četiri odraz aviona.

Video: Škola čudovišta. Math. Simetrije. Lekcija 39

Sl. 5. savršena nula trodimenzionalni simetrične primitivni organizmi - radiolarians: A - sferični, koji sadrži beskonačan broj osa beskonačnog reda + neograničen broj aviona simetrije centra simmetrii- + b - kubnih okarakterisao kocka simetrije osi iscrpan 3 + 4 četvorostruko osi trećeg reda + 6 ose aviona drugog reda 9 + + + + centar u simmetrii- - dodecahedral, karakterizira simetrija redovne poliedri - dodekahedron i ikosaedar iscrpan 6 petostruko osi 10 ose + tr etego oko osi 15 aviona drugog reda + 15 + + + centar simetrije.

Jednodimenzionalno simetriju inherentna tijela prvo protezao u jednom bilo naročiti pravac drugo, u proširenom pravcu zbog ponavljanja monotonih - "propagiranje" jednog te istog dijela. To je, na primjer, simetriju beskrajne linearne niz iste slova A: AAAAAA ... ... Od bioloških objekata kao što simetrija su najvažniji za lanac molekule metabolizam polimernih proteini, nukleinske kiseline, celuloza, krahmala- virus mozaika duvana, puca spiderwort, segmenti tijela i mnoge druge polychaete životinje (Sl. 6). Na kraju, napominjemo da simetriju DNK molekula je virus mozaika duvana zbog prenosa + okretanje. Stoga, njihova osa simetrije i sastoji se od spiralni odgovarajući tip. Simetriju bijega zbog prenosa Tradescantia + refleksije r. E. je ograničeno na samo jedna klizna avion odraz. dvodimenzionalni simetriju Oni imaju tijelo, prvo pružao u dva međusobno okomita smjera, a kao drugo, izdužena u ovim područjima zbog "reprodukcija" jedne te iste strane. Primjer je dvodimenzionalni simetrije beskrajni niz slova A-tip

i beskrajne šah odbora izgrađena beskonačnog ponavljanja crne i bijele kvadrate u dva pravca okomita jedni drugima. Iz biološke objekti imaju planarne simetriju ukrasi kristalno suočava enzima, riblje krljušti, kriške bioloških ćelija, pločica interpozicije ostavlja "elektronski sliku" presjek mišićne vlakana homogene zajednice organizama slojeva oduzet polipeptidnih lanaca (Sl. 7).

U zaključku, napominjemo: dvodimenzionalni i trodimenzionalni simetriju i odlikuju iste elemente simetrije kao nula-dimenzionalni i jednodimenzionalni.

Sl. 6. jednodimenzionalni simetrija: a - model molekula DNK b - model virusa u duvana mozaiki- - pobjeći tradeskantsii- g - poliheta- top - ivičnjaka.

Trodimenzionalni simetriju inherentna tijela prvo protezao u tri međusobno okomita pravca, a kao drugo, izdužena u tri pravca, zbog monotono ponavljanje istih dijelova. Takva simetrije biološki kristala izgrađen "beskonačno" ponavljanje istih kristala ćelije - u dužinu, širinu i visinu (slika 8.).

Sl. 7. dvodimenzionalni simetrije (stan obrasce): i - vage ryb- b - nabrane sloj tsepey- polipeptid u - Egipatska ukras.

Objekata čija je simetrija je iscrpljena samo jednostavne (kružne), ili (i) prijenosni (translaciona) ili (u) vijak ose simetrije, pod nazivom dozimetricka, t. e. uznemiren simetrije. Ovi objekti uključuju i aksijalne simetrije tijela. Od svih drugih objekata dozimetricka razlikuju, posebno, vrlo neobičan odnos prema reflektirajući odraz. Ako je tijelo rakova (Sl. 3) nakon zrcaljenje ne mijenja svoj oblik, osovinski cvijet mlakonja (Sl. 9), asimetrični spirala školjki ljuske, kvarcni kristal, asimetrične molekula nakon reflektirajući odraz promijeniti svoj oblik, sticanje broj suprotnog znakova . Dakle, spirala školjku gastropoda, nalazi se ispred ogledala, sklupčana na lijevoj desno i ogledalo - desno gore lijevo i tako dalje ..

