Роль асимметрии и симметрии в живой природе

1. Роль асимметрии и симметрии в живой природе

Подготовили студенты ИФЖиМКК, 2 курс, гр. 2А
Бондареко Мария
Астанина Юоия
Комерова Анастасия
Рыжонков Артем

2.

• Симметрия - понятие,
отображающее
существующий в
объективной
действительности порядок,
пропорциональность и
соразмерность между
составными частями целого,
определенное равновесное
состояние, относительную
устойчивость.

3.

• Асимметрия - понятие,
противоположное симметрии,
отражающее существующее в
объективном мире нарушение
равновесия, связанное с
изменением, развитием, а также
нарушение, вызываемое
перестройкой организации тех же
составных частей целого,
совокупность которых находилась в
известном пропорциональном,
равновесном состоянии.

4.

• Исследователям природы всегда
бросалась в глаза приспособленность,
целесообразность и гармоничность в
строении и функциях живого организма.
Но не гармоничное единство организма
и среды, как это кажется на первый
взгляд, а наличие некоторой
дисгармонии, асимметрии между
организмом и средой, а также
определенная асимметрия самого
организма является условием его
развития. Это положение подтверждено
всей сельскохозяйственной практикой и
нашло отражение еще в работах Ч.
Дарвина.

5.

• П. Кюри указывал, что всякое тело стремится принять ту форму,
при которой оно проявляет минимум энергии на поверхности и
которая совместима с ориентирующими силами. Это закон
однородного, или симметричного, распределения молекулярных
и атомных элементов.

6.

• В своей книге "Лекции по
принципу симметрии и его
применения во всех
естественных науках" Ф. М. Егер
писал: "Как животные, так и
растения оказывают некоторое
предпочтение пентагональной
симметрии, т. е. симметрии,
четко связанной с пропорцией
"золотого сечения" и чуждой
миру неодушевленной материи...
С точки зрения принципа
симметрии, действительно,
трудно отрицать существование
резкой демаркационной линии
между формами неорганической
природы и формами живых
существ.
Во втором случае происходит постепенная эволюция от
совершенной симметрии (сферической) к низшей
симметрии и наблюдается характерное превосходство
несоизмеримого отношения "золотого сечения". В первом
же случае мы наблюдаем обратное явление, т. е.
стремление к более совершенной симметрии как к
необходимому
условию
большей
механической
устойчивости и к исключению всякого иррационального
отношения в периодичности осей симметрии" (197, 195).

7.

• Числовая мистика пифагорейцев
скрывала под личиной сугубого
символизма сочетания, в которых
невозможно разграничить элементы
научного познания и фантазии.
Непобедимая пентада, или число 5,
считалось числом Афродиты и было
одновременно и симметрично
(принимая во внимание
центральную единицу 2+1 +2), и
асимметрично, как нечетное число,
состоящее из 2 + 3.

8.

• Пентадактильность - свойство
наличия пяти пальцев на
руке, пяти костей или костных
задатков на органах,
соответствующих руке
человека и многих животных
(скелет кита, между прочим,
доказывает наличие пяти
костей, входящих в состав
плавникового пера), служит
лишним доказательством
морфологического значения
пятиугольных форм и числа 5.

9.

• В "Тимее" Платон останавливает свой выбор
на двенадцатиграннике (додекаэдре) "благороднейшем теле среди остальных
геометрических тел", представляющем
собой трехмерную аплификацию симметрии
пятиугольника, а также и проблемы
"золотого сечения",- чтобы создать из него
символ космической гармонии.
• В микромире живой природы свойства
симметрии и асимметрии приобретают
особое значение, в них выражаются
основные внутренние свойства,
определяющие энергетический уровень
системы и ее возможности развития в более
сложную систему с определенной
спецификой содержания. Пастер считал
свойство асимметрии специфичным для
органических веществ.

10.

