Симметрия у животных доклад

Обновлено: 05.07.2024

Цель проекта: изучить научно-популярную литературу и исследовать проявление симметрии в растительном и животном мире.

Задачи проекта:

1. Изучить понятие симметрии.

2. Проанализировать информацию, содержащуюся в печатных изданиях по этой теме.

3. Рассмотреть какие виды симметрии встречаются в животном и растительном мире.

4. Показать взаимосвязь видов симметрии в живой природе.

5. Выявить межпредметные связи между учебными предметами: геометрией и биологией.

6. Сделать выводы.

Объект исследования: симметрия в растительном и животном мире.

Предмет исследования: исследование особенностей различных типов симметрии в растительном и животном мире.

Учебный год: 2011 - 2012.

Руководители проекта:Орлова Наталия Александровна (учитель биологии);

Красовская Наталья Петровна (учитель математики).

Координатор проекта:директор ГБОУ СОШ № 1244 Трапицына О.Г.

Иллюстративный ряд к проекту: плакат, фотографии.

Материально-техническое обеспечение проекта: реферат, презентация в PowerPaint

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОЕКТА

Стадия работы над проектом

Содержание работы на этой стадии

Сроки выполнения работы

· Определение темы и целей проекта.

· Выбор и обоснование проекта.

· Анализ предстоящей деятельности.

Сентабрь – октябрь 2011 г.

· Сбор информации, чтение научно-популярной литературы и справочного материала.

· Распределение задач (обязанностей) между членами команды.

· Разработка методики исследования.

· Исследовательская работа муляжами, микропрепаратами и живыми экспонатами кабинета биологии.

Октябрь – ноябрь 2011 г.

· Обобщение результатов исследования, коллективное обсуждение.

· Подведение итогов, консультация с руководителями проектной работы.

Обработка полученного материала

· Анализ полученных исследований и оформление работы.

· Формулирование выводов по проделанной работе.

· Оценивание работы группы и каждого ее участника.

Январь – февраль 2012 г.

Подготовка к презентации

· Подготовка компьютерного представления проекта.

· Планирование работы на следующий учебный год

ОГЛАВЛЕНИЕ:

2. Симметрия в живой природе.

2.1. Понятие симметрии

2.2. Симметрия в пространстве

2.3. Симметрия в мире растений

2.4. Симметрия в жизни животных

3. Исследование некоторых растений и животных на предмет выявления симметрии

1. ВВЕДЕНИЕ

Среди бесконечного разнообразия форм живой и неживой природы в изобилии встречаются такие совершенные образцы, чей вид неизменно привлекает наше внимание и ласкает наш взгляд. Мы постоянно любуемся прелестью каждого отдельного цветка, мотылька или раковины и всегда пытаемся проникнуть в тайну их красоты. Внимательное наблюдение обнаруживает, что основу красоты многих форм, созданных природой, составляет симметрия, точнее, все ее виды – от простейших до самых сложных.

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. В своем проекте мы показали, что законы природы, управляющие неисчерпаемой в своём многообразии картиной явлений, в свою очередь, подчиняются принципам симметрии. Мы узнали, что 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. В нашей исследовательской работе отмечено так же, что помимо симметрии существует понятие асимметрии. 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.

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.

Надеемся, что наша работа будет интересна широкому кругу любителей математики и биологии.

2. СИММЕТРИЯ В ЖИВОЙ ПРИРОДЕ

2.1. Понятие симметрии.

Симметрия(с греч.) - соразмерность, равно, подобие, равномерие, соответствие, сходность; одинаковость, либо соразмерное подобие расположенья частей целого, двух половин; сообразие, сообразность; противоравенство, противоподобие.

Асимметрия(греч. asymmetria несоразмерность) в биологии — неупорядоченное расположение сходных (парных).

Трудно найти человека, который не имел бы какого-то представления о симметрии. Известный немецкий математик Герман Вейль дал определение симметрии таким образом: “Симметрия является той идеей, с помощью которой человек веками пытается объяснить и создать порядок, красоту и совершенство”. Природа – удивительный творец и мастер. Все живое в природе обладает свойством симметрии. Если сверху посмотреть на любое насекомое и мысленно провести посередине прямую (плоскость), то левые и правые половинки насекомых будут одинаковыми и по расположению, и по размерам, и по окраске. Ведь мы ни разу не видели, чтобы у жука или стрекозы, у любого другого насекомого лапы слева были бы ближе к голове, чем справа, а правое крыло бабочки или божьей коровки было бы больше, чем левое. Такого в природе не бывает, иначе бы насекомые не смогли бы летать. Свойство симметричности, присущее живой природе.

Своим развитием чисто геометрическое учение о симметрии, как это ни странно, обязано в первую очередь не математикам, а естествоиспытателям.

2.2. Симметрия в пространстве.

Две точки А и А₁ называются симметричными относительно точки О, если О - середина отрезка АА₁. Точка О считается симметричной сомой себе.

Преобразование фигуры F в фигуру F₁, при котором каждая ее точка переходит в точку, симметричную относительно данной прямой, называется преобразованием симметрии относительно прямой а. Прямая а называется осью симметрии.

Если во внутрь квадрата вписать с поворотом другой квадрат, то это и будет пример зеркально-поворотной симметрии.

Если при переносе плоской фигуры F вдоль заданной прямой АВ на расстояние а (или кратное этой величине) фигура совмещается сама с собой, то говорят о переносной симметрии. Прямая АВ называется осью переноса, расстояние а элементарным переносом или периодом .

Квадрат имеет четыре плоскости симметрии, а в прямоугольнике можно провести только две. Прямоугольный параллелепипед (кирпичик, спичечный коробок) имеет три взаимноперпендикулярные плоскости симметрии, а куб обладает девятью плоскостями симметрии. Квадрат имеет четыре плоскости симметрии, а в прямоугольнике можно провести только две. Прямоугольный параллелепипед (кирпичик, спичечный коробок) имеет три взаимноперпендикулярные плоскости симметрии, а куб обладает девятью плоскостями симметрии. Возьмем непосредственно из природы примеры: снежная звездочка имеет шесть плоскостей симметрии – 6Р, цветок – 5Р .

2.3. 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.

Геометрия

Описание симметрии

Примеры

Центральная симметрия (лучевая симметрия)

Целый веер или пучок пересекающихся плоскостей симметрии.

Мутовчатое расположение листьев на стебле (хвощ).

Говорят, что объект обладает поворотной симметрией, если он совмещается сам с собой при повороте на угол 2?/n, где n может равняться 2, 3, 4 и т.д. до бесконечности. Ось симметрии называется ось осью n-го порядка.

Цветок можно повернуть так, что каждый лепесток займет положение соседнего, цветок совместится с самим собой.

Цветки колокольчика, вишни, груши, незабудки, герани, рябины, боярышника и др.

Листья на стебле расположены не по прямой, а окружают ветку по спирали. Сумма всех предыдущих шагов спирали, начиная с вершины, равна величине последующего шага

Расположении листьев на стеблях большинства растений.

О такой симметрии говорят тогда, когда при переносе фигуры вдоль прямой на какое-то расстояние а либо расстояние, кратное этой величине, она совмещается сама с собой.

Шишки хвойных растений.

Все, что развивается или движется лишь в вертикальном направлении, характеризуется симметрией конуса, то есть имеет множество плоскостей симметрии, пересекающихся вдоль вертикальной оси

Зеркальная симметрия, осевая симметрия.

2.4. Симметрия в жизни животных

У подавляющего большинства животных части тела расположены симметрично. Лишь у немногих (например, у некоторых губок и простейших) тело имеет неправильную, лишенную симметрии форму (например, амеба протей).

Тип симметрии непременно входит в характеристику животных наряду с другими морфоэкологическими и физиологическими признаками, благодаря которым мы отличаем одни группы животных от других.

Всех животных делят на одноклеточных и многоклеточных. Наличие форм симметрии прослеживается уже у простейших – одноклеточных (инфузории, амёбы). Многоклеточные подразделяются на Лучистых (радиальных) и Двустороннесимметричных или Билатеральных.

Тип симметрии

Описание симметрии

Примеры

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.

Симметрия характерна тем, что при повороте на определённый угол часть тела немного проступает вперед и её размеры каждый следующий логарифмически увеличивает на определённую величину. Таким образом, происходит совмещение актов вращения и поступательного движения.

Спиральные камерные раковины фораминифер, также спиральные раковины некоторых моллюсков.

Двусторонняя симметрия (билатеральная, поступательная).

Тело 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 двустороннесимметричного 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. Примеры: человек, бабочка, рак и др.

Метамерия (разновидность поступательной симметрии).

Части тела расположены не зеркально друг против друга, а последовательно друг за другом вдоль главной оси тела.

Ярко выражена у кольчатых червей.

3. Исследование некоторых растений и животных на предмет выявления симметрии.

Используя полученные нами знания, мы решили исследовать некоторые растения, а также некоторые виды животных, которые имеются в школьном кабинете биологии на предмет выявления симметрии.

Для исследования мы использовали такие методы исследования, как:

· Анализ полученных фотографий на предмет выявления симметрии.

