бесплатно рефераты скачать
  RSS    

Меню

Быстрый поиск

бесплатно рефераты скачать

бесплатно рефераты скачатьПроявление симметрии в различных формах материи

диссимметризация сменяется симметризацией); 6)

вторичную радиальную симметрию 5 • от. Она

«охватывает большую часть организации

современных иглокожих или, по крайней мере, так

называемых правильных форм; у некоторых офиур

полностью охватывает всю организацию.

Интересно отметить, что у некоторых

диплопорит и эндриоастероидей наблюдается 5-

лучевая симметрия чисто вращательного типа»; 7)

вторичную ассимметрию (1) Eleutherozoa . В итоге

мы имеем следующий ряд:

8 ( m(2 • т ( т((1)(т(5 • т. ((1).

К сожалению, филогенетическая эволюция

симметрии по ходу отдельных ветвей древа жизни

практически не изучена. Здесь явно необходимы

планомерные исследования. Они могут привести к

крупным открытиям и обобщениям.

Что касается характера изменения симметрии

организмов в их онтогенезе, то помимо данных,

приведенных выше, можно сослаться также и на

интереснейшие результаты М.Д. Велибекова,

полученные им при изучении ряда бобовых и других

растений (подсолнечник, гречиха).

Он указывает, что обычно «в процессе

развития состояние беспорядочной ориентации

(чередования) и связи правых и левых метамеров,

свойственное юве-нильному растению, заменяется

константной; в дальнейшем (чаще на уровне

цветок, плод, зародыш) ориентация и связь вновь

становятся неопределенными» . Иначе, в их

онтогенезе статистически начальная симметризация

сменяется диссимметризацией, а последняя — снова

симметризацией. Одновременно чаще одинаковые по

частоте встречаемости и другим свойствам D и L

фитоформы этих растений, их низкие полярность,

целостность, пространственно-временная

организованность, большие полиморфичность

(информационная), энтропия, евклидовость в

начале развития заменяются в ходе развития на

неодинаковые по свойствам (в том числе

встречаемости) D и L фитоформы, повышенные

полярность, целостность, пространственно-

временную организованность, пониженные

полиморфичность, энтропию, евклидовость. В

дальнейшем, в ходе отрицания отрицания, все эти

показатели как бы снова возвращаются к исходным

состояниям. И вот что замечательно: «Развитие

информации, энтропии, пространственных

характеристик циклично и обычно следует

математическим закономерностям ряда золотого

сечения».

Разумеется, отмеченные М. Д. Велибековым

закономерности применимы не ко всем растениям,

даже не ко всем бобовым. Возможно, в будущем

будут точнее описаны и сами эти закономерности.

Но при всем этом нельзя не отметить огромной

ценности самого подхода, выдвинутых им

характеристик, полученных данных, новизны

развиваемого им направления в бносимметрике.

В итоге мы видим, что на морфологическом

уровне: 1) величина симметрии организмов в ходе

эволюции жизни закономерно в тенденции падает,

образуя многоветвистые эволюционные ряды

симметрии; и) на низших ступенях организмы

представлены множеством видов симметрии. При

этом их число много больше 32 — числа видов

симметрии кристаллов. Однако к вершинам

эволюционного древа число видов симметрии резко

уменьшается, возникают многократно

асимметризованные формы; 3) как и на уровне

цепных молекул, появляются макробиоформы с

запрещенными для кристаллов осями симметрии

порядка 5, 7, 8, 9... Однако вопреки широко

известному взгляду пятерная ось получает

большое распространение не на всех, а лишь на

определенных ступенях развития живого, как и

двусторонняя симметрия т; 4) как в онто-, так и

в филогенезе имеют место переходы типа

диссимметризация ( симметризация, причем процесс

в целом сильно сдвинут в сторону диссимметриза-

ции. Таким образом, и на макроуровне

биологическая симметрия обнаруживает ряд

специфических черт, что с новых сторон

подтверждает положение В. И. Вернадского о

специфическом характере биологического

пространства.