Video: 3D | Mirror World: simetrija u prirodi

Sl. 8. trodimenzionalni simetrije. Mali kristalni duhana nekroze virusa proteina u elektronskim mikroskopom (uvećanje od 73 tisuća. Times). Jasno vidljiva uredno raspoređeni u tri različita područja molekula proteina.

Što se tiče jednostavan, poseban slučaj aksijalne simetrije (N = 1), poznato je da se biolozi već dugo vremena i naziva asimetrične. Na primjer dovoljno je da se odnosi na sliku unutrašnju strukturu velike većine životinjskih vrsta i ljudi.

Već iz gornjeg primjera lako se vidi da dozimetricka objekti mogu postojati u dvije verzije: original i odraz ogledalo (ljudska ruka, mekušac školjke, pogoniće pansies, kvarc kristala). U ovom slučaju, jedan od oblika (bez obzira koji) se zove desno - P, a drugi lijevo - L. Vrlo je važno shvatiti da je lijevo i desno se nazivaju ne samo ruke ili noge čovjeka, ali i bilo dozimetricka tijelo - vijke na desno i lijevi navoj, organizmi, beživotno tijelo.

Otkrivanje i divljih životinja P- i L-oblik biologije je postavio niz novih i vrlo važna pitanja, od kojih su mnoge sada riješen složenih matematičkih i fizičko-kemijske metode.

Prvi - je pitanje zakona kojima se uređuje oblik i strukturu P- i L-biološki objekata (biološki objekata). Najvažniji dostignuće ovdje - stvaranje teorije o strukturi P- i L-biološke objekte. na osnovu toga, mnogo potpuno nove vrste i klase isomeria je predviđeno predvidio i otkrio sovjetski naučnici biološki izomeri. Isomeria - skup objekata različitih struktura, ali u isto skup sastavni dio ovih objekata. Slika 10 prikazuje krune isomeria, predvidio a zatim otkriven je u više desetina hiljada primjeraka Corolla oko 60 vrsta biljaka. Ovdje u svakom slučaju broj latica iste - 5 različitih samo njihove relativne položaje.

Video: Odgovor aksijalne simetrije u prirodi

Drugo pitanje je koliko često P- i L-oblika biološke objekte? Utvrđeno je da je učestalost ovih oblika (E) upravlja sljedeće opće prirode za sve obrasce: ili TU = EA ili EP > EL ili 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 vukovi i psi kada radi više ušla u stranu, tako da su podijeljeni u pravu i levobegayuschih. Ptice ljevoruke sklopiti krila, tako da s lijeve strane je postavljen na desnoj strani, i dešnjake - naprotiv. neki golubovi kada leti radije okreću na desnu stranu, a drugi - na lijevu stranu. Tokom tog golubovi su već dugo među ljudima su podijeljeni u "pravuhov" i "levuhov". Na preklop frutitsikola lanttsi naći uglavnom u P-rana obliku. Uočeno je da kada hranjenje šargarepa dominantan P oblik školjke dobro rastu, a njihovi antipodi - L-školjke drastično izgubiti na težini. Ciliate-cipele zbog spirale raspored cilija na njenom tijelu preselio u kapljice vode, kao i mnoge druge jednostavne, levozavivayuschemusya vadičep. Ciliates, nosio u pravo okruženje za vadičep, su rijetki.

Mnoge zanimljive činjenice mogu obavijestiti nauka simetrije i te osobe. Kao što je poznato, u prosjeku od svijeta oko 3% ljevoruk (99 miliona.) I 97% dešnjaka (3 milijarde. 201 mil.). Zanimljivo je da je govor centara u mozgu u dešnjake lijeve strane, i ljevoruke - desno (prema drugim izvorima - u obje hemisfere). Desne polovine tijela je pod kontrolom lijevo i lijevo - desna hemisfera, au većini slučajeva je bolje razvijena desne polovine tijela i levoj hemisferi. Ljudi su poznati srce na lijevoj strani jetre - na desnoj strani. Ali svaki 7-12000. Ljudi su ljudi, koji imaju sve ili dio unutarnjih organa su obrnuti, tj. E. Naprotiv. Ali najvažnija otkrića u ovoj oblasti urađeno na molekularnom kemijske nivou. Poznati francuski znanstvenik Louis Pasteur i mnogi drugi naučnici su otkrili da ćelije organizmi sastoje se u osnovi ili pretežno samo L-amino kiseline, L-proteini, nukleinske kiseline P, P-šećera, L-alkaloidi. A funkciju koja se zove protoplazma Pasteur asimetrija protoplazma.