· Изучение научно-популярной литературы, с целью выявления симметрии в некоторых исследуемых растениях и животных.

Рисунок . Цветок картофеля и цветок вишни. Центральная (лучевая) симметрия и поворотная симметрия 5 порядка (угол поворота 72º).

Рисунок . Цветок капусты. Центральная (лучевая) симметрия и поворотная симметрия 4 порядка (угол поворота 90º).

Рисунок . Мутовчатое расположение листьев на стебле (хвощ) – пример центральной (лучевой) симметрии.

Рисунок 9.Цветок гороха посевного – пример двусторонней (зеркальной) симметрии у растений.

Рисунок 10.Крона ели. Симметрия конуса и двусторонняя симметрия.

Рисунок .Очередное расположение листьев на стебле Гибискуса китайского – пример винтовой симметрии у растений.

Рисунок .Шишки хвойных растений и лист рябины – пример переносной симметрии у растений.

Рисунок .Листья растений: монстеры привлекательной, клена, дуба, орешника и березы – примеры двусторонней (зеркальной) симметрии у растений.

Рисунок .Морская звезда и панцирь морского ежа – пример вращательной (радиальной, лучевой) симметрии у животных.

Рисунок .Двусторонняя (зеркальная) симметрия у человека и мухи.

Рисунок .Двусторонняя (зеркальная) симметрия внешнего строения тела лягушки и асимметрия расположения некоторых внутренних органов.

Рисунок .Некоторые внутренние органы животных также обладают двусторонней симметрией. Головной мозг млекопитающего.

Рисунок .Метамерия (переносная симметрия) у кольчатого червя.

Рисунок .Вращательно-поступательная симметрия раковины брюхоногого моллюска Рапана.

Рисунок .Соты осы – конструкторский шедевр, состоящий из ряда шестигранных ячеек. Переносная симметрия.

Рисунок . Асимметрия – амеба протей.

4. Выводы.

1) Симметрией обладают объекты и явления живой природы.

2) Существует несколько основных типов симметрии, которые могут сочетаться друг с другом, так как живой мир многообразен и неповторим.

3) В живой природе огромное большинство живых организмов обнаруживает сочетание различных видов симметрии.

4) Симметрия позволяет живым организмам лучше приспособиться к среде обитания и просто выжить, причем у неподвижных и малоподвижных организмов распространена лучевая (радиальная) симметрия или симметрия относительно точки, а у активно передвигающихся организмов – двусторонняя (зеркальная) симметрия.

5) Помимо симметрии в живой природе на микроуровне встречается и асимметрия.

6) Проектная работа расширила наш кругозор и помогла взглянуть на окружающий мир глазами исследователя.

7) Мы на практике увидели межпредметные связи между математикой и биологией, повысился интерес к изучению этих предметов в школе.

8) Мы решили продолжить эту тему в следующем году, включив в исследования и тела неживой природы.

Так, что исследование продолжается!

5. ЛИТЕРАТУРА:

1. Гильде В. Зеркальный мир. — М.: Мир, 1982.

2. Современный словарь иностранных слов. — М.: Русский язык, 1993.

3. Советский энциклопедический словарь — М.: Советская энциклопедия, 1980.

4. Урманцев Ю.А. Симметрия природы и природа симметрии — М.: Мысль, 1974

5. Шафрановский И.И. Симметрия в природе. –Л.: Недра, 1985.

6. Справочник школьника (раздел “математика”) М.Б.Волович – Москва “АСТ-ПРЕСС” 1999 года.

7.Энциклопедия для детей. Биология. М. Аванта+,1997г.

Вложение	Размер
prezentaciya_simmetriya..ppt	1.12 МБ

Предварительный просмотр:

Подписи к слайдам:

ПАСПОРТ ПРОЕКТНОЙ РАБОТЫ Цель проекта: изучить научно-популярную литературу и исследовать проявление симметрии в растительном и животном мире. Задачи проекта: Изучить понятие симметрии. Проанализировать информацию, содержащуюся в печатных изданиях по этой теме. Рассмотреть какие виды симметрии встречаются в животном и растительном мире. Показать взаимосвязь видов симметрии в живой природе. Выявить межпредметные связи между учебными предметами: геометрией и биологией. Сделать выводы. Объект исследования: симметрия в растительном и животном мире. Предмет исследования: исследование особенностей различных типов симметрии в растительном и животном мире. Учебный год: 2011 - 2012. Руководители проекта: Орлова Наталия Александровна (учитель биологии); Красовская Наталья Петровна (учитель математики).