Приведенные факты показывают, что воззрения

на природу, построенные с позиций только одной

из рассмотренных противоположностей,

односторонни и в конечном счете неверны. Мир

есть в рассматриваемом аспекте, насколько мы

можем судить о нем с поправкой на сегодняшний

уровень знаний, единство взаимоисключающих,

обусловливающих, дополняющих, борющихся,

переходящих друг в друга противоположностей,

созидающих и одновременно нарушающих симметрию.

2.3.3. БИОСИММЕТРИЯ СТРУКТУРНАЯ —

НЕКЛАССИЧЕСКАЯ

Приведенные в двух предыдущих параграфах

данные позволяют сделать еще одно утверждение:

на биообъектах реализована классическая

симметрия абсолютно всех размерностей —

точечная, линейная, плоская, пространственная.

Однако не только классическая. Хотя биосимметрия

с точки зрения различных неклассических теорий

симметрии не изучена, ниже мы укажем по крайней

мере на отдельные примеры реализации в живой

природе главнейших из открытых в последние 50

лет симметрии.

Просто и l-кратно антисимметричны все те

организмы и их части, которые обладают l+1=n

дисс-факторами. Таковы, например,

диссимметрические корни, стебли, листья, побеги,

чашечки, венчики, цветки многих растений;

внутреннее строение животных, множество

оптически активных биологических соединений —

Сахаров, аминокислот, белков, нуклеиновых кислот

и т.д. Еще один конкретный пример, антисимметрии

можно найти в работе Маизенхаймера, Нормана и

Штербе. Они сообщают о существовании у некоторых

рыб, например анаблепс, двух половых рас. Одна

половая раса состоит из D самцов и L самок;

другая, напротив, из L самцов и D самок.

Оплодотворение оказалось возможным только в

пределах своей I половой расы и невозможным

между L самцами и L самками, а также D самцами и

D самками.

С точки зрения учения о симметрии

составляющие эти расы особи равны, симметричны

(в известном приближении) друг другу в

нескольких смыслах. Для более четкого их

выявления примем только следующие обозначения:

левое и правое по-прежнему будем обозначать

буквами L и D, женский и мужской пол — знаками

«+» и «—». Тогда мы придем к следующим

равенствам: 1) совместимому (между особями L+ и

L+,L— и L—, D+ и D+, D— и D —), 2) зеркальному

(между особями L+ и D+, L— и D—); 3)

совместимому антиравенству (между особями L— и

L+, D— и D+); 4) зеркальному антиравенству

(между особями L+ и D—, L— и D+)- Других случаев

не существует. Заметим, что первые два равенства

охватываются классической теорией симметрии, а

все четыре — теорией антисимметрии.

Цветную симметрию выявляют биокристаллы,

побеги растений с изменяющимися по ходу стебля

формами листьев, венчики цветков растений с

морфологически различными лепестками и вообще

все такие биообразования, качества которых могут

принимать три и более различных состояний одной

природы.

Симметрия подобия реализуется на

биообъектах при их подобном росте и

воспроизведении; она прекрасно видна на головках

подсолнечника, раковинах некоторых моллюсков,

верхней части побегов ряда растений.

Гомологическую, или аффинную, симметрию

выявляют динамическая симметрия биокристаллов,

некоторые так называемые аффинно уродливые

организмы.

Криволинейную симметрию обнаруживают кроме

рядов развития раковин брахиопод и цефалопод

искривленные побеги стебли, корни, листья

растений. Рассмотрим один из примеров подробнее.

Нередко можно наблюдать, как билатерально-

симметричные S-листья-(первого яруса) фасоли по

мере роста искривляются, приобретая L или D

конфигурацию. Мы экспериментально показали,

(неопубликованные данные), что превращение S-

листьев в L или D вызвано повышением содержания

в меньших половинках L и D листьев ингибиторов

(в частности, фенольной природы) и понижением

содержания активаторов роста (типа ауксинов) и,

наоборот, с повышением содержания в больших

половинках этих листьев активаторов и понижением

содержания ингибиторов роста. С этой картиной

хорошо коррелировала и активность

соответствующих ферментов и их ингибиторов. В

результате, уже искусственно изменяя содержание

ингибиторов или активаторов роста, например

нанося их (после выделения из листьев) на те или

иные половинки листа, нам удалось вызвать все

мыслимые превращения форм листьев друг в друга.