Sl. 9. dozimetricka objekata: a - pansy cvijeće glazok- b - školjka u mollyuska- - kristale kvartsa- g - model asimetrične molekula.

Treće pitanje - o osobinama P i L-oblika. Glavno dostignuće ovdje - ovo otvaranje asimetrija život (SSSR). Ispostavilo se da je jedan broj svojstava P i L-oblika biološkog objekti su kvalitativno različiti. Evo nekoliko primjera. Poznat penicilin antibiotik proizvodi gljiva samo u P-forme- vještački pripremljen L-oblik svojih antibiotically neaktivan. U apotekama prodao kloramfenikol antibiotik, a ne svoje antipod - pravomitsetin kao posljednji na medicinskom svojstvima znatno inferiorniji u odnosu na prvi. Duhanske alkaloida sadrži L-nikotin. To je nekoliko puta više otrovnih nego umjetno pripremili P-nikotin. Češći spiralni L-korijena šećerne repe sadrži 0,5 do 1% više šećera nego P-korijena. Većina se javljaju (2-3%) od ljevorukih aranžman ostavlja kokos palme veći prinos (prosjek 12%) nego P-drveća. Sjemenke suncokreta A-biljke više uljaricama (1,4%) u odnosu na biljke P-sjemena. Kutije lana dobijenih sa različitim isomeria corolla razlikuju i kvantitativno i kvalitativno za sadržaj masnih kiselina.

Četvrto pitanje: što je uzrok tome, i nijedna druga svojstva P- i L-forme? Nema teorije da odgovorim na ovo pitanje, još ne postoje. Predloženi hipoteze se temelje na molekularnoj i kemijske uslovljavanja P- i L-modifikacija organizama i njihovih tijela. Konkretno, utvrđeno je da je sve veći organizama batsillyus mikoides na agar-agar sa P- i L-jedinjenja (saharoza, vinske kiseline, aminokiseline), L-formiraju se može pretvoriti u P-oblik i U-oblik u L-oblik. U nekim slučajevima, ove promjene su dugo, možda nasljedne. Ovi eksperimenti pokazuju da je vanjski P- ili L-oblik organizama ovisi o metabolizmu i koji su uključeni u razmjenu P- i A-molekula.

Sl. 10. isomeria corolla cvijeća biljaka.

Ponekad konverzije P-oblika u L-oblik i obrnuto doći bez ljudske intervencije. Akademik Vernadsky je istakao da su sve granate fosilnih mekušaca fuzus antikvuus naći u Engleskoj, u obliku slova L i moderne školjke - U-oblik. Očigledno, uzroci ovih promjena, evoluirao geoloških perioda.

Naravno, promjena simetrije vrsta kao evolucija života dogodio ne samo u dozimetricka organizama. Na primjer, neki bodljikaša su nekada bile dvustoronnesimmetrichnymi mobilne oblike. Onda su se preselili na pasivan način života, a oni su razvili radijalne simetrije (iako larve oni i dalje zadržala bilateralne simetrije). U nekim bodljikaša, drugi prošli na aktivan način života, radijalne simetrije ponovo zamijenjen bilateralni (nepravilan ježeve, morske krastavce).

Video: Na rubu ludila. simetrija

Do sada smo razgovarali o razlozima za definisanje P- i L-oblik organizama. I zašto ovi oblici nisu u jednakim iznosima? Po pravilu, to je veći ili P- ili L-oblika. Prema jednom vrlo prihvatljiv hipoteza, uzroci mogu biti dozimetricka elementarnih čestica, kao i pravo svjetlo koje je u blagom višak je uvijek prisutan u razbacane suncu i formira se konvencionalnim svjetlo refleksije od površine ogledalo morima i okeanima. Sve bi to moglo dovesti do toga da prvi put počeo da se u neravnopravan količine desno i lijevo oblik dozimetricka organskih molekula, a zatim P- i L-organizama i njihovih dijelova.

Ovo su samo neka pitanja biosimmetriki - nauka simetrije i asimetrije u prirodi.