что такое симметрии животного в биологии тип
Симметрия (биология)
Симметрия (др.-греч. συμμετριαι — «соразмерность») в биологии — закономерное расположение подобных (одинаковых) частей тела или форм живого организма, совокупности живых организмов относительно центра или оси симметрии.
Асимметрия — (греч. α- — «без» и «симметрия») — отсутствие симметрии. Иногда этот термин используется для описания организмов, лишённых симметрии первично, в противоположность диссимметрии — вторичной утрате симметрии или отдельных её элементов.
Понятия симметрии и асимметрии альтернативны. Чем более симметричен организм, тем менее он асимметричен и наоборот. Строение тела многих многоклеточных организмов отражает определённые формы симметрии, радиальную или билатеральную. Небольшое количество организмов полностью асимметричны. При этом следует различать изменчивость формы (например у амёбы) от отсутствия симметрии. В природе и, в частности, в живой природе симметрия не абсолютна и всегда содержит некоторую степень асимметрии. Например, симметричные листья растений при сложении пополам в точности не совпадают.
Содержание
Элементы симметрии
Среди элементов симметрии различают следующие:
Обычно через центр симметрии проходят оси симметрии, а через ось симметрии — плоскости симметрии. однако существуют тела и фигуры, у которых при наличии центра симметрии нет ни осей, ни плоскостей симметрии, а при наличии оси симметрии отсутствуют плоскости симметрии (см. ниже).
Кроме этих геометрических элементов симметрии, различают биологические:
Типы симметрий
У биологических объектов встречаются следующие типы симметрии:
Классификация типов симметрии цветков растений
Сферическая симметрия
Радиальная симметрия
Билатеральная симметрия
Эволюция симметрии
Признаки симметрии определяются внешней средой. Полностью изотропной экологической нише соответствует максимальная степень симметрии организмов. Первые организмы на Земле, плавающие в толще воды одноклеточные, возможно, имели максимально возможную симметрию — шаровую, они появились примерно 3.5 млрд лет назад.
Эволюция симметрии у животных и протистов
Асимметризация у животных по оси «верх-низ» происходила под действием поля гравитации. Это привело к появлению брюшной (нижней) и спинной (верхней) стороны у подавляющего большинства подвижных животных (как с радиальной, так и билатеральной симметрией). У некоторых радиальносимметричных сидячих животных нет спинной и брюшной стороны, нижней стороне тела обычно соответствует аборальный полюс, верхней — оральный (ротовой).
Асимметризация по передне-задней оси 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 многоклеточные животные господствуют последние 600—535 млн лет. Они стали окончательно преобладающими в фауне Земли после «кембрийского взрыва»; до этого, среди представителей вендской фауны, преобладали радиальносимметричные формы и своеобразные животные, обладавшие «симметрией скользящего отражения».
Среди современных животных первично радиальной симметрией, по-видимому, обладают только губки и гребневики; хотя стрекающие и относятся к радиальносимметричным животным, симметрия у коралловых полипов обычно билатеральная. По современным молекулярным данным, симметрия у стрекающих, вероятно, исходно была билатеральной, а радиальная симметрия, свойственная медузозоям, вторична.
В. Н. Беклемишев в своем классическом труде [3] дал подробный анализ элементов симметрии и подробную классификацию типов симметрии протистов. Среди форм тела, свойственной этим организмам, он различал следующие:
Эти формы симметрии перечислены в том порядке, в котором Беклемишев выстроил их в морфологический ряд. Считая полностью асимметричную амёбу более примитивным существом, чем одноклеточные организмы с шаровой симметрией (радиолярии, вольвоксовые), он поместил её в начало ряда. Билатерально симметричные организмы конечным звеном этого морфологического ряда, который конечно. не является эволюционным (Беклемишев подчёркивает. что билатеральная симметрия может возникать независимо самыми разными путями).
Другой морфологический ряд, рассмотренный в той же работе — ряд форм с вращательной симметрией (это такой тип симметрии, при которой имеется только ось симметрии и отсутствуют плоскости симметрии).
