Реферат по теме: Симметрия ученица 9 «б» класса Новосельцева Дарья



Скачать 412.85 Kb.
страница2/3
Дата08.10.2012
Размер412.85 Kb.
ТипРеферат
1   2   3
Раздел II. Симметрия в живой природе
Среди бесконечного разнообразия форм живой и неживой природы в изобилии встречаются такие совершенные образцы, чей вид неизменно привлекает наше внимание и ласкает наш взгляд. К числу таких образцов относятся некоторые кристаллы и микробы, многие животные и растения. Мы постоянно любуемся прелестью каждого отдельного цветка, мотылька или раковины и всегда пытаемся проникнуть в тайну их красоты. Нас удивляет и архитектура пчелиных сот, и расположение семян на шапке подсолнечника, и винтообразное расположение листьев на стебле растения (приложение 8) [4].

У биологических объектов встречаются следующие типы симметрии:

а) сферическая симметрия — симметричность относительно вращений в трёхмерном пространстве на произвольные углы;

б) симметрия n-го порядка — симметричность относительно поворотов на угол 360°/n вокруг какой-либо оси;

в) аксиальная симметрия (радиальная ) — симметричность относительно поворотов на произвольный угол вокруг какой-либо оси;

г) двусторонняя (билатеральная) симметрия (от би... и лат. lateralis — боковой) — симметричность относительно зеркального отражения; выражается в том, что тело живых организмов делится срединной плоскостью на правую и левую половины, представляющие как бы зеркальное отражение одна другой.;

д) трансляционная симметрия — симметричность относительно сдвигов пространства в каком-либо направлении на некоторое расстояние;

е) триаксиальная асимметрия — отсутствие симметрии по всем трём пространственным осям.
Глава 1. Симметрия растений
Изображения на плоскости мно­гих предметов окружающего нас мира име­ют ось симметрии или центр симметрии. Многие листья деревьев и лепестки цветов симметричны относительно среднего стебля.


Среди цветов наблюдаются поворотные симметрии разных порядков. Многие цветы обладают характерным свойством: цветок можно повернуть так, что каждый лепесток займёт положение соседнего, цветок же совместится с самим собой. Такой цветок обладает осью симметрии. Минимальный угол, на который нужно повернуть цветок вокруг оси симметрии, чтобы он совместился с самим собой, называется элементарным углом поворота оси. Этот угол для различных цветов не одинаков. Для ириса он равен 120º, для колокольчика – 72º, для нарцисса – 60º [4]. Поворотную ось можно характеризовать и с помощью дру­гой величины, называемой порядком оси и показывающей, сколько раз произойдет совмещение при повороте на 360º. Те же цветы ириса, колокольчика и нарцисса обладают осями третье­го, пятого и шестого порядков соответственно. Особенно часто среди цветов встречается симметрия пятого порядка. Это такие полевые цветы как колокольчик, незабудка, зверобой, лапчатка гусиная и др.; цветы плодовых деревьев – вишня, яблоня, груша, мандарин и др., цветы плодово-ягодных растений – земляника, ежевика, малина, шиповник; садовые цветы – настурция, флокс и др.

В пространстве существуют тела, обладающие винтовой сим­метрией, т. е. совмещающиеся со своим первоначальным поло­жением после поворота на угол вокруг оси, дополненного сдвигом вдоль той же оси.

Винтовая симметрия наблюдается в расположении листьев на стеблях большинства растений. Располагаясь винтом по стеблю, листья как бы раскидываются во все стороны и не заслоняют друг друга от света, крайне необходимого для жизни растений. Это интересное ботаническое явление носит название филлотаксиса, что буквально означает строение листа. Другим проявлением филлотаксиса оказывается устройство соцветия подсолнечника или чешуи еловой шишки, в которой чешуйки располагаются в виде спиралей и винтовых линий. Такое расположение особенно четко видно у ананаса, имеющего более или менее шестиугольные ячейки, которые образуют ря­ды, идущие в различных направлениях.

Билатеральной симметрией обладают также органы растений, например, многие стебли с двурядно расположенными листьями или боковыми побегами, стебли многих кактусов и т.п. Билатеральными называются также листья, у которых верхняя и нижняя поверхности различны по строению.

В ботанике часто встречаются радиально симметрично построенные цветы: 3 плоскости симметрии имеет водокрас лягушачий, 4 – лапчатка прямая, 5 – колокольчик, 6 – безвременник.

Глава 2. Симметрия животных

Внимательное наблюдение обнаруживает, что основу красоты многих форм, созданных природой, составляет симметрия, точнее, все её виды – от простейших до самых сложных. Симметрия в строение животных – почти общее явление, хотя почти всегда встречаются исключения из общего правила (приложение 10).

Под симметрией у животных понимают соответствие в размерах, форме и очертаниях, а также относительное расположение частей тела, находящихся на противоположных сторонах разделяющей линии. Строение тела многих многоклеточных организмов отражает определённые формы симметрии, такие как радиальную (лучевая) или билатеральную (двусторонняя), которые являются основными типами симметрии. Кстати, склонность к регенерации (восстановление) зависит от типа симметрии животного [6].

В биологии о радиальной симметрии идёт речь, когда через трёхмерное существо проходят две или более плоскости симметрии. Эти плоскости пересекаются в прямой. Если животное будет вращаться вокруг этой оси на определённый градус, то оно будет отображаться само на себе. В двухмерной проекции радиальная симметрия может сохраняться, если ось симметрии направлена перпендикулярно к проекционной плоскости. Иными словами, сохранение радиальной симметрии зависит от угла наблюдения.

При радиальной или лучистой симметрии тело имеет форму короткого или длинного цилиндра либо сосуда с центральной осью, от которого отходят в радиальном порядке части тела. Среди них встречается так называемая пентасимметрия, базирующаяся на пяти плоскостях симметрии.

Радиальная симметрия характерна для многих стрекающих, а также для большинства иглокожих, кишечнополостных. Взрослые формы иглокожих приближаются к радиальной симметрии, в то время как их личинки билатерально симметричны.

Лучевую сим­метрию мы также видим у медуз, кораллов, актиний, морских звёзд. Если вращать их вокруг собственной оси, они несколько раз «совместятся сами с собой». Если отре­зать у морской звезды любое из пяти щупалец, оно сумеет восстановить всю звезду. От радиальной симметрии различаются двулучевая радиальная симметрия (две плоскости симметрии, к примеру, гребневики), а также билатеральная симметрия (одна плоскость симметрии, к примеру, двусторонне-симметричные).

При билатеральной симметрии осей симметрии три, но симметричных сторон только одна пара. Потому что две другие стороны – брюшная и спинная – друг на друга не похожи. Этот вид симметрии характерен для большинства животных, в том числе насекомых, рыб, земноводных, рептилий, птиц, млекопитающих. Например, черви, членистоногие, позвоночные. У большинства многоклеточных (у чело­века в том числе) другой тип симметрии – двусторонняя. Левая половина их тела — это как бы «отражённая в зеркале правая». Этот принцип, однако, не относится к отдельным внутренним органам, что демонстрирует, например, расположение печени или сердца у человека. Плоский червь планария имеет двустороннюю симмет­рию. Если разрезать его вдоль оси тела или поперёк, из обеих половинок вырастут новые черви. Если же измельчить планарию как-нибудь иначе — скорее всего ничего не выйдет.

Можно сказать также, что каждое животное (будь то насекомое, рыба или птица) состоит из двух энантиоморфов – правой и левой половин. Энантиоморфы – пара зеркально асимметричных объектов (фигур), являющихся зеркальным изображением один другого (например, пара перчаток). Иными словами – это объект и его зазеркальный двойник при условии, что сам объект зеркально асимметричен.

Сферическая симметрия имеет место у радиолярий и солнечников, тело которых сферической формы, а его части распределены вокруг центра сферы и отходят от неё. У таких организмов нет ни передней, ни задней, ни боковых частей тела, любая плоскость, проведённая через центр, делит животное на одинаковые половинки.

Губки и пластинчатые не проявляют симметрию.
Глава 3. Асимметрия живого
Понятия симметрии и асимметрии альтернативны: чем более симметричен организм, тем менее он асимметричен и наоборот. Небольшое количество организмов полностью асимметричны. При этом следует различать отсутствие формы (например, у амёбы) от отсутствия симметрии. В природе и биологии симметрия не абсолютна и всегда содержит некоторую степень асимметрии. Например, симметричные листья растений при сложении пополам в точности не совпадают.

Симметрия в строении животных – почти общее явление, хотя почти всегда встречаются исключения из общего правила, выражающиеся в асимметричном положении той или другой части или того или другого органа. Например, наиболее резким примером асимметричной конфигурации могут служить камбалы и особенно смещение их глаз. Асимметрия (греч. α- – «без» и «симметрия») – отсутствие симметрии.

Ещё немецкий философ Иммануил Кант [6] заметил: «Что может быть больше похоже на мою руку или на моё ухо, чем их собственное отражение в зеркале? И всё же я не могу поставить ту руку, которую я вижу в зеркале, на место оригинала». На аналогичное явление обратили внимание и поэты:

Я на правую руку надела

Перчатку с левой руки...

(Анна Ахматова)

Совершить такую ошибку можно только в состоянии сильного волнения. Да и как ни надевай такую перчатку, она всё равно не подойдёт. Организм, как мы видим, прекрасно различает правое и левое. Причём, что удивительно, — как правило, живая природа отдаёт явное предпочтение одному из двух направлений — либо правому, либо левому. Среди людей гораздо чаще встречаются «правши», нежели «левши». Раковины моллюсков закручиваются обычно права налево, и лишь одна на несколько тысяч — наоборот. Впрочем, к этому можно добавить, что и наблюдаемая нами неживая природа как будто «предпочитает», например, вещество антивеществу.

Вероятно, таков вообще признак жизни — её стремление образовывать из симметричных молекул асимметричные и затем делать выбор в пользу одного из возможных видов асимметрии. Эта мысль, по-видимому, ведёт своё начало от французского химика, биолога и медика Луи Пастера (1822—1895). Он даже назвал нарушение симметрии, асимметрию, основным свойством живого. Он не имел в виду, конечно, только знакомые нам внешние проявления асимметрии. Дело в том, что асимметрия живого существует и на самом глубоком уровне — на уровне молекул живых организмов. Из одного перечня профессий Луи Пастера видно, что он был человеком поистине универсальных знаний. Человечество обязано ему предохранительными прививками против бешенства и других заболеваний. Ему принадлежит открытие, что кипячение убивает микробов. К Пастеру восходят дезинфекция и методы стерилизации. В молодости Пастер занимался винной кислотой. Ему было известно, что наряду с винной кислотой существует химически тождественная ей виноградная кислота. Но обе эти кислоты различаются по их оптическим свойствам. Раствор винной кислоты оптически активен, он вращает поляризованный свет. Раствор виноградной кислоты, напротив, совсем не отклоняет света. Рассматривая кристаллы обеих кислот под микроскопом, Пастер обнаружил, что у винной кислоты они являются либо правыми, либо левыми, а у оптически нейтральной виноградной кислоты половина кристаллов — левые и половина — правые. Он продолжил свои эксперименты и пришел к заключению, что живые существа, предпочитающие асимметричные молекулы, тоже должны быть асимметричными. Не только в спирали ДНК, но и всюду, где присутствуют белковые молекулы (а микробы — это высокомолекулярные органические белки), мы встречаемся со спиральным строением. Но, несмотря на кажущуюся простоту формулировки в сочетании с современными теориями физики, химии и других естественных наук, а также с новыми открытиями (например, нейтрино) в этих областях симметрия пространства становится всё более запутанной. Но, несомненно, одно: Мир симметричен! В нём найдено, в принципе, зеркальное соответствие каждому изображению.

Белковые цепочки живых организмов состоят из отдельных «бусин» — аминокислот. И, оказывается, аминокислоты могут быть правыми и левыми. Не отличаясь по химическому составу, они будут отличаться друг от друга, как предмет (та же рука) и его зеркальное отражение. Эти формы не совмещаются друг с другом ни при каких поворотах, как не надеваются левая и правая перчатки на одну руку. Если задать себе вопрос, «Какие аминокислоты входят в состав белков живых организмов?». Ответ, вероятно, будет «Поровну — правые и левые». Так вот нет – только левые! Более того, правые формы для земной жизни просто вредны. Точно так же правыми и левыми могут быть и углеводы. В составе живых организмов все углеводы — правые.

В повести Льюиса Кэрролла (псевдоним английского математика Ч.Л. Доджсона) «Алиса в Зазеркалье» девочка Алиса проходит сквозь зеркало и попадает в «зеркальный» мир. Математик Кэр­ролл не был, вероятно, знаком с тон­костями химического строения зеркально-симметричных веществ. Ведь, попади Алиса в мир, «отражён­ный» на уровне молекул, она бы... умерла от голода, т.к. не смогла бы питаться «зеркальной» пищей (а вот вода ничем не отличалась бы от на­шей).

Тогда возникает вопрос «Почему же случилось так, что в составе живых существ нашей плане­ты оказались только правые углеводы и левые аминокислоты?» В одном из рассказов польского фантаста Станислава Лема предлагается та­кая версия. Будто бы жизнь была заве­зена на Землю на инопланетном космическом корабле. И механик это­го корабля, выливая в первобытный земной океан ведро органических ве­ществ, размешал их кочергой в одном направлении. И вот результат... Это, конечно, шутка.

А как же обстояло дело в дейст­вительности? Важнейшие жизненные процессы могут протекать толь­ко в «зеркально» - однородной среде. Значит, жизнь неизбежно должна бы­ла нарушить равноправие правых и ле­вых форм органических веществ.

Быть может, одновременно где-то возникла «зеркальная» жизнь — с правыми аминокислотами и левыми углеводами? Но тогда, видимо, в борь­бе за существование выжили наши далёкие предки, истребив своих «двойников из Зазеркалья».

Далеко не всякий пятилетний ребёнок различает правую и левую стороны. В XIX в. солдаты заучивали «право и лево», привязывая к правому сапогу сено, а к левому — солому. И сейчас взрослому человеку случается ошибиться. А взятый из живого организма белок-фермент разделяет смесь правых и левых аминокислот безошибочно и чисто. Так что в чём-то жизнь, безусловно, ушла вперёд, развиваясь от белковых молекул до че­ловека. А в чём-то мы поотстали...

В ходе эволюции происходит закономерный переход от симметрии к асимметрии живой формы. Признаки симметрии определяются внешней средой. Полностью изотропной экологической нише (широкие условия необходимые для существования живых организмов) соответствует максимальная степень симметрии организмов. Первые организмы на Земле, плавающие в толще воды одноклеточные, имели максимально возможную симметрию — шаровую, они появились примерно 3.5 млрд. лет назад.

Асимметризация у наземных животных по оси «верх-низ» происходила под действием поля гравитации. Это привело к появлению малоподвижных или прикреплённых организмов радиальной симметрии.

Асимметризация по оси «перед-зад» происходила при взаимодействии с пространственным полем, когда понадобилось быстрое движение (спастись от хищника, догнать жертву). В результате, в передней части тела оказались главные рецепторы и мозг. Билатерально симметричные организмы господствуют последние 650—800 млн. лет. Это ракообразные, рыбы, все прогрессивные формы: млекопитающие, птицы, насекомые.

Итак, эти три типа симметрии располагаются в эволюционном ряду следующим образом: полностью асимметричная амёба является более примитивным существом, чем одноклеточные организмы шаровой симметрии (радиолярии, вольвоксовые), она находится в начале этого ряда. Затем соответственно представители радиальной симметрии. Билатерально симметричные организмы считаются «венцом» эволюции.

Глава 4. Человек - существо симметричное
Не станем пока разбираться, существует ли на самом деле абсолютно симметричный человек. У каждого, разумеется, обнаружится родинка, прядь волос или какая-нибудь другая деталь, нарушающая внешнюю симметрию. Левый глаз никогда не бывает в точности таким, как правый, да и уголки рта находятся на разной высоте, во всяком случае, у большинства людей. И всё же это лишь мелкие несоответствия. Никто не усомнится, что внешне человек построен симметрично: левой руке всегда соответствует правая и обе руки совершенно одинаковы! НО! Здесь стоит остановиться. Если бы наши руки и в самом деле были совершенно одинаковы, мы могли бы в любой момент поменять их. Было бы возможно, скажем, путем трансплантации пересадить левую ладонь на правую руку, или, проще, левая перчатка подходила бы тогда к правой руке, но на самом деле это не так. Каждому известно, что сходство между нашими руками, ушами, глазами и другими частями тела такое же, как между предметом и его отражением в зеркале. Многие художники обращали пристальное внимание на симметрию и пропорции человеческого тела, во всяком случае, до тех пор, пока ими руководило желание в своих произведениях как можно точнее следовать природе.