Симметрия в пространстве. ОСЕВАЯ СИММЕТРИЯ ЦЕНТРАЛЬНАЯ СИММЕТРИЯ ЗЕРКАЛЬНО-ПОВОРОТНАЯ СИММЕТРИЯ ПЕРЕНОСНАЯ СИММЕТРИЯ

Исследование некоторых растений и животных на предмет выявления симметрии Симметрия в мире растений. Цветок капусты. Центральная (лучевая) симметрия и поворотная симметрия 4 порядка (угол поворота 90º). Цветок гороха посевного – пример двусторонней (зеркальной) симметрии у растений. Цветок вишни. Центральная (лучевая) симметрия и поворотная 5 порядка (угол поворота 72º).

Симметрия в мире растений. Мутовчатое расположение листьев на стебле (хвощ) – пример центральной (лучевой) симметрии. Крона ели. Симметрия конуса и двусторонняя симметрия. Очередное расположение листьев на стебле Гибискуса китайского – пример винтовой симметрии у растений

Симметрия в мире растений. Шишки хвойных растений и лист рябины – пример переносной симметрии у растений. Листья растений: монстеры привлекательной, клена, дуба, орешника и березы – примеры двусторонней (зеркальной) симметрии у растений.

Симметрия в жизни животных. Морская звезда и панцирь морского ежа – пример вращательной (радиальной, лучевой) симметрии у животных. Двусторонняя (зеркальная) симметрия у человека и мухи. Асимметрия – амеба протей.

Симметрия в жизни животных. Метамерия (переносная симметрия) у кольчатого червя. Вращательно-поступательная симметрия раковины брюхоногого моллюска Рапана. Соты осы – конструкторский шедевр, состоящий из ряда шестигранных ячеек. Переносная симметрия.

Выводы: Симметрией обладают объекты и явления живой природы. Существует несколько основных типов симметрии, которые могут сочетаться друг с другом, так как живой мир многообразен и неповторим. В живой природе огромное большинство живых организмов обнаруживает сочетание различных видов симметрии. Симметрия позволяет живым организмам лучше приспособиться к среде обитания и просто выжить, причем у неподвижных и малоподвижных организмов распространена лучевая (радиальная) симметрия или симметрия относительно точки, а у активно передвигающихся организмов – двусторонняя (зеркальная) симметрия. Помимо симметрии в живой природе на микроуровне встречается и асимметрия. Проектная работа расширила наш кругозор и помогла взглянуть на окружающий мир глазами исследователя. Мы на практике увидели межпредметные связи между математикой и биологией, повысился интерес к изучению этих предметов в школе. Мы решили продолжить эту тему в следующем году, включив в исследования и тела неживой природы. Так, что исследование продолжается!

Симме́три́я (др.-гр. συμμετρία – симметрия) – сохранение свойств расположения элементов фигуры относительно центра или оси симметрии в неизменном состоянии при каких-либо преобразованиях.

Симметрия порождает гармонию, которая воспринимается нашим мозгом, как необходимый атрибут прекрасного. А значит, даже наше сознание живёт по законам симметричного мира.

Согласно же Вейлю, симметричным называется такой предмет, с которым можно проделать какую-то операцию, получив в итоге первоначальное состояние.

Симметрия в биологии — закономерное расположение подобных (одинаковых) частей тела или форм живого организма, совокупности живых организмов относительно центра или оси симметрии.

Симметрией обладают объекты и явления живой природы. Она позволяет живым организмам лучше приспособиться к среде обитания и просто выжить.

В живой природе огромное большинство живых организмов обнаруживает различные виды симметрий (формы, подобия, относительного расположения). Причем организмы разного анатомического строения могут иметь один и тот же тип внешней симметрии.

Внешняя симметрия может выступить в качестве основания классификации организмов (сферическая, радиальная, осевая и т.д.) Микроорганизмы, живущие в условиях слабого воздействия гравитации, имеют ярко выраженную симметрию формы.

На явления симметрии в живой природе обратили внимание ещё в Древней Греции пифагорейцы в связи с развитием учения о гармонии (V век до н.э.). В XIX веке появились единичные работы, посвящённые симметрии в растительном и животном мире.

В XX веке усилиями российских учёных – В Беклемишева, В. Вернадского, В Алпатова, Г. Гаузе – было создано новое направление в учении о симметрии – биосимметрика, которое, исследуя симметрии биоструктур на молекулярном и надмолекулярном уровнях, позволяет заранее определить возможные варианты симметрии в биообъектах, строго описывать внешнюю форму и внутреннее строение любых организмов.

Специфика строения растений и животных определяется особенностями среды обитания, к которой они приспосабливаются, особенностями их образа жизни.