Анализируя связь симметрии со средой обитания, Беклемишев связывает полиаксонную форму тела с однородностью среды, монаксонно гетерополярную — с прикреплением к субстрату, вращательную (винтовую) — со способом передвижения многих протистов («ввинчивание» в воду). Билатеральная симметрия многоклеточных животных, по Беклемишеву, возникла в связи с ползанием по дну.
Почему животные симметричны?
Приблизительно 75000 человек на Земле обладают зеркальным расположением внутренних органов – сердце у них располагается справа, а печень слева. Это называется транспозицией внутренних органов, объясняется разными факторами, не передается по наследству и никак не мешает жизни этих людей.
Как видите, природа может запросто отразить нас, словно в зеркале, и ничего особо не поменяется. Ну а внешне и отражать ничего не надо, ведь люди, как и почти все остальные животные, обладают практически идеальной внешней зеркальной симметрией. Ее еще называют билатеральной.
Но зачем нужна эта симметрия? Действительно, у высших животных все органы обладают узкой специализацией: руки, ноги, голова, хвост – все они выполняют разные функции. Отсюда понятно, что верхняя и нижняя, передняя и задняя части туловища должны отличаться. Однако, несмотря на все это, левая и правая стороны тела абсолютно идентичны, как будто природа забыла придумать, с чем будет лучше справляться левая сторона, а с чем – правая. Или дело в другом?
Ответ довольно прост. Билатеральная симметрия – это, можно сказать, рудимент, особенность, которая передалась нам от наших предков, но при этом не мешала дальнейшей эволюции и осталась, хотя особо сильно мы в ней не нуждаемся.
Давайте перенесемся на 4 миллиарда лет назад. На заре возникновения жизни на Земле, когда все живые организмы были еще одноклеточными, самой идеальной формой для них был шар. Это диктовалось тем, что взаимодействовать с окружающей средой им приходилось во всех направлениях, ни одно из которых особо не выделялось, отсюда и такая форма. То есть тела были сферически симметричны: как их ни поворачивай, они похожи сами на себя. К тому же шар, при заданном объеме, обладает минимальной площадью поверхности, что достаточно экономно и практично.
Но в процессе эволюции организмы усложнялись и увеличивали свою массу. И вот тут вступила в действие гравитация! Из-за нее у живых существ появилась асимметрия по направлению верх – низ. Сверху теперь располагались преимущественно органы чувств, рот. Внизу – средства передвижения. Но осталась симметрия по окружности – радиальная. Можно было вращать тело вокруг вертикальной оси, и ничего не менялось.
Следующий виток эволюции начался, когда организмы поняли, что неплохо было бы перемещаться. Например, чтобы есть друг друга. Тогда появились хищники и жертвы. Тем и другим понадобились скорость и внимание: одним – чтобы догонять, другим – чтобы убегать. Так и появилась асимметрия по направлению перед – зад. Спереди расположились органы восприятия, мозги, рот – в общем, самое важное. Сзади – все остальное.
А вот симметрию между левой и правой сторонами эволюция не затронула. Эта симметрия эволюции никак не мешала, наоборот, она дублировала некоторые органы, и это было даже полезно. Например, два уха нужно, чтобы по задержке сигнала определять, откуда пришел звук. Два глаза необходимо для бинокулярного, объемного зрения. Даже ноздрей нужно две! Хотя, казалось бы, мы можем обойтись и одной. Дело в том, что почти всегда воздух через одну ноздрю движется медленней, чем через другую. Благодаря этому мы можем почувствовать запахи, которым для восприятия нами требуется немного больше времени, чем обычно. Таким образом, две ноздри расширяют диапазон доступных нам ароматов.
Что касается асимметрии внутренних органов, то она появилась из-за их чрезмерного усложнения. Заметьте, это проявляется только в пищеварительной системе – вы только представьте, что вы едите! Для переваривания всего этого нужен целый парк органов! И это чудо, что они хоть как-то поместились в организме, пусть даже несимметрично. И в кровеносной системе то же: сердце смещено из-за возникновения второго круга кровообращения. Если посмотреть на животных попроще (червяков, насекомых, рыб), то мы увидим, что у них внутренние органы абсолютно симметричны.
Другие виды симметрии
Кстати, и другие виды симметрии в природе тоже продиктованы взаимодействием с окружающей средой.
Существует, например, радиальная симметрия, когда тело, повернутое вокруг определенной оси на некий угол, повторяет само себя. Такой симметрией обладают морские звезды, большинство цветов, деревья. Как правило, продиктована она тем же – специализацией по одному направлению (верх – низ), так как по остальным направлениям взаимодействие с окружающей средой абсолютно одинаково. Цветы, которые растут просто вверх, радиально симметричны, а растущие вбок (орхидея, львиный зев) теряют симметрию перед – зад и становятся только зеркально симметричны. Листья, как правило, растут вбок, им радиальная симметрия не нужна, поэтому они симметричны только зеркально.
Конечно, здесь бывают исключения. Но, как говорит великий Шерлок Холмс, это исключения, но только подтверждающие правило! Например, манящий краб, камбала.
Раз мы говорим о симметрии, надо обсудить пчелиные соты. Они кажутся парадоксальным явлением, каким-то чудом природы. Действительно, как пчелам интуитивно удается создать такие стройные ряды одинаковых шестиугольников? Человек не может нормально шестиугольник нарисовать, а тут пчелы! Да и почему соты шестиугольные, а не квадратные, например?
Соты необходимы для хранения меда, яиц, куколок. Их нужно много, они должны быть одинаковы и просты. Существует не так много фигур, которыми можно замостить некую площадь без зазоров, а именно три: треугольник, квадрат и шестиугольник. И вот тут кроется главный секрет. Если взять три этих фигуры одинаковой площади, то наименьший периметр будет у шестиугольника! Значит, при построении именно шестиугольных сот строительного материала на них будет уходить максимально мало. Так что шестиугольность сот – результат хладнокровной оптимизации, достигнутый в процессе эволюции.
А как обстоят дела с симметрией в неживой природе? Возьмем снежинки. Это тот же самый снег, маленький кусочек льда, но какой удивительной формы, и каждый раз неповторимой! Снежинка образуется так. На начальном этапе молекулы воды соединяются друг с другом по три штуки и образуют шестиугольник. Потом на края шестиугольника начинают нарастать еще слои льда, причем со всех сторон одинаково. Правда, этот процесс роста идет с разной скоростью, то быстрее, то медленее. Поэтому и снежинки всегда получаются разными и двух абсолютно одинаковых вы не найдете.
Да и вообще, в неживой природе практически всегда так: если есть симметрия, то, скорей всего, из-за симметричности кристаллической решетки.
Проект «Симметрия в биологии»
Тема проекта: Симметрия в биологии
Руководитель: Павлова Т.П. учитель биологии.
Цель: Изучить научно-популярную литературу и исследовать проявление симметрии в растительном и животном мире.
Изучить понятие симметрии;
Проанализировать различные виды источников информации по данной теме;
Рассмотреть виды симметрии, встречающиеся в живом мире;
Выявить межпредметные связи между математикой и биологией;
Объект исследования: симметрия в растительном и животном мире.
Предмет исследования: исследование видов симметрии в растительном и животном мире.
1. Происхождение слова «с имметрия ».
Слово «симметрия» от греческого symmetria ( «соразмерность») в биологии — закономерное расположение подобных частей тела или форм живого организма, совокупности живых организмов относительно центра или оси симметрии.
По преданию термин «симметрия» придумал скульптор Пифагор Регийский, живший в городе Регул. Отклонение от симметрии он определил термином «асимметрия» (греч. α- — «без» и «симметрия») — отсутствие симметрии. Иногда этот термин используется для описания организмов, лишенных симметрии первично.
2. Типы симметрии у животных.
У животных встречаются следующие типы симметрии:
Сферическая симметрия имеет место у радиолярий и солнечников, тела которых сферической формы, а части распределены вокруг центра сферы и отходятот неё. У таких организмов нет ни передней, ни задней, ни боковых частей тела, любая плоскость,
проведённая через центр, делит животное на одинаковые половинки.
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. Это кишечнополостные, иглокожие, морские звёзды.
3. Симметрия и растения
Благодаря симметричности в листьях происходит равномерный процесс фотосинтеза и образования органических веществ. Листья многих растений обладают свойством симметричности относительно центральной жилки.
При нарушении симметрии листьев растение не в состоянии полноценно развиваться в результате чего происходит отмирание этих листьев.
4. Симметрия у человека
Тело человека построено по принципу двусторонней симметрии. Каждое полушарие представляет собой почти точное зеркальное отображение другого, однако, физическая симметрия тела и мозга не означает, что правая и левая сторона равноценны во всех отношения.
Очень немногие люди одинаково хорошо владеют обеими руками. Женщины более склонны к леворукости, чем мужчины. У них хорошо развита интуиция, за которую отвечает правое полушарие, но слабее пространственная функция. Среди мужчин много композиторов, художников, что говорит о развитии левого полушария.
Исследования показывают что симметричные особи развиваются в благоприятных условиях, тогда как все случаи асимметрии обычно связаны с нарушениями развития, вызванными вредными воздействиями и другими стрессовыми обстоятельствами для протекания нормального онтогенеза.
Таким образом, симметрия – общее свойство объектов окружающего мира, асимметрия же отражает индивидуальные свойства объектов.
В ходе исследований я выяснил, что человеческому глазу гораздо приятнее смотреть на симметричные вещи, т. к. в переводе симметрия означает «порядок». Я согласен с мнением, что на симметрии держится мир, так как невольно испытывается чувство удовлетворения тем всеобщим порядком, который царит в природе и вокруг нас.
Энциклопедия для детей том 2. М., «Аванта+» 2001.
Смирнова Е.С. Курс наглядной геометрии: Просвещение 2002
Шарыгин И. Ф. Ерганжиева Л.Н Наглядная геометрия- М: Мирос, 1992
Тарасов Л.В Этот удивительный симметричный мир – М: Просвещение, 2001.
Кейлоу П. Принципы эволюции/ Перевод с англ. – М., Мир, 1986.
Вульф Г.В. Симметрия и ее проявления в природе. М., Изд. Отд. Нар. ком. Просвещение, 1991.
Урманцев Ю.А. Симметрия в природе и природа симметрии. М., Мысль, 1974. с. 230.
Шафрановский И.И. Симметрия в природе. – 2-е изд., перераб. – Л.: Недра, 1985. –с. 168.
Биология животных
Информация о животных в многообразии животного мира.
Симметрия тела животных
У подавляющего большинства животных части тела расположены симметрично. Лишь у немногих (например, у некоторых губок) тело имеет неправильную, лишенную симметрии форму (рис. 28,1).
Различают два основных типа симметрии животных: радиальную и двустороннюю.
Радиальная симметрия (рис. 28, 2) характеризуется тем, что одинаковые части тела и органы располагаются по радиусам от срединной продольной оси животного. Тело с радиальной симметрией может быть разделено на равные части несколькими плоскостями, проходящими через эту ось. Радиальная симметрия тела свойственна преимущественно животным, ведущим сидячий или малоподвижный образ жизни или пассивно плавающим в воде. Примером подобных животных могут служить гидры, медузы, морские звезды и пр.
Двусторонняя симметрия(рис. 28,3)
тела животного отличается тем, что только одна плоскость может разделить его на две равные половины. У двустороннесимметричных животных можно различить левую и правую половины, передний и задний концы тела. Данная симметрия присуща преимущественно животным, способным к самостоятельным передвижениям. Как правило, она бывает неполной, относительной. Обычно организм двустороп-несимметричного животного снаружи более или менее правильно симметричен (левая и правая половина его почти одинаковы), но в расположении многих внутренних органов наблюдается явная асимметрия. Так, например, у человека сердце лежит в левой части грудной клетки, у птиц яичник расположен в левой части таза и т. д.
Характер симметрии тела служит важным систематическим признаком различных типов животных. Например, у иглокожих наблюдается смена симметрии тела в течение жизни (морские ежи и др.). Их плавающие личинки имеют двустороннюю симметрию, а взрослые — радиальную.
Тема. Два типа симметрии как отражение образа жизни. Способы передвижения животных
Тема. Два типа симметрии как отражение образа жизни.
Способы передвижения животных
1. Организационный момент
Приветствие учеников, проверка их готовности к уроку. Создание рабочего настроения.
2. Мотивация учебной деятельности
«. Быть прекрасным означает быть симметричным и пропорциональным» (Платон).
Слово учителя
Трудно найти человека, который бы не имел хоть какого-то представления о симметрии. «Симметрия»
— слово греческого происхождения. Оно, как и слово «гармония», означает соответствие,
наличие определенного порядка, закономерности в расположении частей.
Природа-удивительный творец и мастер. Все живое в природе имеет свойство
симметрии.
Если сверху посмотреть на любое насекомое и мысленно провести посередине прямую
(или плоскость), то левые и правые половинки насекомых будут одинаковыми и по
расположению, и по размерам, и по окраске. Ведь мы и разу не видели, чтобы в
жука или стрекозы или другого насекомого конечности слева были бы ближе к голове,
чем справа, а правое крыло бабочки или солнышка было бы большим, чем левое. Такого в
природе не бывает, иначе насекомые не смогли бы летать.
Симметричность, свойственную живой природе, человек использовал в своих достижениях,
изобретя самолет, создав уникальные здания архитектуры. Да и сам человек есть
фигурой симметричной.
Сообщение темы урока. Определение вместе с учениками цели и задач урока.
3. Усвоение нового материала
1. Два типа симметрии как отражение образа жизни
Слово учителя
Симметрия в пространстве-это красивое, гармоничное и уравновешенное пропорциональное
соотношение частей или элементов различных форм предметов, организмов или объектов.
В пространстве вокруг нас можно наблюдать очень много неодушевленных предметов
симметричной формы. Живые организмы, как простейшие, так и сложные высокоорганизованные,
также в своем строении имеют элементы симметрии.
Вопросы к ученикам:
— Вспомните из курса математики, что такое симметрия.
Ожидаемый ответ учеников:
Симметрией тела называют определенный геометрический порядок в расположении подобных
частей тела.
— Что является элементами симметрии?
Ожидаемый ответ учеников:
Элементами симметрии являются центр симметрии, линия (ось) и плоскость.
Словарная работа
Плоскость симметрии-плоскость, делящая объект на две равные (зеркально
симметричные) части.
Ось симметрии-прямая линия, при повороте вокруг которой на некоторый угол, меньший по
360°, объект совпадает сам с собой.
Центр симметрии-точка, делящая пополам все прямые линии, соединяющие подобные
точки объекта.
Обычно через центр симметрии проходят оси симметрии, а через ось симметрии —
плоскости симметрии.
Рассказ учителя
Симметрия в биологии — это закономерное расположение подобных (одинаковых) частей
тела или форм живого организма, совокупности живых организмов относительно центра или оси
симметрии.
Вопросы к ученикам:
— Вспомните, какие симметрии тела характерны для изученных вами животных. (Лучевая
(радиальная) и двусторонняя.)
Технология » Микрофон»
— Что такое радиальная (лучевая) симметрия?
— Как она проявляется у животных?
Обсуждение ответов учащихся, формулировка понятия.
Радиальная симметрия — форма симметрии, при которой тело совпадает само с собой при
вращении объекта вокруг определенной точки или прямой. То есть если животное будет
вращаться вокруг этой оси на определенный градус, то она будет совпадать сама с собой. В
радіальносиметричних существ есть верхняя и нижняя части, но правой и левой, передней и
задней нет.
Технология » Микрофон»
— Что такое двусторонняя симметрия?
— Как она проявляется у животных?
Обсуждение ответов учащихся, формулировка понятия.
Двусторонняя симметрия-это симметрия зеркального отражения, при которой объект имеет
одну плоскость симметрии, относительно которой две его половины зеркально симметричны. У животных
двусторонняя симметрия проявляется в схожести или почти полной идентичности левой и
правой половин тела.
Проектирование изображения на экран
1 — двусторонняя симметрия, 2 — лучевая симметрия
Работа в парах
Задача:
— Приведите примеры животных, которым присуща лучевая и двусторонняя симметрия.
(Один ученик приводит пример животного, которое имеет лучевую симметрию тела, а другой —
двустороннюю, потом-наоборот.)
Вопросы к ученикам:
— У каких животных впервые появилась двусторонняя симметрия тела? (Плоские черви.)
«Мозговой штурм»
— С чем связано формирование различных видов симметрии у животных?
Ожидаемый ответ учеников:
Формирование различных видов симметрии тела связано с определенным типом питания,
характером движения животного и средой обитания.
— Каковы особенности среды обитания и характера движения
променевосиметричних организмов?
Ожидаемый ответ учеников:
Лучевосимметричные формы связаны со средой, однородной по трем
измерениями, да с неподвижным, малоподвижным или пассивным характером движения.
— С чем связано возникновение двусторонней симметрии?
Ожидаемый ответ учеников:
У животных появление двусторонней симметрии тела связано с ползанием по субстрату (по дну
водоема), в связи с чем появляются спинная и брюшная, а также правая и левая
половины тела. В общем, среди животных двусторонняя симметрия более выражена в активно
подвижных форм, чем у сидячих.
Рассказ учителя
У животных с двусторонней симметрией один конец тела становится передним и к нему
смещаются ротовое отверстие и органы чувств, поскольку этот конец первым наталкивается на
источники раздражений. Сюда же перемещается и центр нервной системы — «мозг».
Таким образом формируется главный отдел тела. Главная ось тела проходит от
переднего полюса, где размещено ротовое отверстие, к заднему, где размещен
анус. Поэтому единую плоскость симметрии можно провести вдоль главной оси
тела, которая разделяет его на левую и правую половины.
Технология » Микрофон»
— Какое значение имеет передвижение в жизни животных?
Передвижение способствует активному отыскиванию пищи и ее захвату. Животным,
способным к быстрому передвижению, легче защищаться от неблагоприятных условий
существование, от разных врагов. Кроме того, благодаря перемещению происходит
расселение вида, захват новых территорий с несколько отличными условиями жизни.
— Какие вы знаете способы передвижения животных? (Плавание, ползание, лазание,
хождение, бег, прыгание, летание, планирование.)
«Мозговой штурм»
— Каковы основные причины выработки у животных различных способов передвижения?
Обсуждение ответов учащихся.
Рассказ учителя
Особенно разнообразны способы передвижения наземных четвероногих животных.
Подавляющее большинство их может не только ходить, но и бегать, прыгать, плавать, некоторые
планерують. У них наблюдаются различные виды ходьбы (аллюра): очень медленный,
быстрый или медленный рысеобразный шаг, быстрая рысь, иноходь, галоп.
Самый медленный вид ходы — это шаг, при котором животные по очереди очень медленно
опираются на три или четыре ноги, вынося одну из них вперед. Так двигаются,
например, черепахи. Неслучайно медлительность их передвижения вошла в поговорку. За
час они проходят примерно 400 м. Но даже среди пресмыкающихся есть животные, которые
передвигаются очень быстро. К ним относятся многие ящерицы — обитатели открытых
пространств (степей, пустынь, полупустынь). Такие ящерицы не ползают на брюхе, а бегают
на вытянутых ногах с высоко поднятым брюхом.
За скорость передвижения некоторые из ящериц получили соответствующие названия: прыткая
ящерица, быстрая ящерица. К скоробегающим относятся агамы, песчаная, такирная и другие
круглоголовки, наземные виды игуан, настоящие ящерицы и др. Для них характерно
передвижение быстрой рысью, а некоторые из них при быстром беге поднимают передние
конечности и двигаются только на задних (некоторые игуаны, южноамериканские ящерицы-
бегуны и тому подобное).
Самым быстрым видом передвижения является галоп. Он характерен для некоторых млекопитающих:
почти всех копытных, хищников, зайцеобразных.
Работа в группах (или парах, если в классе мало учеников)
Задачи для групп:
— Охарактеризовать способы передвижения животных по
плану:
1. Способ передвижения.
2. Примеры животных, способных к такому способу передвижения.
3. Образ жизни животных.
4. Особенности строения животных, связанные со способом передвижения.
I группа-плавание.
II группа-ползание.
III группа-лазание.
IV группа — прыжки.
V группа-летание.
VI группа-планирование.