Пространственная симметрия у живых организмов

При сферической симметрии, которая имеется только у некоторых групп протозоа (радиолярии, гелиозоа), тело имеет сферическую форму, и части тела расположены концентрически или радиально от центра сферы. У таких животных нет концов или сторон тела и любая плоскость, проходящая через центр, поделит его на эквивалентные половины. Сферический тип симметрии возможен только у очень мелких животных с п

ростой внутренней конструкцией, так как для сферы внутренняя масса, с увеличением внешней поверхности и сложности, растет слишком быстро для эффективного функционирования.

Тело с радиальной симметрией имеет общую форму цилиндра или шара, с центральной осью, от которой расходятся части тела или вдоль которой они расположены регулярно. Основная ось гетерополярна, т.е. с неодинаковыми концами, один из которых несет ротовое отверстие и называется оральным концом (антериор) и другой, называемый аборальным концом (постериор), формирует заднюю часть животного и может нести анус. За исключением животных, имеющих нечетное число частей тела, расположенных в циркулярном порядке (морские звезды), любая плоскость, проходящая через ось, делит его на две симметричные части. Животные с тремя, пятью, семью и т.д. частями по кругу имеют симметрию, которую можно называть, соответственно, 3-лучевой, 5-лучевой, 7-лучевой и т.д. (или поворотной). Только определенные плоскости, проходящие через ось, могут поделить такое животное на симметричные половины. Радиальную симметрию находят у кишечнополостных и иглокожих. Однако она не обязательно присуща животному в течение всей его жизни. Личинки офиур, например, имеют зеркальную симметрию, а взрослые особи – симметрию пятого порядка. Надо отметить, что поворотная симметрия пятого порядка особенно часто встречается в органическом мире. У кристаллов имеются поворотные симметрии только 2-го, 3-го, 4-го и 6-го порядков.

При бирадиальной симметрии, в дополнение к оси антериор-постериор, существуют две других оси симметрии с правильными углами к ней и друг к другу: саггитальная, или срединная вертикально-продольная, и трансверзальная, или поперечная, оси. Такие животные, следовательно, имеют не только два конца, но также и две пары симметричных сторон. У них имеется две плоскости симметрии, одна проходит через оси антериор-постериор и саггитальную, другая – через оси антериор-постериор и трансверзальную. Такая бирадиальная симметрия наблюдается у медуз-гребешков.

В билатеральной симметрии есть такие же три оси, как и в бирадиальной, но имеется только одна пара симметричных сторон – латеральных, т.к. другие две стороны, называемые дорсальной (спина) и вентральной (перед) поверхностями, неодинаковы. Таким образом, только одна срединная продольная, или саггитальная, плоскость симметрии делит билатеральное животное на симметричные половины. Билатеральность присуща большинству животных, включая насекомых, рыб, амфибий, рептилий, птиц, многих ракообразных, млекопитающих.

Симметрии также фиксируются и в ботанике. Здесь выделяют радиальную (корни, стебли, цветки), билатеральную (листья), винтовую симметрию подобия (спиральность расположения листьев на стебле, зачатков листьев и цветков на конусе нарастания, цветков в корзинке) и криволинейную (правые и левые листья, семена, плоды, сосуды древесины).

Полной геометрической симметрии у организмов не бывает. Обычно симметрия проявляется в общей конфигурации тела и в расположении некоторых органов. “Если бы все в природе было закономерно, то в каждом явлении находила бы отражение полная симметрия таких всеобщих законов природы, как те, которые формируются теорией относительности. Уже сам факт, что дело обстоит совсем не так, доказывает, что случайность является существенной особенностью нашего мира” – писал Г. Вейль.

Сравнение разных групп организмов показывает, что различные типы симметрии появляются в процессе исторического развития организмов как приспособление к определённому образу жизни, к определённым силовым отношениям с окружающей средой.

Многие виды симметрии нашли отражение во внешнем строении животных, в конструкции их внутренних органов, в конфигурации молекул органических веществ

Двусторонняя симметрия обычна у творений природы: горные хребты и пропасти, овраги, русла рек, другие элементы рельефа местности, многие растения могут обладать двусторонней симметрией.

Даже теперь, когда животный мир нашей планеты в общих чертах изучен, примеры асимметрии немногочисленны и часто относятся к устройству скрытых от глаз внутренних органов. У брюхоногих моллюсков одна почка, одна жабра, одна половая железа. В соответствии с этим дыхательное, половое и анальное отверстия и отверстие мочеточника находятся на правой стороне тела.

Еще меньше примеров асимметрии внешнего строения животных. У одних особей моллюсков раковины закручены по часовой, у других против часовой стрелки. У клестов, питающихся семенами еловых или сосновых шишек, большой крючкообразный клюв имеет крестообразное строение. У птенцов он достаточно симметричен, но по мере взросления птиц подклювье отклоняется влево или вправо.

Двусторонняя симметрия возникла на определенной стадии развития обитателей Земли. Первые живые организмы, зародившиеся в Мировом океане, обладали шаровидной симметрией. Несмотря на то, что их потомки имеют более сложную организацию, они сохраняют шаровидную симметрию. В однородной среде шарообразная форма организма наиболее удобна для равномерного извлечения всеми частями тела кислорода и растворенных в воде питательных веществ. В процессе исторического развития организмов происходила дифференцировка участков тела у взвешенных в воде организмов, что привело к возникновению многоосной симметрии. У многоосносимметричных животных (солнечники) оси симметрии, проходящие через выросты тела, называются радиусами, а промежутки между ними – интеррадиусами.

Для крупных организмов, не взвешенных в воде, сила тяжести создаёт резко отличные силовые отношения вдоль вертикальной оси для верхней и нижней сторон. Поэтому для прикреплено живущих организмов, обитающих обычно на горизонтальной поверхности (дно моря, поверхность суши) в среде с одинаковыми силовыми воздействиями в направлениях, перпендикулярных силе тяжести силовые условия различны лишь в направлении силы тяжести. Такие организмы построены по типу радиальной симметрии (сидячие кишечнополостные, морские лилии, плодовые тела высших грибов, стебли высших растений).

Изменение силовых соотношений в одном из направлений создаёт различие условий для частей, подвергающихся или не подвергающихся силовым воздействиям, что приводит к замене радиальной симметрии двусторонней. Поэтому животные, которые передвигаются в каком – либо избранном направлении, приобрели двустороннюю симметрию. Для этих организмов свойственно симметричное расположение парных органов, что помогает им сохранять равновесие при передвижении, а значит добывать себе пищу и таким образом существовать. Наиболее распространенной причиной изменения силовых отношений в направлении, перпендикулярном силе тяжести, приводящей к билатеральной симметрии, является переход организмов к активному поступательному движению, при котором передний и задний концы тела находятся в противоположных силовых условиях. Нарушение билатеральной симметрии привело бы к неизбежному торможению одной из сторон и изменению поступательного движения в круговое. Поэтому активно подвижные животные (членистоногие и позвоночные) двустороннесимметричны.

 Скачать реферат