Приведенные факты интересны с трех точек

зрения.

Во-первых, с ботанической. Любой ботаник

сказал бы, что S-лист симметричен, а L и D —

асимметричны. И это было бы так с точки зрения

классического учения о симметрии и совершенно

несправедливо с точки зрения учения о

криволинейной симметрии. Действительно, после

превращения из-за неравномерного роста половинок

S-листа в L или D бывшая у S-листьев прямая

плоскость симметрии не исчезает бесследно, а

превращается в криволинейную плоскость

отражения. В результате, как и S-листья, L и D

листья также по-своему зеркально-симметричны:

под действием отражения в сферическом

зеркале у каждого из них меньшая половинка

становится большей, большая — меньшей, а лист в

целом самосовмещается.

Во-вторых, эти факты интересны "с точки

зрения теории симметрии. Вплоть до последнего

времени теоретики считают, что наличие в объекте

зеркальных элементов исключает какую бы то ни

было возможность быть этому объекту L или D.

Действительно, наличие зеркальной плоскости

исключает способность S-листа быть L или D, но

не мешает быть L или D искривленным листьям! И

это, конечно, не случайно:у S-листа зеркальная

плоскость прямолинейная, сохраняющая при

отражениях расстояния между соответственными

точками половинок, а у L и D листьев эта

плоскость криволинейная, при отражениях не

сохраняющая расстояний между соответственными

точками половинок, «делая» их L или D.

Разумеется, сказанное верно не только по

отношению к листьям, но н по отношению к любым

аналогичным объектам (например, к искривленным

кристаллам кварца и серы). Таким образом,

ограниченно справедливым оказывается одно из

самых, казалось бы, незыблемых утверждений

теории структурной симметрии.

В-третьнх, эти факты интересны с точки

зрения метода кристаллохимического анализа Е. С.

Федорова, позволяющего по величине углов между

гранями кристалла предсказывать с определенной

вероятностью вещества, его слагающие.

Приведенные выше биологические факты с S, L, D

листьями интересны тем, что они указывают на

явную возможность расширения границ федоровского

метода, распространения его на биологические

образооания. Можно и по их форме судить с

определенной вероятностью о биофизикохимнческих

и физиологических их особенностях (и наоборот).

В данном случае это выразилось в том, что мы: 1)

констатировали возникновение из S-листьев

искривленных L и D с неравными половинками;

2) возложили «ответственность» за правизну

и левизну, а также неодинаковость половинок на

регуляторы роста, их ферментные системы и

ингибиторы; 3) в соответствии с истинной

симметрией форм S, L, D листьев построили

гипотезу о пространственном распределении

регуляторов роста, ферментов, ингибиторов,

ожидая вполне определенные с точки зрения

закономерностей форм S, L, D листьев результаты;

4) подтвердили гипотезу биохимическими

анализами;

5) зная эти закономерности, по строгому

плану изменили формы одних листьев в формы

других.

В заключение отметим: мы не думаем, чтобы

теоретико-групповое изучение биообъектов свелось

к формулировке получаемых результатов на языке

только уже известных теорий симметрии. Дело в

том, что так или иначе выявление видов симметрии

конкретных биообъектов связывается с выявлением

способов упаковки тех или иных компонентов в эти

биообъекты. Часть из них удавалось и наверняка

удастся расшифровать на основе стандартных

экспериментальных методов и методов уже

известных теорий структурной симметрии. Однако

для расшифровки другой части биоупаковок рамки

существующих теорий структурной симметрии

придется существенно расширить хотя бы для

математического анализа и вывода всех возможных

способов заполнения пространств без и (или) с

промежутками, нежесткими и (или) жесткими,

растущими и (или) нерастущими, часто

неправильной конфигурации выпуклыми и (или)

вогнутыми компонентами. Для лучшего уяснения

этой идеи полезно сравнить способы заполнения

пространства в блоках кирпичами со способами

заполнения пространства в апельсинах сочными

ячейками. Понятно, что выявление видов

биологических упаковок поможет глубже понять

сущность жизни. С другой стороны, оно может

буквально революционизировать производство тары

и упаковок, производство, без которого, как

известно, не обходится ни одна отрасль народного

хозяйства.

