Понятие симметрии в естествознании

Например, молекулы всех аминокислот в любом живом  организме могут быть только левыми, сахара - только правыми.

Это свойство живого вещества и его продуктов жизнедеятельности  называют

дисимметрией. Оно имеет  совершенно фундаментальный характер. Хотя правые и левые молекулы неразличимы по химическим свойствам, живая материя их не только различает, но и делает выбор. Она отбраковывает и не использует молекулы, не обладающие нужной ей структурой. Как это происходит, пока не ясно.

Если бы живое существо оказалось в условиях, когда вся  пища была бы

составлена из молекул  противоположной симметрии, не отвечающей дисимметрии этого организма, то оно погибло бы от голода. В неживом веществе правых и левых молекул поровну. Дисимметрия - единственное свойство, благодаря которому мы можем отличить вещество биогенного происхождения от неживого вещества. Мы не можем ответить на вопрос, что такое жизнь, но имеем способ отличить живое от неживого.

Таким образом, асимметрию можно рассматривать как разграничительную  линию между живой и неживой природой. Для неживой материи характерно преобладание симметрии, при переходе от неживой к живой материи уже на микроуровне преобладает асимметрия. В живой природе асимметрию можно увидеть всюду.

Симметрия лежит в  основе вещей и явлений, выражая  нечто общее, свойственное разным объектам, тогда как асимметрия связана с индивидуальным воплощением этого общего в конкретном объекте. На принципе симметрии основан метод аналогий, предполагающий отыскание общих свойств в различных объектах. На основе аналогий создаются физические модели различных объектов и явлений. Аналогии между процессами позволяют описывать их общими уравнениями.

 

3.1 Симметрия в мире растений

 

Специфика строения растений и животных определяется особенностями  среды обитания, к которой они приспосабливаются, особенностями их образа жизни. У любого дерева есть основание и вершина, "верх" и "низ", выполняющие разные функции. Значимость различия верхней и нижней частей, а также направление силы тяжести определяют вертикальную ориентацию поворотной оси "древесного конуса" и плоскостей симметрии.

Для листьев характерна зеркальная симметрия. Эта же симметрия встречается и у цветов, однако у них зеркальная  симметрия чаще выступает в сочетании с поворотной симметрией. Нередки случаи и переносной симметрии (веточки акации, рябины). Интересно, что в цветочном мире наиболее распространена поворотная симметрия 5-го порядка, которая принципиально невозможна в периодических структурах неживой природы.

Этот факт академик Н. Белов объясняет тем, что ось 5-го порядка -

своеобразный  инструмент борьбы за существование, "страховка  против

окаменения, кристаллизации, первым шагом которой была бы их поимка решеткой"

Действительно, живой организм не имеет кристаллического строения в том

смысле, что  даже отдельные его органы не обладают пространственной решеткой. Однако упорядоченные структуры в ней представлены очень широко.

    

	Соты - настоящий конструкторский шедевр. Они состоят из ряда шестигранных ячеек.
Это самая плотная упаковка, позволяющая  наивыгоднейшим образом разместить в ячейке личинку и при максимально  возможном объеме наиболее экономно использовать строительный материал - воск. Листья на стебле расположены  не по прямой, а окружают ветку по спирали. Сумма всех предыдущих шагов  спирали, начиная с вершины, равна  величине последующего шага
А+В=С, В+С=Д и т.д.
Расположение семянок  в головке подсолнуха или листьев в побегах вьющихся растений соответствует логарифмической спирали

 

3.2 Симметрия в мире животных

 

Типы симметрии  у животных:    

1-центральная	2-осевая	3-радиальная	4-билатеральная
5-двулучевая	6-поступательная (метамерия)		7-поступательно-вращательная

 

Ось симметрии. Ось симметрии- это ось вращения. В этом случае у животных, как правило, отсутствует центр симметрии. Тогда вращение может происходить только вокруг оси. При этом ось чаще всего имеет разнокачественные полюса.

Например, у кишечнополостных, гидры или актинии, на одном полюсе расположен рот, на другом - подошва, которой эти неподвижные животные прикреплены к субстрату (рис.1, 2,3). Ось симметрии может совпадать морфологически с переднезадней осью тела.    

 

Плоскость симметрии. Плоскость симметрии - это плоскость, проходящая через ось симметрии, совпадающая с ней и рассекающая тело на две зеркальные половины.