• В живых системах органические
синтезы проходят оптически
избирательно, образуются смеси с
преобладанием одного из
антиподов - левого или правого,
вещество становится
асимметричным. На такую
оптическую избирательность
синтеза в живой природе,
отличающегося от синтезов в
неживой природе, впервые указал
Л. Пастер. Он высказал уверенность
в существовании связи между
оптической активностью и
асимметрией молекул.

11.

• Эти и ряд других исследований Пастера стали в руках
естествоиспытателей-материалистов основой для проникновения
в сущность асимметрического синтеза и привели к подрыву
витализма, угнездившегося в этой области науки. Дальнейшие
исследования показали, что основные вещества, из которых
строится живой организм, вещества, принимающие наиболее
активное участие в его жизнедеятельности, являются оптически
активными, т. е. асимметричными.

12.

• В 1986 г. в статье академика В.
Гольданского "Возникновение жизни с
точки зрения физики" мы читаем: "...где
бы ни возникала жизнь, она зарождается
по одним и тем же универсальным
законам! И рождению жизни с
необходимостью предшествуют
разрушения зеркальной симметрии и
появление способности к
саморепликации". Таким образом,
результаты исследований выдвинули в
науке на одно из первых мест проблему
происхождения асимметрии первичных
веществ, тесно связанную с проблемой
происхождения ДНК, с проблемой
происхождения жизни.

13.

• В этой связи особое значение имеют работы советских ученых А. П.
Терентьева, Е. И. Клабуновского и других по проведению частичного и
абсолютного асимметричного синтеза. А. П. Терентьев и Е. И.
Клабуновский (139, 145-146) указывают, что если синтезировать
обычными методами из соединений симметричного строения
вещество с асимметрической молекулой, то оно всегда принимает
оптически недеятельную форму. Причина лежит в том, что вероятность
возникновения центра асимметрии правого и левого знака равны. Для
получения оптически активного вещества требуется участие в реакции
асимметризующего фактора. В случае так называемого частичного
(парциального) асимметрического синтеза такими факторами
являются вещества с асимметрическими молекулами.

14.

• Абсолютный асимметрический
синтез - это химический процесс,
в котором наведение оптической
деятельности осуществляется
факторами, не созданными
живой природой и не
зависящими от нее. Проблема
абсолютного асимметрического
синтеза имеет громадное
методологическое, философское
значение, так как осуществление
абсолютного асимметрического
синтеза опровергает
идеалистические спекуляции о
"божественном" возникновении
жизни на Земле.

15.

• Решение проблемы абсолютного асимметрического синтеза
лежит в отыскании асимметризирующих факторов в
космогонических процессах, в минеральных веществах, в
свойствах электрических и магнитных полей и др., т. е. вне живой
или зависящей от жизни природы. А. П. Терентьев и Е. И.
Клабуновский писали: "Хотелось бы обратить внимание как
химиков, так и биологов, что проблема возникновения жизни на
Земле тесно связана с вопросом абсолютного асимметрического
синтеза. Образование асимметрической первичной протоплазмы
могло обусловить появление тех процессов, которые
осуществляют жизнь" (139, 178).

16.

• Асимметрический синтез
может происходить под
действием целого ряда
факторов внешней среды. В
этом процессе, кроме исходных
веществ, большую роль могут
сыграть такие факторы, как
циркуляр-но поляризованный
свет (на который указал еще
Пастер), ультрафиолетовый
свет, кристаллическая решетка
некоторых неорганических
веществ, например кристаллов
кварца, на которых происходит
этот синтез (Д. Бернал), и др.

17.

• Современная биология
располагает многочисленными
свидетельствами в пользу того,
что переход от неживого к
живому и функционирование
живого связано с
преобладанием на
макромолекулярном уровне
живого асимметричных
тенденций над симметричными
при условии их противоречивого
единства.

18.

• Вокруг категории симметрии сейчас, как и на протяжении всей
истории, идет борьба между материализмом и идеализмом.
Такие выдающиеся ученые Запада, как Г. Вейль, В. Гейзенберг, П.
Дирак и многие другие, хорошо понимающие эвристическое
значение принципа симметрии для науки, нередко отдают дань
идеалистической философии. Так, например, Г. Вейль считает, что
исследование вопросов симметрии ведет к признанию
платоновской идеи великой математической всеобщности как
идеальной основы сущего.

19.

• Для чего нужна симметрия живому и как она
возникла?
• Живые организмы формировали свою
симметрию в процессе эволюции.
Зародившиеся в водах океана, первые живые
организмы имели правильную сферическую
форму. Внедрение организмов в другие
среды заставляло их адаптироваться к новым
специфическим условиям. Один из способов
такой адаптации – симметрия на уровне
физической формы. Симметричное
расположение частей органов тела
обеспечивает живым организмам равновесие
при движении и функционировании,
жизнестойкость и адаптацию. Довольно
симметричны внешние формы крупных
животных, человека.

20.

• Растительный мир организмов также наделен симметрией,
что связано с борьбой за свет, физической устойчивостью к
полеганию (закон всемирного тяготения). Например,
конусообразная крона ели имеет строго вертикальную ось
симметрии – вертикальный ствол, утолщенный книзу для
устойчивости.
• Отдельные ветви симметрично расположены по
отношению к стволу, а форма конуса способствует
рациональному использованию кроной светового потока
солнечной энергии, увеличивает устойчивость. Таким
образом, благодаря притяжению и законам естественного
отбора ель выглядит эстетически красиво и «построена»
рационально.
• Внешняя симметрия насекомых и животных помогает им
держать равновесие при движении, извлекать максимум
энергии из окружающей среды и рационально ее
использовать.

21.

• В физических и химических
системах симметрия
приобретает еще более
глубокий смысл. Так, наиболее
устойчивы молекулы,
обладающие высокой
симметрией (инертные газы).
Симметрия молекул
определяет характер
молекулярных спектров.
Высокая симметрия характерна
для кристаллов. Кристаллы –
это симметричные тела, их
структура определяется
периодическим повторением в
трех измерениях
элементарного атомного
мотива.

22.

• Асимметрия также широко распространена
в мире.
• Внутреннее расположение отдельных
органов в живых организмах часто
асимметрично. Например, сердце
расположено слева у человека, печень –
справа и т. д. Л. Пастер, французский
микробиолог и иммунолог, выделил левые
и правые кристаллы винной кислоты.
Молекула ДНК асимметрична – ее спираль
всегда закручена вправо. Все аминокислоты
и белки, входящие в состав живых
организмов, способны отклонять
поляризованный луч света влево.

23.

• В отличие от молекул неживой природы, где левые и правые
молекулы встречаются часто, то есть носят в основном
симметричный характер, молекулы органических веществ
характеризуются ярко выраженной асимметрией. Придавая
большое значение асимметрии живого, В. И. Вернадский
предполагал, что именно здесь проходит тонкая граница между
химией живого и неживого. Л. Пастер также, основываясь на этих
признаках, провел границу между живым и неживым.

24.

• Следует также отметить, что живые организмы
(растения) в процессе жизнедеятельности
поглощают из окружающей среды (почвы) в
значительной степени химические соединения
минеральной пищи, молекулы которой
симметричны и в своем организме
превращают их в асимметричные
органические вещества: крахмал, белки
глюкозу и т. д. Симметрия молекул пищевых
веществ живого организма согласуется с
симметрией молекул самого организма. В
противном случае пища будет несовместимой
(ядовитой).
• Структура компонентов клетки также
асимметрична, что имеет большое значение
для ее обмена веществ, энергетической
обеспеченности, а также способствует более
высокой скорости протекания биохимических
реакций.

25.

• Симметрия и асимметрия – это
две полярные характеристики
объективного мира. Фактически в
природе нет чистой (абсолютной)
симметрии или асимметрии. Эти
категории – противоположности,
которые всегда находятся в
единстве и борьбе. Там, где
ослабевает симметрия,
возрастает асимметрия, и
наоборот. На разных уровнях
развития материи ей свойственна
то симметрия, то асимметрия.
Однако эти две тенденции едины,
а их борьба носит абсолютный
характер.