2.3.4. БИОСИММЕТРИЯ-ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ И

ДИНАМИЧЕСКАЯ

Как известно, проблема биологического

пространства (и биологического времени) во всем

ее объеме впервые была поставлена в четырех

выпусках «Проблем биогеохимии» и в

«Биогеохимических очерках» еще В. И. Вернадским.

Основываясь на некоторых биологических данных и

результатах .своих бесед с математиками М. М.

Лузиным, Б. Н. Делоне и С. И. Финиковым, В. И.

Вернадский полагал, что геометрией такого

пространства может быть одна из указанных Э.

Картаном, но не разработанных далее ри-мановых

геометрий. В такой геометрии пространство должно

было сводиться к точке, снабженной зародышем

вектора посолонного (правого) или противосо-

лонного (левого, против солнца) типа. В. И.

Вернадский считал, что для этого пространства

должна быть характерна неодинаковая

встречаемость L и D форм, наличие в нем кривых

линий и поверхностей. Последнее в своей

концепции криволинейной симметрии, как мы

помним, подчеркивал и академик Д. В. Наливкин

(см. выше).

Сейчас исходя из учения о

континуумах—пространствах, непрерывных во всех

трех направлениях, примерами которых могут быть

однородные и изотропные среды внутри вакуоль; о

семиконтинуумах— пространствах, прерывных в

одних и непрерывных в других направлениях,

примерами которых могут быть системы мышечных

волокон или бесконечная стопка карандашей; о

дисконтинуумах—пространствах, прерывных во всех

направлениях, примерами которых могут быть

решетчатые структуры биокристаллов, ферментов и

вирусов, трехмерные сообщества организмов,

двумерные орнаменты чешуи рыб, клеток

биологических срезов, листьев при их мозаичном

взаиморасположении, складчатые слои

полипептидных цепей, уже сейчас совершенно

корректно можно утверждать, что биологических

пространств не одно, а огромное, возможно

бесконечное, множество. Однако главное—

эмпирическое и теоретическое выявление вида и

числа типов биопространств, характерных для них

групп преобразовании и соответственных

совокупностсн инвариантов, их геометрий,—вес это

дело будущего. При этом можно смело ожидать

нарушения в таких пространствах — по крайней

мере в неоднородных и неизотропных—типа

статистик (элементарных частиц), а также ряда

физических законов сохранения, связанных с

признанием однородности и изотропности

пространств, в которых они реализуются.

Сказанное не вымысел. Мы помним, что нечто

аналогичное физики, занимающиеся изучением

твердого тела, констатируют на абногенных

кристаллах. Пространства таких тел из-за

симметрии, отвечающих соответствующим

пространственным группам кристаллов,

неоднородны. Это значит, что в них имеются

выделенные системы отсчета и нет обычного для

однородных и изотропных пространств принципа

относительности, нет закона дисперсии, а также

самих истинных частиц. Вместо этого приходится

говорить о сложном законе дисперсии,

квазиимпульсах, квазичастицах, нарушении закона

сохранения импульса, особенностях статистики

квазичастиц и т. д.

Безусловно, справедливое для абиогенных

кристаллических пространств, с еще большей

категоричностью будет справедливо для гораздо

более сложных, неоднородных и неизотропных,

апериодических и (или) периодических

биологических пространств—дисконтинуумов и

семиконтинуумов. Более того. Даже концепция

квазичастиц здесь окажется применимой лишь

отчасти, поскольку она разработана лишь для

периодических, хорошо упорядоченных абиогенных

кристаллических пространств. Для изучения же

особенностей биологических пространств, не

обязательно кристаллических, явно потребуется

разработка нового языка, лишь отчасти квантово-

механического.

А теперь о динамической биосимметрии. Такая

симметрия в живой природе, безусловно, должна

иметь место, коль скоро мы констатируем наличие

бесконечного множества различных биологических

процессов и взаимодействий и коль скоро они

протекают в соответствии с определенными

законами сохранения и константами. Изучение и

открытие отвечающих этим процессам динамических

симметрии и связанных с ними законов сохранения,

констант, построение на этой основе

биологической науки, начиная от дисциплин,

изучающих субмолекулярный уровень, н кончая

дисциплинами, изучающими биосферу в целом,—одна

из фундаментальных задач биологии вообще н

бносим-метрики в особенности.

Даже при первом подходе понятно, что

динамические биосимметрнн следует искать прежде

всего там, где сохранение, так сказать, лежит

«на поверхности»—в явлениях наследственности.

При этом отрадно отметить, что некоторые

теоретико-групповые подходы в этом направлении с

учетом данных молекулярной биологии

осуществлены. Так, в 1960 г. Р. Розен выступил

с квантово-механической интерпретацией

генетических явлений. По Розену, первичная

генетическая информация кодируется состоянием

некоторой квантовой не обязательно наблюдаемой,

переменной. Структура собственных состояний

последней определялась групповым

преобразованием, относительно которого система

оставалась инвариантной. Инвариантность кодовых

свойств молекулы ДНК относительно перестановок

идентичных оснований определяла множественность

аллелей и псевдоаллелей. Такая интерпретация в

целом была поддержана Н. Рашевским и далее

развита в терминах полугруппы с четырьмя

базисными элементами (нуклеотидами) К. Уве.

Затем необходимо упомянуть в этой связи и работу

Ш. Мо-ракацу, доказавшего возможность

представления генетических рекомбинаций в

терминах абелевых групп (см. также работу Шиката

Сиюти).

В последних своих работах Н. Рашевский и Р.

Розен пытаются представить сложные зависимости

между структурой, свойствами н функциями

биологических объектов в терминах математики

отношений, которая, естественно, прямо связана с

определенными преобразованиями и инвариантами.

Здесь важную роль играют понятия множества, изо-

и гомоморфизма, т.е. взанмноодно- н

одномногозначных соответствий между элементами

различных множеств (биообъектов). Благодаря

такому подходу авторам удалось теоретически

предсказать существование ряда известных и

неизвестных биоявлений.

Поддерживая такого рода исследования живой

природы, необходимо все же заметить, что во всех

указанных работах сущность жизни отражается

пока поверхностно и односторонне. В силу этого

не прекращаются поиски все новых и новых

биологических принципов и математических

подходов. Например, совершенно новый круг

проблем поднимает в работе «Воспринимаемое

пространство и время» Г. Шеллинг. Принципиально

иной подход к проблеме генетического кода

недавно реализовал А. Г. Волохон-ский. Он

установил любопытнейшее однозначное соответствие

между общей структурой генетического кода, рядом

биномиального разложения 26 и одним из

платоновых тел — икосаэдром. Автор полагает, что

икосаэдральная форма и пентамерная симметрия

являются фундаментальными в организации живого

вещества (хотя такие форма и симметрия хорошо

известны для ряда неорганических нульмерных тел,

например, для некоторых абиогенных точечных

неорганических и органических молекул). С этой

точки зрения генетический код представляется

автором не как случайный продукт

эволюционных блужданий (Ф. Крик, К. Уоуз), а

как закономерное и необходимое следствие

исходных принципов — икосаэдрально-сти и

пентамерной симметрии, выбранных живой природой

для его осуществления. Однако, согласно закону

соответствия общей теории систем (см. главу 3),

генетический код должен так или иначе

соответствовать не только ряду биномиального

разложения 26 и икосаэдру, но и другим системам

— материальным и идеальным. Приведенные

соображения делают выводы автора неоднозначными

и спорными. Однако они ни в какой степени не

снижают большой ценности установленных им

красивых соответствий.

Всем сказанным мы хотели бы привлечь

внимание биологов, физиков, философов,

математиков к проблеме динамической биосимметрии

и биологических законов сохранения. Ввиду

исключительного значения. последних для познания

природы жизни необходимы энергичные поисковые

работы в этом направлении, Можно надеяться, что

на основе биологических законов сохранения,

разнообразных инвариантов, симметрии законов

живой природы относительно тех или иных

преобразований рано или поздно удастся глубже

проникнуть в сущность живого, объяснить ход

эволюции, ее вершины, тупики, предсказать

неизвестные сейчас ветви, теоретически возможные

и действительные числа типов, классов,

семейств... организмов. И вообще нужно

проанализировать вопрос о том, нельзя ли

эволюцию материи в целом и внутри отдельных ее

форм представить как групповые преобразования,

найти их инварианты я на основе последних

определить все возможные варианты эволюции в

целом и в частностях, предсказать возможные ее

ветви—число, характер и т. д. Таким образом,

развитый здесь подход дает возможность поставить

вопрос о неединственности той картины.

III.ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выявление различных симметрий в природе, а

иногда и постулирование их стало одним из

методов теоретического исследования свойств

микро-, макро- и мегамира. Возросла в связи с

этим роль весьма сложного и абстрактного

математического аппарата – теории групп

–наиболее адекватного и точного языка для

описания симметрии. Теория групп – одно из

основных направлений современной математики.

Значительный вклад в ее развитие внес

французский математик Эварист Галуа.

С помощью теории групп русский минеролог и

кристаллограф Е.С.Федоров решил задачу

классификации правильных пространственных систем

точек – одну из основных задач кристаллографии.

Это исторически первый случай применения теории

групп непосредственно в естествознании.

Существенное ограничение об однородном и

изотропном пространственном распределении

материи во Вселенной, налагаемое на уравнения

общей теории материи и составляющее основу

космологического принципа, позволило А.А.

Фридману предсказать расширение Вселенной

Анализируя роль принципов инвариантности

современный американский физик-теоретик Э.

Вигнер, лауреат Нобелевской премии 1963 г.,

показавший эффективность применения теории групп

в квантовой механике, выделил ряд ступеней в

познании, поднимаясь на которые мы глубже и

дальше обозреваем природу, лучше ее понимаем.

Вначале в хаосе повседневных фактов человек

замечает некоторые импирические закономерности.

Затем, выделяя общие свойства природных явлений

и анализируя их связи, он формулирует

математические законы природы, учитывая при этом

начальные условия, которые могут иметь любой,

даже случайный характер. Наконец, синтезируя уже

известные законы, находят ряд принципов,

позволяющих дедуктивным путем определить уже

известные и пока неизвестные утверждения,

предсказывающие те или иные физические процессы

и явления

Функция, которую несут принципы симметрии,

по утверждению Э. Вигнера, состоит в наделении

структурой законов природы или установлении

между ними внутренней связи, так как законы

природы устанавливают структуру или взаимосвязь

в мире явлений. Так создаются теориии,

охватывающие широкий круг физических явлений и

процессов.

IV.Список литературы:

1.Урманцев Ю.А. Симметрия природы и природа симметрии

М.:Мысль,1974.

2.Компанеец А.С. Симметрия в микро- и

макромире.М.:Наука,

1978.

3.Химическая энциклопедия.М:Большая российская

энциклопедия,1996.

4.Физическая энциклопедия.т.4,М.:Большая российская

энциклопедия,1994.

5.Сонин А.С.Постижение совершенства (симметрия,

асимметрия, диссимметрия, антисимметрия).М.:Знание,1987.

6.Карпенков С.Х. Концепции современного

естествознания.М.:”ЮНИТИ”,1997

Государственный Университет Управления

Институт Национальной и Мировой Экономики

Специальность Национальной Экономики

КУРСОВАЯ

На тему

Проявление симметрии в различных формах материи

Выполнен студентом Малковым А.В.

Студенческий билет №95/84-99н

Группа №2

Дата выполнения работы

Руководитель

-----------------------

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5


Новости

Быстрый поиск

Группа вКонтакте: новости

Пока нет

Новости в Twitter и Facebook

  бесплатно рефераты скачать              бесплатно рефераты скачать

Новости

бесплатно рефераты скачать

© 2010.