Эти половины, расположенные  друг против друга, называют антимерами (anti – против; mer – часть). Например, у гидры плоскость симметрии должна пройти через ротовое отверстие и через подошву.  Антимеры противоположных половин должны иметь равное число щупалец, расположенных вокруг рта гидры. У гидры можно провести несколько плоскостей симметрии, число которых будет кратно числу щупалец. У актиний с очень большим числом щупалец можно провести много плоскостей симметрии. У медузы с четырьмя   щупальцами на колоколе число плоскостей симметрии будет ограничено числом, кратным четырём. У гребневиков только две плоскости симметрии - глоточная и щупальцевая (рис.1, 5). Наконец, у двусторонне-симметричных организмов только одна плоскость и только две зеркальные антимеры – соответственно правая и левая стороны животного (рис.1, 4, 6, 7)».⁵

 

Заключение

 

С симметрией мы встречаемся везде – в природе, технике, искусстве, науке. Понятие симметрии проходит через всю многовековую историю человеческого творчества. Принципы симметрии играют важную роль в физике и математике, химии и биологии, технике и архитектуре, живописи и скульптуре, поэзии и музыке. Законы природы, управляющие неисчерпаемой в своём многообразии картиной явлений, в свою очередь, подчиняются принципам симметрии.

«Существует множество видов симметрии как в растительном, так и в животном мире, но при всем многообразии живых организмов, принцип симметрии действует всегда, и этот факт еще раз подчеркивает гармоничность нашего мира. Еще одним интересным проявлением симметрии жизненных процессов являются биологические ритмы (биоритмы), циклические колебания биологических процессов и их характеристик (сокращения сердца, дыхание, колебания интенсивности деления клеток, обмена веществ, двигательной активности, численности растений и животных), зачастую связанные с приспособлением организмов к геофизическим циклам.

Симметрия, проявляясь в  самых различных объектах материального  мира, несомненно, отражает наиболее общие, наиболее фундаментальные его свойства. Поэтому исследование симметрии  разнообразных природных объектов и сопоставление его результатов  является удобным и надежным инструментом познания основных закономерностей существования материи 

Зеркальная симметрия  преобладает в животном и растительном мире, что заставляет ученых думать, что это не простое совпадение. Симметрия наблюдалась в строении живых организмов уже 500 млн. лет назад. Следовательно, симметрия возникла не случайно - возможно, симметричные объекты легче воспринимать живым существам. Существует также мнение, что симметрия участвует в естественном отборе - и человек, и животные предпочитают выбирать особей противоположного пола с более симметричным строением тела. Кроме того, выявлена прямая зависимость между симметричным строением тела и здоровьем».⁶

Однако на сегодняшний  день симметрия является одной из наиболее фундаментальных и одной  из наиболее общих закономерностей мироздания: неживой, живой природы и общества. Ee математическое выражение - теория групп - была признана одним из самых сильных средств познания первоначально в математике, а позднее - в науке и искусстве.

И как бы ученые к ней не относились, она есть в нашей жизни буквально во всём, добавляя в неё мир, спокойствие и состояние чего-то нечуждого глазу.

 

Список литературы

 

1. Дмитриева В.Ф. Концепции современного естествознания. Учеб. пособие. - М.: Высш. шк., 2003. – 135 с.
2. Советский энциклопедический словарь — М.: Советская энциклопедия, 1980.
3. Урманцев Ю.А. Симметрия природы и природа симметрии. - М.: МЫСЛЬ, 1974. – 232 с.
4. Хорошавина С. Г. Концепции современного естествознания: курс лекций / Изд. 4-е. - Ростов н/Д: Феникс, 2005. - 480 с.
5. Шубников А. В., Копцик В. А. Симметрия в науке и искусстве. -М.: Наука, 1972. – 289 с.
6. Научные универсалии. Общие понятия: Сборник статей. – С.Петербург: С. Петербургское философское общество, 2010. – 274-275с. http://philosophy.spbu.ru/userfiles/science/projects/rationality/Nauchnye%20universalii10.pdf

¹ Дмитриева В.Ф. Концепции современного естествознания. Учеб. пособие. - М.: Высш. шк., 2003. – с. 8

² Советский энциклопедический словарь — М.: Советская энциклопедия, 1980. – с. 189

³ Хорошавина С. Г.Концепции современного естествознания: курс лекций / Изд. 4-е. - Ростов н/Д: Феникс, 2005. – 132-136 с.

⁴ Шубников А. В., Копцик В. А. Симметрия в науке и искусстве. -М.: Наука, 1972. – с. 68 - 76

⁵ Урманцев Ю.А. Симметрия природы и природа симметрии. - М.: МЫСЛЬ, 1974. – с. 104 – 118.

⁶ Научные универсалии. Общие понятия: Сборник статей. – С.-Петербург: С.-Петербургское философское общество, 2010. –274-275 с. http://philosophy.spbu.ru/userfiles/science/projects/rationality/Nauchnye%20universalii10.pdf