Home ⇒ 👍Фізика ⇒ Чому тварини симетричні?

Чому тварини симетричні?

Приблизно 75000 чоловік на Землі мають дзеркальним розташуванням внутрішніх органів – серце у них розташовується праворуч, а печінка зліва. Це називається транспозицією внутрішніх органів, пояснюється різними факторами, не передається у спадок і ніяк не заважає життю цих людей.
Як бачите, природа може запросто відбити нас, немов у дзеркалі, і нічого особливо не зміниться. Ну а зовні і відображати нічого не треба, адже люди, як і майже всі інші тварини, мають практично ідеальною зовнішньої дзеркальною симетрією. Її ще називають билатеральной.

Але навіщо потрібна ця симетрія? Дійсно, у вищих тварин всі органи володіють вузькою спеціалізацією: руки, ноги, голова, хвіст – всі вони виконують різні функції. Звідси зрозуміло, що верхня і нижня, передня і задня частини тулуба повинні відрізнятися. Однак, незважаючи на все це, ліва і права сторони тіла абсолютно ідентичні, як ніби природа забула придумати, з чим буде краще справлятися ліва сторона, а з чим – права. Або справа в іншому?

Еволюція симетрії
Відповідь досить проста. Білатеральна симетрія – це, можна сказати, рудимент, особливість, яка передалася нам від наших предків, але при цьому не заважала подальшої еволюції і залишилася, хоча особливо сильно ми в ній не потребуємо.
Давайте перенесемося на 4 мільярди років тому. На зорі виникнення життя на Землі, коли все живі організми були ще одноклітинними, самої ідеальною формою для них був куля. Це диктувалося тим, що взаємодіяти з навколишнім середовищем їм доводилося в усіх напрямках, жодне з яких особливо не виділялося, звідси і така форма. Тобто тіла були сферически симетричні: як їх не повертай, вони схожі самі на себе. До того ж куля, при заданому обсязі, володіє мінімальною площею поверхні, що досить економно і практично.

Але в процесі еволюції організми ускладнювалися і збільшували свою масу. І ось тут вступила в дію гравітація! Через неї у живих істот з’явилася асиметрія у напрямку верх – низ. Зверху тепер розташовувалися переважно органи чуття, рот. Внизу – засоби пересування. Але залишилася симетрія по колу – радіальна. Можна було обертати тіло навколо вертикальної осі, і нічого не змінювалося.

Наступний виток еволюції почався, коли організми зрозуміли, що непогано було б переміщатися. Наприклад, щоб їсти один одного. Тоді з’явилися хижаки і жертви. Тим і іншим знадобилися швидкість і увагу: одним – щоб наздоганяти, іншим – щоб тікати. Так і з’явилася асиметрія у напрямку перед – зад. Спереду розташувалися органи сприйняття, мізки, рот – в загальному, найважливіше. Ззаду – все інше.

А ось симетрію між лівою і правою сторонами еволюція не торкнулася. Ця симетрія еволюції ніяк не заважала, навпаки, вона дублювала деякі органи, і це було навіть корисно. Наприклад, два вуха потрібно, щоб по затримці сигналу визначати, звідки прийшов звук. Два очі необхідно для бінокулярного, об’ємного зору. Навіть ніздрів потрібно дві! Хоча, здавалося б, ми можемо обійтися і однією. Справа в тому, що в більшості випадків повітря через одну ніздрю рухається повільніше, ніж через іншу. Завдяки цьому ми можемо відчути запахи, яким для сприйняття нами потрібно трохи більше часу, ніж зазвичай. Таким чином, дві ніздрі розширюють діапазон доступних нам ароматів.

Що стосується асиметрії внутрішніх органів, то вона з’явилася через їх надмірного ускладнення. Зауважте, це проявляється тільки в травній системі – ви тільки уявіть, що ви їсте! Для перетравлення усього цього потрібен цілий парк органів! І це диво, що вони хоч якось помістилися в організмі, нехай навіть несиметрично. І в кровоносній системі те саме: серце зміщене через виникнення другого кола кровообігу. Якщо подивитися на тварин простіше (черв’яків, комах, риб), то ми побачимо, що у них внутрішні органи абсолютно симетричні.

Інші види симетрії
До речі, і інші види симетрії в природі теж продиктовані взаємодією з навколишнім середовищем.
Існує, наприклад, радіальна симетрія, коли тіло, повернене навколо певної осі на деякий кут, повторює сама себе. Такий симетрією мають морські зірки, більшість квітів, дерева. Як правило, продиктована вона тим же – спеціалізацією по одному напрямку (верх – низ), так як по інших напрямках взаємодія з навколишнім середовищем абсолютно однаково. Квіти, які ростуть просто вгору, радіально симетричні, а зростаючі убік (орхідея, левиний зів) втрачають симетрію перед – зад і стають тільки дзеркально симетричні. Листя, як правило, ростуть вбік, їм радіальна симетрія не потрібна, тому вони симетричні тільки дзеркально.
Звичайно, тут бувають винятки. Але, як говорить великий Шерлок Холмс, це виключення, але тільки підтверджують правило! Наприклад, що вабить краб, камбала.

Раз ми говоримо про симетрії, треба обговорити бджолині стільники. Вони здаються парадоксальним явищем, якимось дивом природи. Дійсно, як бджолам інтуїтивно вдається створити такі стрункі ряди однакових шестикутників? Людина не може нормально шестикутник намалювати, а тут бджоли! Та й чому стільники шестикутні, а не квадратні, наприклад?
Стільники необхідні для зберігання меду, яєць, лялечок. Їх потрібно багато, вони повинні бути однакові і прості. Існує не так багато фігур, якими можна замостити якусь площу без зазорів, а саме три: трикутник, квадрат і шестикутник. І ось тут криється головний секрет. Якщо взяти три цих фігури однакової площі, то найменший периметр буде у шестикутника! Значить, при побудові саме шестикутних сот будівельного матеріалу на них буде йти максимально мало. Так що шестикутних стільник – результат холоднокровною оптимізації, досягнутий в процесі еволюції.
А як йдуть справи з симетрією в неживій природі? Візьмемо сніжинки. Це той же самий сніг, маленький шматочок льоду, але якою дивовижною форми, і кожен раз неповторною! Сніжинка утворюється так. На початковому етапі молекули води з’єднуються один з одним по три штуки і утворюють шестикутник. Потім на краю шестикутника починають наростати ще шари льоду, причому з усіх сторін однаково. Правда, цей процес зростання йде з різною швидкістю, то швидше, то повільніше. Тому і сніжинки завжди виходять різними і двох абсолютно однакових ви не знайдете.
Та й взагалі, в неживій природі практично завжди так: якщо є симетрія, то, скоріше за все, через симетричності кристалічної решітки.