Какую роль играет асимметрия в организации живой материи кратко

Обновлено: 02.07.2024

Симметрия и асимметрия являются объективными свойствами природы, одними из фундаментальных в современном естествознании. Симметрия и асимметрия имеют универсальный, общий характер как свойство материального мира.
Симметрия (от греч. symmetria – соразмерность, порядок, гармония) является всеобщим свойством природы

Работа содержит 1 файл

симметрия.doc

8.2. Симметрия и асимметрия в природе

Степень симметрии природных систем отражается в симметрии математических уравнений, законов, отображающих их состояние, в неизменности каких-либо их свойств по отношению к преобразованиям симметрии.

Симметрия – это понятие, отражающее существующий в природе порядок, пропорциональность и соразмерность между элементами какой-либо системы или объекта природы, упорядоченность, равновесие системы, устойчивость, то есть некий элемент гармонии.

Асимметрия – понятие, противоположное симметрии, отражающее разупорядочение системы, нарушение равновесия, что связано с изменением и развитием системы.

Из определений симметрии и асимметрии следует, что развивающаяся динамическая система должна быть обязательно несимметричной и неравновесной.

Современное естествознание представлено целой иерархией симметрий, которая отражает свойства иерархии уровней организации материи. Выделяют различные формы симметрий: калибровочные, пространственно-временные, изотопические, перестановочные, зеркальные и т. д. Все эти виды симметрий подразделяются на внешние и внутренние.

Внутреннюю симметрию невозможно наблюдать, она скрыта в математических уравнениях и законах, выражающих состояние исследуемой системы. Пример тому – уравнение Максвелла, описывающее взаимосвязь электрических и магнитных явлений, или теория гравитации Эйнштейна, связывающая свойства пространства, времени и тяготения.

Внешняя симметрия (пространственная или геометрическая) представлена в природе большим многообразием. Это симметрия кристаллов, молекул, живых организмов.

Для чего нужна симметрия живому и как она возникла?

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.

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.

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. 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.

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. Эти категории тесно связаны с понятиями устойчивости и неустойчивости систем, порядка и беспорядка, организации и дезорганизации, отражающими свойства систем и динамику развития, а также взаимосвязь между динамическими и статическими законами.

Полагая, что равновесие есть состояние покоя и симметрии, а асимметрия приводит к движению и неравновесному состоянию, можно считать, что понятие равновесия играет в биологии не менее важную роль, чем в физике. Принцип устойчивости термодинамического равновесия живых систем характеризует специфику биологической формы движения материи. Именно устойчивое динамическое равновесие (асимметрия) является ключевым принципом постановки и решения проблемы происхождения жизни.

Глава 2. Симметрии законов двух миров. Основные отличия духовно-нематериального мира от мира материального.

«Человеку не дано объединить то,

Итак, мы полагаем, что духовный мир реально существует и является независимым от каких-либо сверхъестественных сил, и он так же познаваем, как и мир материальный. При этом, если верно предположение о глубоком единстве материального и духовного миров, то между законами материального мира и мира духовного должны существовать определенные симметрии и аналогии, а также должны существовать наиболее общие законы и зависимости, которым подчиняются все явления двух миров, двух сторон Вселенной.

Одним из таких глобальных законов должно быть, прежде всего, наличие глубокой связи микро- и мегакосмоса, которая непосредственно вытекает из единства двух миров. Поэтому свойства духовного мира на разных уровнях строения Вселенной должны быть взаимосвязаны; в том числе, некоторые свойства духовного микромира должны быть аналогичны свойствам духовного макромира. А учитывая единство двух миров, можно сделать вывод, что в таком случае должно существовать определенное сходство влияния духовного мира на материальный на микро и макроуровнях, и в этом влиянии должны проявляться свойства духовного мира.

Данное соображение позволяет нам перейти к анализу сущности и содержания духовно-нематериального мира не только с помощью метода обобщения существующих экспериментальных данных о духовно-нематериальных объектах и явлениях. Исследование духовно-нематериального мира может быть значительно расширено: знания основных закономерностей материального мира позволяют нам получить ряд предварительных соображений о свойствах мира духовно-нематериального. И тогда анализ экспериментальных данных не будет ограничиваться лишь их обобщением, систематизацией и анализом: эти данные сразу можно использовать для проверки получаемых предварительных выводов о свойствах духовно-нематериального мира.