Для растений характерна симметрия конуса, которая хорошо видна на примере любого дерева. 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. Дерево поглощает из почвы влагу и питательные вещества за счёт корневой системы, то есть внизу, а остальные жизненно важные функции выполняются кроной, то есть наверху. Поэтому направления "вверх" и "вниз" для дерева, существенно различны. А направления в плоскости, перпендикулярной к вертикали, для дерева фактически неразличимы: по всем этим направлениям к дереву в равной мере поступают воздух, свет, и влага. В результате появляется вертикальная поворотная ось и вертикальная плоскость симметрии.

У цветковых растений в большинстве проявляется радиальная и билатеральная симметрия. Цветок считается симметричным, когда каждый околоцветник состоит из равного числа частей. Цветки, имея парные части, считаются цветками с двойной симметрией и т.д. Тройная симметрия обычна для однодольных растений, пятерная – для двудольных.

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.

Под симметрией у животных понимают соответствие в размерах, форме и очертаниях, а также относительное расположение частей тела, находящихся на противоположных сторонах разделяющей линии.

Сферическая симметрия имеет место у радиолярий и солнечников, тела которых сферической формы, а 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.

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.

При зеркальной 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.

Кроме направления движения, симметрию живых существ определяет еще одно направление – направление силы тяжести. Оба направления существенны; они задают плоскость симметрии живого существа.

Билатеральная (зеркальная) симметрия – характерная симметрия всех представителей животного мира. Эта симметрия хорошо видна у бабочки; симметрия левого и правого проявляется здесь с почти математической строгостью. Можно сказать, что каждое животное (а также насекомое, рыба, птица) состоит из двух энантиоморфов – правой и левой половин. Энантиоморфами являются также парные детали, одна из которых попадает в правую, а другая в левую половину тела животного. Так, энантиоморфами являются правое и левое ухо, правый и левый глаз, правый и левый рог и т.д.

Человеческое тело обладает билатеральной симметрией (внешний облик и строение скелета). Эта симметрия всегда являлась и является основным источником нашего эстетического восхищения хорошо сложенным человеческим телом. Тело человека построено по принципу двусторонней симметрии.

Большинство из нас рассматривает мозг как единую структуру, в действительности он разделён на две половины. Эти две части – два полушария – плотно прилегают друг к другу. В полном соответствии с общей симметрией тела человека каждое полушарие представляет собой почти точное зеркальное отображение другого

Управление основными движениями тела человека и его сенсорными функциями равномерно распределено между двумя полушариями мозга. Левое полушарие контролирует правую сторону мозга, а правое - левую сторону.

Физическая симметрия тела и мозга не означает, что правая сторона и левая равноценны во всех отношениях. Достаточно обратить внимание на действия наших рук, чтобы увидеть начальные признаки функциональной симметрии. Лишь немногие люди одинаково владеют обеими руками; большинство же имеет ведущую руку.

2. осевая (зеркальная)

6. поступательная (метамерия)

Известны всего два основных типа симметрии – вращательная и поступательная. Кроме того, встречается модификация из совмещения этих двух основных типов симметрии – вращательно-поступательная симметрия.

Поступательная симметрия. Для поступательной симметрии характерным элементом являются метамеры (meta – один за другим; mer – часть). В этом случае части тела расположены не зеркально друг против друга, а последовательно друг за другом вдоль главной оси тела.

Метамерия – одна из форм поступательной симметрии. Она особенно ярко выражена у кольчатых червей, длинное тело которых состоит из большого числа почти одинаковых сегментов. Этот случай сегментации называют гомономной. У членистоногих животных число сегментов может быть относительно небольшим, но каждый сегмент несколько отличается от соседних или формой, или придатками (грудные сегменты с ногами или крыльями, брюшные сегменты). Такую сегментацию называют гетерономной.

Вращательно-поступательная симметрия . Этот тип симметрии имеет ограниченное распространение в животном мире. Эта симметрия характерна тем, что при повороте на определённый угол часть тела немного проступает вперед и её размеры каждый следующий логарифмически увеличивает на определённую величину. Таким образом, происходит совмещение актов вращения и поступательного движения. Примером могут служить спиральные камерные раковины фораминифер, а также спиральные камерные раковины некоторых головоногих моллюсков. С некоторым условием к этой группе можно отнести также и некамерные спиральные раковины брюхоногих моллюсков

Если стать в центре здания и слева от вас окажется то же количество этажей, колонн, окон, что и справа, значит здание симметрично. Если бы можно было перегнуть его по центральной оси, то обе половинки дома совпали бы при наложении. Такая симметрия получила название зеркальной. Этот вид симметрии весьма популярен в животном царстве, сам человек скроен по ее канонам.

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. Ось симметрии может совпадать морфологически с переднезадней осью тела.

При зеркальной симметрии меняются правая и левая части предмета.

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. Наконец, у двустороннесимметричных организмов только одна плоскость и только две зеркальные антимеры – соответственно правая и левая стороны животного.

Переход от лучевой или радиальной к двусторонней или билатеральной симметрии связан с переходом от сидячего образа жизни к активному передвижению в среде. Для сидячих форм отношения со средой равноценны во всех направлениях: радиальная симметрия точно соответствует такому образу жизни. У активно перемещающихся животных передний конец тела становится биологически не равноценным остальной части туловища, происходит формирование головы, становятся различимы правая и левая сторона тела. Благодаря этому теряется радиальная симметрия, и через тело животного можно провести лишь одну плоскость симметрии, делящую тело на правую и левую стороны. Двусторонняя симметрия означает, что одна сторона тела животного представляет собой зеркальное отражение другой стороны. Такой тип организации характерен для большинства беспозвоночных, в особенности для кольчатых червей и для членистоногих – ракообразных, паукообразных, насекомых, бабочек; для позвоночных – рыб, птиц, млекопитающих. Впервые двусторонняя симметрия появляется у плоских червей, у которых передний и задний концы тела различаются между собой.

У кольчатых червей и членистоногих наблюдается ещё и метамерия – одна из форм поступательной симметрии, когда части тела располагаются последовательно друг за другом вдоль главной оси тела. Особенно ярко она выражена у кольчатых червей (дождевой червь). Кольчатые черви обязаны своим названием тому, что их тело состоит из ряда колец или сегментов (члеников). Сегментированы как внутренние органы, так и стенки тела. Так что животное состоит примерно из сотни более или менее сходных единиц - метамеров, каждая из которых содержит по одному или по паре органов каждой системы. Членики отделены друг от друга поперечными перегородками. У дождевого червя почти все членики сходны между собой. К кольчатым червям относятся полихеты – морские формы, которые свободно плавают в воде, роются в песке. На каждом сегменте их тела имеется пара боковых выступов, несущих по плотному пучку щетинок. Членистоногие получили своё название за характерные для них членистые парные придатки (как органы плавания, ходильные конечности, ротовые части). Для всех них характерно сегментированное тело. Каждое членистоногое имеет строго определённое число сегментов, которое остаётся неизменным в течение всей жизни. Зеркальная симметрия хорошо видна у бабочки; симметрия левого и правого проявляется здесь с почти математической строгостью. Можно сказать, что каждое животное, насекомое, рыба, птица состоит из двух энантиоморфов – правой и левой половин. Так, энантиоморфами являются правое и левое ухо, правый и левый глаз, правый и левый рог и т.д.

Радиальная симметрия – форма симметрии, при которой тело (или фигура) совпадает само с собой при вращении объекта вокруг определённой точки или прямой. Часто эта точка совпадает с центром симметрии объекта, то есть той точкой, в которой пересекается бесконечное количество осей двусторонней симметрии.

В биологии о радиальной симметрии говорят, когда через трёхмерное существо проходят одна или более осей симметрии. При этом радиальносимметричные животные могут и не иметь плоскостей симметрии. Так, у сифонофоры Velella имеется ось симметрии второго порядка и нет плоскостей симметрии.

Обычно через ось симметрии проходят две или более плоскости симметрии. Эти плоскости пересекаются по прямой – оси симметрии. Если животное будет вращаться вокруг этой оси на определённый градус, то оно будет отображаться само на себе (совпадать само с собой).
Таких осей симметрии может быть несколько (полиаксонная симметрия) или одна (монаксонная симметрия). Полиаксонная симметрия распространена среди протистов (например, радиолярий).

Как правило, у многоклеточных животных два конца (полюса) единственной оси симметрии неравноценны (например, у медуз на одном полюсе (оральном) находится рот, а на противоположном (аборальном) – верхушка колокола. Такая симметрия (вариант радиальной симметрии) в сравнительной анатомии называется одноосно-гетеропольной. В двухмерной проекции радиальная симметрия может сохраняться, если ось симметрии направлена перпендикулярно к проекционной плоскости. Иными словами, сохранение радиальной симметрии зависит от угла наблюдения.
Радиальная симметрия характерна для многих стрекающих, а также для большинства иглокожих. Среди них встречается так называемая пентасимметрия, базирующаяся на пяти плоскостях симметрии. У иглокожих радиальная симметрия вторична: их личинки двустороннесимметричны, а у взрослых животных наружная радиальная симметрия нарушается наличием мадрепоровой пластинки.