Известны каноны пропорций, составленные Альбрехтом Дюрером и Леонардо да Винчи (приложение 7). Согласно этим канонам, человеческое тело не только симметрично, но и пропорционально. Леонардо открыл, что тело вписывается в круг и в квадрат. Дюрер занимался поисками единой меры, которая находилась бы в определенном соотношении с длиной туловища или ноги (такой мерой он считал длину руки до локтя). В современных школах живописи в качестве единой меры чаще всего принимается размер головы по вертикали. С известным допущением можно считать, что длина туловища превосходит размер головы в восемь раз. На первый взгляд это кажется странным. Но нельзя забывать, что большинство высоких людей отличаются удлинённым черепом и, наоборот, редко можно встретить низкорослого толстяка с головой удлинённой формы. Размеру головы пропорциональна не только длина туловища, но и размеры других частей тела. По этому принципу построены все люди, оттого-то мы, в общем, похожи друг на друга. Однако наши пропорции согласуются лишь приблизительно, а потому люди лишь похожи, но не одинаковы. Во всяком случае, все мы симметричны! К тому же некоторые художники в своих произведениях особенно подчёркивают эту симметрию. И в одежде человек тоже, как правило, старается поддерживать впечатление симметричности: правый рукав соответствует левому, правая штанина — левой. Пуговицы на куртке и на рубашке сидят ровно посередине, а если и отступают от нее, то на симметричные расстояния. Но на фоне этой общей симметрии в мелких деталях мы умышленно допускаем асимметрию, например, расчесывая волосы на косой пробор — слева или справа или делая асимметричную стрижку. Или, скажем, помещая на костюме асимметричный кармашек на груди. Или, надев кольцо на безымянный палец только одной руки. Лишь на одной стороне груди носятся ордена и значки (чаще на левой). Полная безукоризненная симметрия выглядела бы нестерпимо скучно. Именно небольшие отклонения от неё и придают характерные, индивидуальные черты.

И вместе с тем порой человек старается подчеркнуть, усилить различие между левым и правым. В средние века мужчины одно время щеголяли в панталонах со штанинами разных цветов (например, одной красной, а другой черной или белой). В не столь отдалённые дни были популярны джинсы с яркими заплатами или цветными разводами. Но подобная мода всегда недолговечна. Лишь тактичные, скромные отклонения от симметрии остаются на долгие времена.

1   2   3

Похожие:

Реферат по теме: Симметрия ученица 9 «б» класса Новосельцева Дарья iconРеферат по теме ученица 11 класса «А» моу «сош №1» г. Изобильного Волкова Евгения

Реферат по теме: Симметрия ученица 9 «б» класса Новосельцева Дарья iconРеферат по теме: Тайны снега ученица 9 класса Афанасьева Ольга Лесковец И. П

Реферат по теме: Симметрия ученица 9 «б» класса Новосельцева Дарья iconРеферат по теме: Соединенные Штаты Америки ученица 8 «Б» класса Поугарт Виктория
Среднее образование
Реферат по теме: Симметрия ученица 9 «б» класса Новосельцева Дарья iconРеферат На тему: Попова Екатерина, Ученица 9 кл. Богданова Н. И
С моей точки зрения, симметрия – это идея, с помощью которой человек веками пытался объяснить и создать порядок, красоту, совершенство....
Реферат по теме: Симметрия ученица 9 «б» класса Новосельцева Дарья iconРеферат по теме: Математические фокусы ученица 11 класса Павлова Влада
Волшебные таблицы; 2 Волшебный веер; 3 Угадывание чисел на шестиугольниках
Реферат по теме: Симметрия ученица 9 «б» класса Новосельцева Дарья iconИсследовательская работа Симметрия орнамента вышивки мордовского национального костюма ученица 6 класса моу «Лицей №43»
Симметрия, как бы широко или узко мы не понимали это слово, есть идея, с помощью которой человек пытался объяснить и создать порядок,...
Реферат по теме: Симметрия ученица 9 «б» класса Новосельцева Дарья iconРеферат по алгебре на тему: «Функции» ученица 11 класса Киселёва Кристина Валерьевна
Этот реферат позволил читателям заглянуть в удивительный и многообразный мир функций; познакомиться с некоторыми их видами
Реферат по теме: Симметрия ученица 9 «б» класса Новосельцева Дарья iconУчебный проект по математике ученица 8-а класса Хабибуллина Мария Зыкова О. Е
Цель: выявить насколько широко симметрия присутствует в архитектурных сооружениях
Реферат по теме: Симметрия ученица 9 «б» класса Новосельцева Дарья iconРеферат по теме: Животный мир Туниса ученица 2 «в» класса Кенжина Софья
Актуальность исследования. Летом 2010 года мы с папой совершили небольшое путешествие в одну из стран Северной Африки – Тунис. Тунис...
Реферат по теме: Симметрия ученица 9 «б» класса Новосельцева Дарья iconРеферат по теме: Творчество Льюиса Кэрролла ученица 7А класса Луговская Юлия
Алисе в Стране Чудес и её продолжение о приключениях маленькой героини в Зазеркалье. Мне стало интересно. Я захотела больше узнать...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org