Но единство природы двух миров в качестве своего следствия имеет и единство свойств духовно- нематериального мира на разных его уровнях. То есть, анализируя влияние духовного мира на материальный в микромире и на макроуровне, можно выделить (через проявляемое сходство во влиянии на разных уровнях Вселенной) вполне определенные свойства духовного мира. И таким образом задача на данном этапе сводится к поиску сходства явлений микромира и явлений в мире живого; сходства, которое не находит объяснения через сугубо материальные причины.

Такое сходство действительно обнаруживается: как известно, явления макромира, связанные с живой природой (особенно с человеком) носят ярко выраженный вероятностный характер, также как и ряд явлений на микроуровне. И, вследствие этого, то или иное событие в будущем не может быть спрогнозировано однозначно: всегда существует вероятность другого исхода. При этом можно заметить, что явления макроуровня (в том числе поведение животных, человека, социальных групп и обществ) не являются полностью хаотическими и непредсказуемыми, а подчиняются определенным законам. Только законы эти (как и в микромире!) являютсявероятностными законами.

Вероятностные законы отличаются от законов, применяющихся, например, в классической физике, законов детерминистических, однозначно определяющих поведение систем и объектов, тем, что не задают жестко дальнейшее развитие событий даже в том случае, когда известны абсолютно все параметры рассматриваемой системы или объекта. Скажем, на микроуровне в таком явлении как рассеяние электронов на атомных ядрах нельзя однозначно определить угол отклонения электрона после столкновения с атомным ядром: отклонение может произойти в любую сторону, и ни одно из возможных направлений движения не является для электрона запретным после рассеяния. Также нельзя абсолютно достоверно предсказать поведение человека в какой-либо ситуации: в условиях, казалось бы, полностью идентичных, он ведет себя по-разному в зависимости от настроения, собственной оценки ситуации (которая может быть различной в разные моменты даже при одних и тех же условиях), выбираемого им в качестве желаемого результата, в зависимости от того с какой ноги он сегодня встал, какая муха его укусила незадолго (а может и задолго) до этого и т.д. и т.п. И в том, и в другом примере имеющиеся реально закономерности в поведении электрона и человека не детерминируют (т.е. не определяют однозначно и строго) дальнейшее развитие событий.

Комментарии, вопросы по параграфу можно добавить на странице обсуждения.

Содержание

Сформулируйте что такое жизнь с точки зрения химии, физики, биологии.

С точки зрения физики, жизнь - это реакции биосинтеза живой материи из простых веществ с поглощением внешней энергии и её трансформацией в энергию химических связей макромолекул - увеличение свободной энергии и уменьшение энтропии.

С точки зрения химии, жизнь - это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой.

С точки зрения биологии, жизнь - отличительная характеристика живого организма отмечается способностью расти, метаболизировать, реагировать (на раздражители), адаптироваться и размножаться.

Попытайтесь аргументировать, что теория панспермии - внеземного происхождения жизни - состоятельная естественно-научная теория. При подготовке задания используйте дополнительную литературу и возможности Интернета.

Идея, что жизнь зародилась не на Земле, а была занесена сюда из космоса, впервые прозвучала ещё за сотни лет до нашей эры. Первым её высказал афинский философ Анаксагор.

Доказательств внеземного происхождения жизни нет и, возможно, никогда не будет. Но способность простейших организмов перенести космическое путешествие не вызывает сомнений.

Способность микробов переносить жестокие условия открытого космоса подтвердил и эксперимент, проведённый в 2008 году на борту Международной космической станции. Вернее — за её бортом, куда был помещён осколок горной породы. Находившиеся там бактерии умудрялись жить в открытом космосе аж полтора года.

Одна из версий теории панспермии гласит, что распространение жизни по Вселенной не обязательно естественный процесс. Возможно, за ним стоит чей-то разум. Первым серьёзным сторонником этой версии стал нобелевский лауреат в области медицины Фрэнсис Крик. Он предположил, что даже для высокоразвитой цивилизации путешествия между звёздными системами и колонизация галактики могут оказаться невыполнимыми задачами. В таком случае она захочет распространить жизнь по Вселенной иным способом.

Объясните, какую роль асимметрия играет в организации живой материи. Как организованы белки и полисахариды с точки зрения асимметрии и почему именно так?