Кроме типичной радиальной симметрии существует двулучевая радиальная симметрия (две плоскости симметрии, к примеру, у гребневиков). Если плоскость симметрии только одна, то симметрия билатеральная (такую симметрию имеют двусторонне-симметричные).

У цветковых растений часто встречаются радиальносимметричные цветки: 3 плоскости симметрии (водокрас лягушачий), 4 плоскости симметрии (лапчатка прямая), 5 плоскостей симметрии (колокольчик), 6 плоскостей симметрии (безвременник). Цветки с радиальной симметрией называются актиноморфные, цветки с билатеральной симметрией – зигоморфные.

Если окружающая животное среда со всех сторон более или менее однородна и животное равномерно соприкасается с нею всеми частями своей поверхности, то форма тела обычно шарообразна, а повторяющиеся части располагаются по радиальным направлениям. Шарообразны многие радиолярии, входящие в состав так называемого планктона, т.е. совокупности организмов, взвешенных в толще воды и неспособных к активному плаванию; шарообразные камеры имеют немногочисленные планктонные представители фораминифер (простейшие, обитатели морей, морские раковинные амёбы). Фораминиферы заключены в раковинки разнообразной, причудливой формы. Шаровидное тело солнечников посылает во все стороны многочисленные тонкие, нитевидные радиально расположенные псевдоподии, тело лишено минерального скелета. Такой тип симметрии называют равноосным, так как он характеризуется наличием многих одинаковых осей симметрии.

Равноосный и полисимметрический типы встречаются преимущественно среди низкоорганизованных и малодифференцированных животных. Если вокруг продольной оси располагается 4 одинаковых органа, то радиальная симметрия в этом случае называется четырёхлучевой. Если таких органов шесть, то и порядок симметрии будет шестилучевым, и т.д. Так как количество таких органов ограничено (часто 2,4,8 или кратное от 6), то и плоскостей симметрии можно провести всегда несколько, соответствующее количеству этих органов. Плоскости делят тело животного на одинаковые участки с повторяющимися органами. В этом заключается отличие радиальной симметрии от полисимметрического типа. Радиальная симметрия характерна для малоподвижных и прикрепленных форм. Экологическое значение лучевой симметрии понятно: сидячее животное окружено со всех боковых сторон одинаковой средою и должно вступать во взаимоотношения с этой средой при помощи одинаковых, повторяющихся в радиальных направлениях органов. Именно сидячий образ жизни способствует развитию лучистой симметрии.

Очень часто флора и фауна одалживают внешние формы друг у друга. Морские звезды, ведущие растительный образ жизни, обладают поворотной симметрией, а листья — зеркальной.

Винтовая симметрия есть симметрия относительно комбинации двух преобразований – поворота и переноса вдоль оси поворота, т.е. идёт перемещение вдоль оси винта и вокруг оси винта. Встречаются левые и правые винты.

Примерами природных винтов являются: бивень нарвала (небольшого китообразного, обитающего в северных морях) – левый винт; раковина улитки – правый винт; рога памирского барана – энантиоморфы (один рог закручен по левой, а другой по правой спирали). Спиральная симметрия не бывает идеальной, например, раковина у моллюсков сужается или расширяется на конце.

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.

Симметрия — это и есть равенство в широком смысле этого слова. Значит, если имеет место симметрия, то чего-то не произойдет и, значит, что-то обязательно останется неизменным, сохранится.

1. Урманцев Ю. А. “Симметрия природы и природа симметрии”. Москва, Мысль, 1974г.

2. В.И. Вернадский. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения. М., 1965.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

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.

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 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.

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.

Список литературы

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.

На явление симметрии в живой природе обратили внимание в Древней Греции пифагорейцы, в связи с развитием ими учения о гармонии. В 19 веке появлялись отдельные работы, касающиеся этой темы. А в 1961 году, как результат многовековых исследований, посвященных поиску красоты и гармонии окружающей нас природы, появилась наука биосимметрика.

симметрия растений

У растений встречаются следующие виды симметрии:

сферическая — симметричность при вращении в трёхмерном пространстве на произвольные углы;
радиально-лучевая — симметричность при повороте вокруг какой-либо оси (много плоскостей симметрии, которые пересекаются в центре);
двусторонняя (билатеральная) симметрия — симметричность относительно плоскости;
трансляционная симметрия — симметричность при сдвиге в каком-либо направлении на некоторое расстояние.

Самыми распространенными видами симметрии являются билатеральная и радиально-лучевая.

Именно на билатеральную (зеркальную) симметрию листьев и радиальную симметрию цветов мы и обратили внимание осенью, играя в школьном саду. Эти два вида симметрии с необычным упорством повторяются вокруг нас.

Особенности внешней формы часто находятся в прямой зависимости от особенностей внешнего воздействия. Господство симметрии в природе объясняется силой тяготения, действующей во всей Вселенной.

Все то, что растет по вертикали, то есть вверх или вниз относительно земной поверхности, подчиняется радиально-лучевой симметрии в виде веера пересекающихся плоскостей симметрии.

Все то, что растет горизонтально или наклонно по отношению к земной поверхности, подчиняется билатеральной симметрии (одна плоскость симметрии). В самом деле, цветочные чашечки, обращенные кверху (ромашка, подсолнечник), имеют, как мы уже знаем, целый веер пересекающихся плоскостей симметрии. В то же время листья и цветы, расположенные на стебле сбоку (душистый горошек, орхидея и др.), обладают только одной плоскостью симметрии.

Симметрией обладают не только листья и цветы растений, но и их плоды и семена.

симметрия животных

Симметрия в животном мире диктуется условиями жизни. Первые многоклеточные животные появились в воде.

Они произошли от колониальных простейших – жгутиковых, похожих на вольвокс, и располагались в толще воды во взвешенном состоянии. Любое направление для них было равноценно. Поэтому первые многоклеточные имели форму шара.

Такая форма идеальна для поддержания в наименьшем объёме наибольшего количества энергии. Они появились примерно 3,5 млрд. лет назад. Например, радиолярии. Животные, обладающие такой симметрией, существуют и в данное время, например, морские ежи.

Те животные, которые способны были передвигаться в каком-то избранном направлении, приобрели двустороннюю симметрию тела. На её появление важное влияние оказало как направление силы тяжести, так и направление движения животного в погоне за пищей или спасаясь от опасности. Для двустороннесимметричных видов характерно наличие двух примерно одинаковых частей тела, что помогает им сохранять равновесие, прямолинейно передвигаться, быстрее находить пищу и т. д. Билатерально симметричные организмы господствуют последние 650–800 млн. лет.

Это ракообразные, млекопитающие, птицы, насекомые. Билатеральная симметрия присуща большому количеству видов животных. Еж, сова, божья коровка, бабочка, рак, паук и другие животные обладают такой симметрией. Например, у бабочки симметрия проявляется с математической строгостью.

Ученые размещают виды симметрии животных (шаровую, радиальную, билатеральную) в эволюционный ряд.

Полностью асимметричная амёба считается более примитивным существом, чем одноклеточные организмы шаровой симметрии. Билатерально симметричные организмы считаются “венцом” эволюции.

Симметрия человека

Тело человека, как и тела многих живых существ, обладает билатеральной симметрией, которая проявляется в дублировании жизненно важных органов (легкие, почки, конечности, глаза, слуховые анализаторы и др.).

Но симметрия выражена не с абсолютной точностью, при этом степень отклонения от симметрии может демонстрировать уровень адаптированности к конкретным видам деятельности.

Внешне человек построен симметрично: левой руке всегда соответствует правая, и обе руки совершенно одинаковы!

НО! Если бы наши руки и в самом деле были совершенно одинаковы, то левая перчатка подходила бы и 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 и старались подчеркнуть это в своих произведениях.

Известны каноны пропорций, составленные Альбрехтом Дюрером и Леонардо да Винчи. 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).

Физическая симметрия тела и мозга не означает, что правая сторона и левая равноценны во всех отношениях. Достаточно обратить внимание на действия наших рук, чтобы увидеть начальные признаки функциональной асимметрии. Лишь немногие люди одинаково владеют обеими руками, большинство же имеет ведущую руку, чаще всего правую.

Но, во всяком случае, внешне все люди симметричны. Известно, что люди считают лица, обладающие симметрией, более красивыми. И фигура человека считается красивой, если она соответствует законам симметрии и пропорциональна. Напротив, если симметрия тела нарушается, это не только внешне выглядит некрасиво, но и может стать причиной заболевания. Например, сколиоз (искривление позвоночника) – нарушение осанки может стать причиной заболеваний внутренних органов.

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 полная безукоризненная симметрия выглядела бы нестерпимо скучно. Именно небольшие отклонения от неё и придают характерные, индивидуальные черты. На фоне 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. Лишь на одной стороне груди носятся ордена и значки (чаще на левой).

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 полосатой). В не столь отдалённые дни были популярны джинсы с яркими заплатами или цветными разводами. Но подобная мода всегда недолговечна. Лишь небольшие, тактичные отклонения от симметрии остаются на долгие времена.

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.

Читайте также: