Дивовижний симетричний світ природи
Симетрія в біології - це закономірне розташування подібних (однакових) частин тіла або форм живого організму, сукупності живих організмів щодо центру чи осі симетрії.
Асиметрія - відсутність симетрії. Іноді цей термін використовується для опису організмів, позбавлених симетрії первинно, на противагу дисиметрії - вторинної втрати симетрії або окремих її елементів.
Поняття симетрії і асиметрії альтернативні. Чим більше симетричний організм, тим менше він асиметричний і навпаки. Будова тіла багатьох багатоклітинних організмів відбиває певні форми симетрії, радіальну або білатеральну. Невелика кількість організмів повністю асиметричні. При цьому слід розрізняти мінливість форми (наприклад в амеби) від відсутності симетрії. У природі і, зокрема, в живій природі симетрія не абсолютна і завжди містить деяку ступінь асиметрії. Наприклад, симетричні листя рослин при додаванні навпіл в точності не збігаються.
Елементи симетрії
Серед елементів симетрії розрізняють наступні:
- площину симетрії - площина, що ділить об'єкт на дві рівні (дзеркально симетричні) половини;
- вісь симетрії - пряма лінія, при повороті навколо якої на деяких кут, менший 360о, об'єкт співпадає сам з собою;
- центр симетрії - крапка. ділить навпіл все прямі лінії, що з'єднують подібні точки об'єкта.
Зазвичай через центр симетрії проходять осі симетрії, а через вісь симетрії - площини симетрії. однак існують тіла й фігури, у яких при наявності центру симетрії немає ні осей, ні площин симетрії, а при наявності осі симетрії відсутні площині симетрії (див. нижче).
Крім цих геометричних елементів симетрії, розрізняють біологічні:
- антімери - симетрично повторюються навколо головної осі монаксоно гетерополярность форм ділянки тіла;
- радіус - площину симетрія антімера;
- интеррадиус - площина, що проходить між сусідніми антімерамі;
- метамери - повторювані ділянки, розташовані вздовж поздовжньої (зазвичай передньо-задньої) осі тіла організму.
Типи симетрій
У біологічних об'єктів зустрічаються такі типи симетрії:
- Сферична симетрія - симетричність щодо обертань в тривимірному просторі на довільні кути.
- Аксіальна симетрія (радіальна симетрія, симетрія обертання невизначеного порядку) - симетричність щодо поворотів на довільний кут навколо якої-небудь осі.
- Симетрія обертання n-го порядку - симетричність щодо поворот ів на кут 360 ° / n навколо якої-небудь осі.
- Двостороння (білатеральна) симетрія - симетричність відносно площини симетрії (симетрія дзеркального відображення).
- Трансляційна симетрія - симетричність щодо зрушень простору в якомусь напрямі на деяку відстань (її окремий випадок у тварин - метамерія (біологія)).
- Тріаксіальная асиметрія - відсутність симетрії по всіх трьох просторових осях.
Прояв симетрії в живій і неживій природі
Краса в природі не створюється, а лише фіксується, виражається. Розглянемо прояв симетрії з «глобального», а саме з нашої планети Земля.
Те, що Земля - куля, стало відомо освіченим людям ще в давнину. Земля в уявленні більшості начитаних людей до епохи Коперника була центром світобудови. Тому прямі, що проходять через центр Землі, вони вважали центром симетрії Всесвіту. Тому навіть макет Землі - глобус має вісь симетрії.
Далі я розглянула прояв симетрії в живій природі. Майже всі живі істоти побудовані за законами симетрії, недарма в перекладі з грецького слово «симетрія» означає «відповідність».
Серед квітів, наприклад, спостерігається поворотна симетрія. Багато квіти можна повернути так, що кожна пелюстка займе положення сусіднього, квітка сполучиться з самим собою. Мінімальний кут такого повороту для різних кольорів неоднаковий. Для ірису він дорівнює 120 °, для дзвоника - 72 °, для нарциса - 60 °. У розташуванні листя на стеблах рослин спостерігається гвинтова симетрія. Розташовуючись гвинтом по стебла, листя як би розкидаються в різні боки і не затуляють один одного від світла, хоча самі листя теж мають вісь симетрії. Розглядаючи загальний план будови якої-небудь тварини, ми помічаємо зазвичай відому правильність в розташуванні частин тіла або органів, які повторюються навколо деякої осі або займають одне і те ж положення по відношенню до деякої площини. Цю правильність називають симетрією тіла. Явища симетрії настільки широко поширені у тваринному світі, що дуже важко вказати групу, до якої ніякої симетрії тіла підмітити можна. Симетрією володіють і маленькі комахи, і великі тварини.
Серед нескінченного розмаїття форм неживої природи в достатку зустрічаються такі досконалі образи, чий вид незмінно привертає нашу увагу. Спостерігаючи за красою природи, можна помітити, що при відображенні предметів в калюжах, озерах проявляється дзеркальна симетрія.
Бачите? Це ж гола дзеркальність!
Дурна, дурна природа, ні про що вона не дбає так завзято, як про рівновагу.
(Венедикт Єрофєєв)
У світ неживої природи чарівність симетрії вносять кристали. Кожна сніжинка-це маленький кристал замерзлої води. Форма сніжинок може бути дуже різноманітною, але всі вони володіють поворотною симетрією і, крім того, дзеркальною симетрією.
А що таке кристал? Тверде тіло, що має природну форму багатогранника. Сіль, лід, пісок і т.д. складаються з кристалів. Перш за все ромеев-Деліль підкреслював правильну геометричну форму кристалів виходячи із закону сталості кутів між їх гранями. Він писав: «До розряду кристалів стали відносити всі тіла мінерального царства, для яких знаходили фігуру геометричного багатогранника ...» Правильна форма кристалів виникає з двох причин. По-перше, кристали складаються з елементарних частинок - молекул, які самі мають правильну форму. По-друге, «такі молекули мають чудове властивість з'єднуватися між собою в симетричному порядку».
Чому ж такі красиві і привабливі кристали? Їх фізичні і хімічні властивості визначаються їх геометричним будовою. У кристалографії (науці про кристалах) існує навіть розділ, який називається «Геометрична кристалографія». У 1867 році генерал від артилерії, професор Михайлівській академії в Петербурзі А.В. Гадолин строго математично вивів всі поєднання елементів симетрії, що характеризують кристалічні многогранники. Наприклад, гранат потрапляє в першу, так звану кубічну систему, все кристали якої мають ті ж елементи симетрії, що і куб
(Форму куба мають, наприклад, кристали кухонної солі). Всього існує 32 види симетрій ідеальних форм кристала.
Легко уявити, яка б панувала на Землі плутанина, якби симетрія в природі була порушена!