Молекулярная асимметрия была обнаружена и открыта Л. Пастером, которому удалось выделить левые и правые кристаллы винной кислоты. Асимметрия кристаллов кварца — в его оптической активности. В отличие от молекул неживой природы молекулы органических веществ имеют ярко выраженный асимметричный характер.

Если считать, что равновесие характеризуется состоянием покоя и симметрии, а асимметрия связана с движением и неравновесным состоянием, то понятие равновесия играет в биологии не менее важную роль, чем в физике. Всеобщий закон биологии — принцип устойчивого термодинамического равновесия живых систем, определяет специфику биологической формы движения материи. Действительно, устойчивое термодинамическое равновесие (асимметрия) является основным принципом, который не только охватывает все уровни познания живого, но и выступает в качестве ключевого принципа постановки и решения происхождения жизни на земле.

Вселенная есть асимметричное целое, и жизнь в таком виде, в каком она представляется, должна быть функцией асимметрии Вселенной и вытекающих отсюда следствий. В отличие от молекул неживой природы молекулы органических веществ имеют ярко выраженный асимметричный характер. Придавая большое значение асимметрии живого вещества, Пастер считал ее именно той единственной, четко разграничивающей линией, которую в настоящее время можно провести между живой и неживой природой, Т.е. тем, что отличает живое вещество от неживого. Современная наука доказала, что в живых организмах, как и в кристаллах, изменениям в строении отвечают изменения свойств.

Для неживой природы характерно преобладание симметрии, при переходе от неживой к живой природе на микроуровне преобладает асимметрия. Асимметрия на уровне элементарных частиц — это абсолютное преобладание в нашей части Вселенной частиц над античастицами. [2]

Дайте обоснованное толкование такому утверждению нобелевского лауреата Ф. Крика (вместе с Дж. Уотсоном установил структуру молекулы ДНК): ". Мы не видим пути от "первичного бульона" до естественного отбора. Можно прийти к выводу, что происхождение жизни - чудо, но это свидетельствует только о нашем незнании".

Представим, что "первичный бульон" - это образование первых форм жизни в воде, а естественный отбор - период существования человека разумного. Даже сейчас, в век технологий и огромных возможностей, учёные не в силах сойтись к единой теории зарождения и эволюции жизни в промежутки этих двух отметок. Однако это вовсе не означает, что происхождение жизни - истинное чудо, это всего лишь свидетельствует о том, что наука ещё не открыла истину данного явления.

Перечислите явления живой и неживой природы, которые вам известны.

Явления живой природы:

Цветение
Строение гнёзд птицами
Распускание почек на деревьях
Сбор мёда пчёлами
Рождение малышей
Созревание грибов и ягод
Опадение листвы
Прорастание семян
Выведение птенцов
Зимняя спячка медведя

Явления неживой природы:

Ураган
Землетрясение
Извержение вулкана
Снегопад
Радуга
Засуха
Цунами
Дождь
Оттепель
Закат

Дайте определения понятий "теплота", "внутренняя энергия", "температура".

Теплота — энергия, которую получает или теряет тело в процессе теплообмена с окружающей средой, называется коли́чеством теплоты́ или просто теплотой. [3]

Внутренняя энергия тела – это сумма кинетической энергии движения его молекул и потенциальной энергии их взаимодействия. [4]

Вспомните, что вам известно о происхождении жизни на Земле.

Происхождении жизни на Земле является ключевой и нерешенной проблемой естествознания, нередко служащей почвой для столкновения науки и религии. Если наличие в природе эволюции живой материи можно считать доказанным, так как были вскрыты ее механизмы, археологами обнаружены древние более просто устроенные организмы, то ни одна гипотеза возникновения жизни не имеет такой обширной доказательной базы. Эволюцию мы можем наблюдать воочию хотя бы в селекции. Создать же живое из неживого никому не удавалось.

Несмотря на большое количество гипотез о происхождении жизни, лишь одна из них имеет приемлемое научное объяснение. Это гипотеза абиогенеза — длительной химической эволюции, которая протекала в особых условиях древней Земли и предшествовала биологической эволюции. При этом из неорганических веществ сначала были синтезированы простые органические, из них более сложные, далее появились биополимеры, следующие этапы более умозрительны и малодоказуемы. Гипотеза абиогенеза имеет много нерешенных проблем, различных взглядов на определенные этапы химической эволюции. Однако некоторые ее моменты были подтверждены опытным путем.

Другие гипотезы происхождения жизни — панспермия (занесение жизни из космоса), креационизм (сотворение творцом), самопроизвольное зарождение (в неживой материи вдруг появляются живые организмы), стационарное состояние (жизнь существовала всегда). Невозможность самозарождения жизни в неживом была доказано Луи Пастером (XIX в.) и рядом ученых до него, но не так безапелляционно (Ф. Реди — XVII в.). Гипотеза панспермии не решает проблему возникновения жизни, а переносит ее с Земли в космическое пространство или на другие планеты. Однако и опровергнуть эту гипотезу сложно, особенно тех ее представителей, которые утверждают, что жизнь была занесена на Землю не метеоритами (в этом случае живое могло сгореть в слоях атмосферы, подвергнуться разрушительному действию космической радиации и т. д.), а разумными существами. [6]

Молекулярная асимметрия была обнаружена и открыта Л. Пастером, которому удалось выделить левые и правые кристаллы винной кислоты. Асимметрия кристаллов кварца – в его оптической активности. В отличие от молекул неживой природы молекулы органических веществ имеют ярко выраженный асимметричный характер.

Если считать, что равновесие характеризуется состоянием покоя и симметрии, а асимметрия связана с движением и неравновесным состоянием, то понятие равновесия играет в биологии не менее важную роль, чем в физике. Всеобщий закон биологии – принцип устойчивого термодинамического равновесия живых систем, определяет специфику биологической формы движения материи. Действительно, устойчивое термодинамическое равновесие (асимметрия) является основным принципом, который не только охватывает все уровни познания живого, но и выступает в качестве ключевого принципа постановки и решения происхождения жизни на земле.

Понятие равновесия может быть рассмотрено не только в статическом аспекте, но и в динамическом. Симметричной считается среда, находящаяся в состоянии термодинамического равновесия, среда с высокой энтропией и максимальным беспорядком частиц. Асимметричная среда характеризуется нарушением термодинамического равновесия, низкой энтропией и высокой упорядоченностью структуры.

При рассмотрении целостного объекта картина меняется. Симметричные системы, например, кристаллы, характеризуются состоянием равновесия и упорядоченности. Но асимметричные системы, которыми являются живые тела, также характеризуются равновесием и упорядоченностью с тем только различием, что в последнем случае имеем дело с динамической системой.

Таким образом, устойчивое термодинамическое равновесие (или асимметрия) статической системы есть другая форма выражения устойчивого динамического равновесия, высокой упорядоченности и структурности организма на всех его уровнях. Такие системы называются асимметричными динамическими системами. Здесь нужно только указать, что структурность носит динамический характер.

Понятие равновесия тоже не является только статическим, имеется и динамический аспект. Состояние симметрии и движения не есть нарушение равновесия вообще, а есть состояние динамического равновесия. Здесь можно говорить о мере симметрии вообще, подобно тому, как в физике оперируют понятием движения.

7. Асимметрия человеческого мозга

Одно из универсальных правил биологии – для множества элементов системы характерны асимметрия взаимодействий и вытекающая из этого асимметрия взаимоотношений. Этим правилом описывается и способ функционирования мозга человека.

Таким образом, было выяснено, что целостный мозг функционирует иначе, чем рассеченный. Все объясняется тем, что между полушариями мозга идет непрерывный обмен информацией, и каждое полушарие имеет определенную специализацию. В ходе эволюции сформировалась функциональная асимметрия мозга, которая привела к тому, что левое полушарие взяло на себя функции речи и логического мышления, а правое – управление координацией движения и фиксацию геометрических связей объектов. Кроме того их взаимодействие идет по правилу дополнительности что дало человеку огромные преимущества.

8. Асимметрия как разграничивающая линия между живой и неживой природой

Вселенная есть асимметричное целое, и жизнь должна быть функцией асимметрии Вселенной и вытекающих отсюда следствий. В отличие от молекул неживой природы молекулы органических веществ имеют ярко выраженный асимметричный характер. Придавая большое значение асимметрии живого вещества, Пастер считал ее именно той единственной, четко разграничивающей линией, которую в настоящее время можно провести между живой и неживой природой, т.е. тем, что отличает живое вещество от неживого. Современная наука доказала, что в живых организмах, как и в кристаллах, изменениям в строении отвечают изменения свойств.

Для неживой природы характерно преобладание симметрии, при переходе от неживой к живой природе на микроуровне преобладает асимметрия. Асимметрия на уровне элементарных частиц – это абсолютное преобладание в нашей части Вселенной частиц над античастицами.

Все это говорит о большом значении симметрии и асимметрии в живой и неживой природе, показывает их связь с основными свойствами материального мира, со структурой материальных объектов на микро-, макро- и мегауровнях, со свойствами пространства и времени как форм существования материи. Накопленные наукой факты показывают объективный характер симметрии и асимметрии как одних из важнейших характеристик движения и структуры материи, пространства и времени, наряду с такими характеристиками, как прерывное и непрерывное, конечное и бесконечное.

Развитие современного естествознания приводит к выводу, что одним из наиболее ярких проявлений закона единства и борьбы противоположностей является единство и борьба симметрии и асимметрии в структуре симметрии и в процессах, имеющих место в живой и неживой природе, что симметрия и асимметрия являются парными относительными категориями.

Таким образом, симметрия играет роль в сфере математического знания, асимметрия – в сфере биологического знания. Поэтому принцип симметрии – это единственный принцип, благодаря которому есть возможность отличать вещество биогенного происхождения от вещества неживого. Парадокс: мы не можем ответить на вопрос, что такое жизнь, но имеем способ отличать живое от неживого.

2. Садохин. А.П. Концепции современного естествознания: учебник для студентов вузов, обучающихся по гуманитарным специальностям и специальностям экономики и управления. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006. – 447 с.

4. Хорошавина С. Г. Концепции современного естествознания: курс лекций / Изд. 4-е. – Ростов н/ Д: Феникс, 2005. – 480 с. – (Высшее образование)..

Математик играет в игру, правила которой он изобретает сам, а физик — где их изобретает Природа. Но постепенно становится все более очевидным, что правила, которые математика считает интересными, совпадают с теми, что задаёт Природа.

В науки -мы можем знать только как произошло что-нибудь, а не почему и для чего.

Из теории полов известно, что мозг мужчин более асимметричен, чем у женщин. Половой диморфизм по асимметрии мозга может помочь в объяснении различия в способностях и наклонностях мужчин и женщин. Женщины чаще приспосабливаются к

ситуации за счет воспитуемости, обучаемости, в целом адаптивности, а мужчины чаще берутся за новые, неординарные задачи. Только их находчивость, сообразительность и изобретательность могут обеспечить выживание в дискомфортных условиях.

Асимметрия структуры компонентов клеток имеет большое значение для обмена веществ, так как повышает энергетический уровень вещества, обеспечивает более высокую скорость протекания реакций в живом организме и в целом способность к химическому взаимодействию. Впервые нарушение симметрии в строении органических молекул по сравнению с неорганическими отмечал еще Л. Пастер. Исследуя строение веществ биологического происхождения он установил, что эти вещества способны отклонять поляризованный луч света и поэтому они являются оптически активными веществами. В неорганических молекулах этого не наблюдается, они построены совершенно симметрично.

12.5.1. Оптическая активность вещества и хиральность

Физическое явление поляризации света, открытое в 1808 г. французским физиком Э. Малюсом (1775 — 1812), заключается в нарушении осевой симметрии света в плоскостях, перпендикулярных направлению светового луча. Свет — это поперечные колебания векторов напряженности: электрического Ε и магнитного В. В зависимости от условий падения и отражения световой

волны эти величины в плоскостях, перпендикулярных направлению распространения волны, будут различными, что мы воспринимаем как ослабление или усиление света. Это легко проверить, если наблюдать прохождение света через две тонкие слюдяные пластинки, поворачивая их относительно друг друга. Для каждого прозрачного вещества имеется угол, называемый углом полной поляризации или углом Брюстера, при котором наблюдается полное гашение света, т.е. вещество становится полностью непрозрачным, что происходит, когда плоскости отражения, например, пластинок из слюды, перпендикулярны друг другу.

Электромагнитные колебания в световом луче, отраженном под углом Брюстера,

Читайте также: