Simetrija (biologija)

Iz Wikipedije, proste enciklopedije
Jump to navigation Jump to search
Ilustracija, ki ponazarja različne tipe simetrije. Vinska mušica rodu Drosophila je bilateralna (dvobočno somerna), cvet je radialen (zvezdasto someren), medtem ko je kok bakterije sferičen (kroglast).

Simetrija ali somernost se v biologiji nanaša na simetrijo, ki jo je mogoče opazovati pri organizmih, kamor spadajo denimo rastline, živali, glive in bakterije. Zunanjo simetrijo je mogoče zaznati že z opazovanjem organizma (na primer človeški obraz, ki ga je mogoče razdeliti na dva somerna dela, in storž iglavcev, pri katerem se prav tako pojavlja karakteristični spiralasti vzorec). Pri nekaterih živih bitjih je somernost prisotna tudi v notranjosti telesa, kar je dobro vidno pri človeških notranjih cevastih strukturah, ki so odgovorne za prenašanje plinov, hranil in odpadnih produktov, in so valjaste oblike ter lahko skoznje potegnemo več simetrijskih linij.

Za razliko od matematične simetrije je biološka simetrija le redko povsem natančna (rastlinski list, ki ga preganemo po polovici, se ne bo popolnoma prekrival in bo vselej vidno nekolikšno odstopanje). Večina večceličnih organizmov izkazuje nek tip simetrije, medtem ko so redke asimetrične (nesomerne) živali spužve. Med najbolj znane vrste simetrije, s pomočjo katerih lahko opišemo telo nekega organizma, spadajo radialna (zvezdasta), bilateralna (dvobočna), biradialna in sferična (kroglasta) simetrija ali somernost.[1] Tudi virusi, ki jih precejšen delež strokovnjakov ne uvršča med organizme, izkazujejo tako imenovano ikozahedralno simetrijo.

Pomembnost simetričnosti v biologiji je najbolje ponazorjena v sistematiki, ki je nekoč v veliki meri temeljila na simetričnosti živali. Tako so naravoslovci (na primer Georges Cuvier[2]) radialno simetrične živali uvrstili v skupino Radiata[3], medtem ko so bilateralne živali spadale v svojo taksonomsko skupino, imenovano Bilateria, ki ima še danes bistveno vlogo pri obravnavanju organizmov, kjer je na stopnji zarodka prisotna dvobočna somernost.[4][5]

Radialna simetrija[uredi | uredi kodo]

Brstična lilija (Lilium bulbiferum) izkazuje značilno radialno simetrijo, ki ji v tem primeru natančneje pravimo heksamerizem (heksamernost).

Radialna simetrija ali zvezdasta somernost je tip simetrije, ki izkazuje okoli središča ponavljajoči se vzorec. Skozi središče takšnih organizmov lahko potegnemo več simetrijskih linij, ki živo bitje razdelijo na več enakih delov. Običajno se enak deli ponovi štirikrat, petkrat, šestkrat ali osemkrat, na podlagi česar ločimo tetramerizem (tetramernost), pentamerizem (pentamernost), heksamerizem (heksamernost) in oktomerizem (oktomernost). Tovrstni organizmi nimajo levega ali desnega dela, ampak jim lahko določimo gornjo in spodnjo površino, pa tudi prednji in zadnji del.[6][7][5]

Francoski prirodoslovec Georges Cuvier je zvezdasto somerne živali uvrstil v takson Radiata[4][3], za katerega sedaj velja, da je zgolj zbir živali različnih debel, ki skupaj tvorijo polifiletsko skupino (nimajo bližnjega skupnega prednika).[8] Ožigalkarji (deblo Cnidaria) in mnogi iglokožci (deblo Echinodermata) izkazujejo radialno simetrijo[9], četudi obstajajo izjeme znotraj omenjenih dveh taksonov (številne morske vetrnice in nekatere korale so bilateralno simetrične).[10] Zvezdasta somernost naj bi bila še posebej razširjena pri živalih, ki so pritrjene oziroma sesilne (kot so ožigalkarji morske vetrnice), v vodi lebdeče (nekatere meduze in planktonski organizmi) ali počasi premikajoče se živali, kot so morske zvezde. Radialno simetrične živali so se zmožne odzvati na okoljske dejavnike iz različnih smeri, kar je uporabno pri iskanju hrane, zvezdasto telo pa je koristno pri vzdrževanju stalne pozicije. Po drugi strani je bilateralna simetričnost najbolj izrazita pri živalih, ki svoje telo premikajo pretežno v eni smeri.[11][12][5]

Alt text
Če jabolko prečno prerežemo, lahko vidimo, da izkazuje radialno simetrijo.

Mnogi rastlinski cvetovi so radialno simetrični, v botaniki pa se zanje uporablja tudi izraz aktinomorfni. Cvetni deli, ki so si med seboj do neke mere podobni (na primer venčni in čašni listi), so okoli središča, ki ga pogosto predstavlja ženski pestič (iz plodnice, brazde in vratu), nameščeni v rednih intervalih.[13]

Primeri radialne simetrije[uredi | uredi kodo]

Nekatere meduze, kot je denimo vrsta Aurelia marginalis, izkazujejo radialno simetrijo, ki je tetramerna (skozi meduzino središče lahko potegnemo štiri simetrijske linije in tako dobimo štiri enake dele). Pri meduzah je zvezdasta somernost ključna, ker jim omogoča odgovarjanje na različne dražljaje (hranila, plenilce…) iz vseh mogočih smeri.[14][11]

Mnoge kritosemenke imajo pentamerne cvetove ali plodove, kar je dobro vidno pri jabolku, plodu jablane, ko ga prečno prerežemo in opazimo pet semenskih predalčkov. Med živalmi so pentamerni le nekateri iglokožci v odraslem stadiju, kot so na primer morske zvezde, morski ježki in morske lilije. Pri naštetih je pet okončin nameščenih okoli osrednje ustne odprtine. Kljub temu se iglokožce pogosto uvršča med bilateralno simetrične živali, ker so na stopnji ličinke dvobočno somerni in šele kasneje pridobijo radialno simetrično obliko telesa.[15]

Heksamernost je mogoče opazovati pri morskih vetrnicah in koralah, katerih lovke so navadno prisotne v večkratniku števila šest. Nekatere korale izkazujejo oktamernost, saj je lovk osem. Glavonožci, kot je hobotnica, so dvobočno somerni, četudi imajo osem lovk.[16][17][5]

Bilateralna simetrija[uredi | uredi kodo]

Cvet kukavičevke vrste Ophrys apifera je bilateralno simetričen (zigomorfen). Spodnji del cveta oponaša zadek samice čebele, s katerim se samec poskuša pariti, pri čemer pride v stik s pelodom, ki ga zatem prenese na drugo rastlino.

Bilateralna simetrija ali dvobočna somernost je značilna za organizme, ki jih lahko razdelimo na največ dva enaka dela, in sicer z eno simetrijsko linijo. Pri tem dobimo levo in desno polovico, ki sta si med seboj približno enaki. Dvobočno somerne živali uvrščamo v veliko skupino, ki se imenuje Bilateria, in v katero spada približno 99 odstotkov vseh živali (več kot 32 debel in okoli 1 milijon opisanih vrst). Vsi tovrstni organizmi imajo tudi nekatere asimetrične elemente, kot je na primer nesimetrična postavitev človeškega srca in jeter, četudi je človeško telo navzven bilateralno simetrično.[18][19]

Za dvobočno somerne živali je značilna visoka skoncentriranost živčevja in čutil na prednjem delu telesa (kot so recimo oči in možgani, ki se pojavljajo pri nekaterih), kjer se razvijejo tudi usta, saj je prednji del telesa prvi, ki pride v stik z morebitno hrano. Zaradi tega imajo takšne živali na sprednjem delu telesa glavo s čutili, ki so povezana z osrednjim živčnih sistemom. Takšnemu razvojnemu vzorcu rečemo cefalizacija. Po drugi strani naj bi bila bilateralna simetrija ključna pri usmerjenemu gibanju v stalni smeri, pri čemer je pomembno, da sta upor in trenje zmanjšana.[20][21]

Bilateralna simetrija se pojavlja pri nekaterih rastlinskih cvetovih, ki jih v botaniki imenujemo tudi zigomorfni ali enosmerno dorziventralni cvetovi. Tovrstne cvetove imajo kukavičevke (Orchidaceae), metuljnice (Fabaceae) in črnobinovke (Scrophulariaceae). Približek dvobočne somernosti do neke mere izkazujejo tudi rastlinski listi.[22][23]

Sferična simetrija[uredi | uredi kodo]

Sferična simetrija ali kroglasta somernost je prisotna pri organizmih, kjer je mogoče skozi središče potegniti neskončno ali zelo veliko število simetrijskih linij. Tak organizem lahko torej predelimo na dva enaka dela s pomočjo katere koli simetrijske linije, ki poteka skozi osrednjo točko. Prave sferične simetrije pri živalih ni moč opaziti, medtem ko naj bi bila prisotna pri nekaterih algah, kot so denimo pripadniki rodu Volvox, sladkovodne zelene alge.[9]

Tudi bakterije izkazujejo značilno sferično simetrijo, na podlagi katere se jih poenostavljeno razvršča v tri velike oblikovne skupine: koki (kroglaste bakterije), bacili (paličaste bakterije) in spirohete (spiralaste bakterije). Kroglasta somernost naj bi bila prisotna tudi pri nekaterih virusih, četudi je pri teh bolj pogosta ikozahedralna simetrija.[24]

Biradialna simetrija[uredi | uredi kodo]

Biradialno simetrijo najdemo pri organizmih, ki izkazujejo morfološke značilnosti (zunanje ali notranje) tako bilateralne kot tudi radialne simetrije. Za razliko od zvezdasto somernih organizmov, ki jih lahko s pomočjo simetrijskih linij razdelimo na več enakih delov, je pri biradialnih mogoča delitev samo z dvema simetrijskima linija. Tovrstni tip simetrije morda predstavlja vmesno razvojno fazo pri prehajanju radialno simetričnih organizmov v bilateralno simetrične.[25] Med bolje poznane živalske skupine, ki izkazujejo biradialno simetrijo, spadajo rebrače in redki trdoživnjaki (kot je polip rodu Hydra).[26][27]

Asimetrija[uredi | uredi kodo]

Četudi se asimetrijo (ali nesimetrijo) pogosto povezuje z manjšo stopnjo razvitosti, je pri nekaterih organizmih izražena kot pomembna adaptivna strategija. Najbolj poznane asimetrične živali so spužve, ki so občasno tudi radialno simetrične.[28]

Takson Asimetrična struktura Korist
Nekatere sove[29] Velikost in položaj ušes Sovam omogoča natančnejšo lokalizacijo plena
Bokoplavutarice[30] Obe očesi se nahajata na isti strani glave Ribe lahko plavajo na morskem dnu, pri čemer je izpostavljena le gornja stran telesa
Ljudje[31][32][33] Neskladne (kiralne) roke in asimetrični organi (npr. levo pljučno krilo je manjše kot desno) Kiralnost človeških rok izraža asimetričnost človeških možganov, medtem ko notranja nesimetrija pripomore k postavitvi in delovanju organskih sistemov

Glej tudi[uredi | uredi kodo]

Sklici[uredi | uredi kodo]

  1. Holló, Gábor (2015-12-06). "A new paradigm for animal symmetry". Interface Focus. Vol. 5 no. 6. str. 20150032. doi:10.1098/rsfs.2015.0032. ISSN 2042-8898. PMC 4633854. PMID 26640644.
  2. McBirney, Alexander (2009). Georges Cuvier. In: The Philosophy of Zoology Before Darwin. Springer, Dordrecht. p. 87-98.
  3. 3,0 3,1 Cuvier, Georges baron (1834). The Mollusca and Radiata (angleščina). Whittaker and Company.
  4. 4,0 4,1 Waggoner, Ben M. "Georges Cuvier (1769–1832)". UCMP Berkeley. Retrieved 8 March 2018. Cuvier's insistence on the functional integration of organisms led him to classify animals into four "branches," or embranchements: Vertebrata, Articulata (arthropods and segmented worms), Mollusca (which at the time meant all other soft, bilaterally symmetrical invertebrates), and Radiata (cnidarians and echinoderms).
  5. 5,0 5,1 5,2 5,3 Ranjan, Shovit; Gautam, Akash (2020). Vonk, Jennifer (ur.). Encyclopedia of Animal Cognition and Behavior (angleščina). Cham: Springer International Publishing. str. 1–2. doi:10.1007/978-3-319-47829-6_675-1. ISBN 978-3-319-47829-6.
  6. "Body Plans | Biology for Majors II". courses.lumenlearning.com. Pridobljeno dne 2021-02-25.
  7. "rotational symmetry in nature". en.virasah.ir. Pridobljeno dne 2021-02-25.
  8. Hadzi, J. (Jovan) (1963). The evolution of the metazoa. New York, Macmillan.
  9. 9,0 9,1 "Symmetry | Zoology for IAS, IFoS and other competitive exams" (angleščina). Pridobljeno dne 2021-02-25.
  10. Finnerty, John R. (2003). "The origins of axial patterning in the metazoa: how old is bilateral symmetry?". The International Journal of Developmental Biology. Vol. 47 no. 7–8. str. 523–529. ISSN 0214-6282. PMID 14756328.
  11. 11,0 11,1 Holló, Gábor; Novák, Mihály (2012-07-12). "The manoeuvrability hypothesis to explain the maintenance of bilateral symmetry in animal evolution". Biology Direct. Vol. 7. str. 22. doi:10.1186/1745-6150-7-22. ISSN 1745-6150. PMC 3438024. PMID 22789130.
  12. "symmetry, biological | Infoplease". www.infoplease.com (angleščina). Pridobljeno dne 2021-02-25.
  13. Endress, P. K. (2001–02). "Evolution of floral symmetry". Current Opinion in Plant Biology. Vol. 4 no. 1. str. 86–91. doi:10.1016/s1369-5266(00)00140-0. ISSN 1369-5266. PMID 11163173.CS1 vzdrževanje: Date format (link)
  14. Fletcher, McKenzie. "Aurelia". Animal Diversity Web (angleščina). Pridobljeno dne 2021-02-25.
  15. Stewart, Ian (2007). What Shape is a Snowflake? Magical Numbers in Nature. Weidenfeld and Nicolson.
  16. "Molluscs of Australia". www.mesa.edu.au. Pridobljeno dne 2021-02-25.
  17. "Morphing octopuses have unique way to control their 'odd' forms". ScienceDaily (angleščina). Pridobljeno dne 2021-02-25.
  18. "Bilateria". web.archive.org. 2008-01-18. Pridobljeno dne 2021-02-26.
  19. "BIL 106 - Lecture 10". www.bio.miami.edu. Pridobljeno dne 2021-02-26.
  20. Finnerty, John R. (2005–11). "Did internal transport, rather than directed locomotion, favor the evolution of bilateral symmetry in animals?". BioEssays: News and Reviews in Molecular, Cellular and Developmental Biology. Vol. 27 no. 11. str. 1174–1180. doi:10.1002/bies.20299. ISSN 0265-9247. PMID 16237677.CS1 vzdrževanje: Date format (link)
  21. Cozzi, Bruno; Huggenberger, Stefan (2017). Vonk, Jennifer (ur.). Encyclopedia of Animal Cognition and Behavior (angleščina). Cham: Springer International Publishing. str. 1–4. doi:10.1007/978-3-319-47829-6_1289-1. ISBN 978-3-319-47829-6.
  22. "symmetry, biological | FactMonster". www.factmonster.com. Pridobljeno dne 2021-02-26.
  23. Shi, Peijian; Zheng, Xiao; Ratkowsky, David; Li, Yang; Wang, Ping; Cheng, Liang (2018-04-18). "A Simple Method for Measuring the Bilateral Symmetry of Leaves". Symmetry. Vol. 10 no. 4. str. 118. doi:10.3390/sym10040118. ISSN 2073-8994.
  24. Young, Kevin D. (2006–09). "The selective value of bacterial shape". Microbiology and molecular biology reviews: MMBR. Vol. 70 no. 3. str. 660–703. doi:10.1128/MMBR.00001-06. ISSN 1092-2172. PMC 1594593. PMID 16959965.CS1 vzdrževanje: Date format (link)
  25. MARTINDALE, MARK Q.; HENRY, JONATHAN Q (1998–09). "The Development of Radial and Biradial Symmetry: The Evolution of Bilaterality". American Zoologist. Vol. 38 no. 4. str. 672–684. doi:10.1093/icb/38.4.672. ISSN 0003-1569.CS1 vzdrževanje: Date format (link)
  26. Holló, Gábor (2015-12-06). "A new paradigm for animal symmetry". Interface Focus. Vol. 5 no. 6. str. 20150032. doi:10.1098/rsfs.2015.0032. ISSN 2042-8898. PMC 4633854. PMID 26640644.
  27. Watanabe, Hiroshi; Schmidt, Heiko A.; Kuhn, Anne; Höger, Stefanie K.; Kocagöz, Yigit; Laumann-Lipp, Nico; Ozbek, Suat; Holstein, Thomas W. (2014-11-06). "Nodal signalling determines biradial asymmetry in Hydra". Nature. Vol. 515 no. 7525. str. 112–115. doi:10.1038/nature13666. ISSN 1476-4687. PMID 25156256.
  28. Myers, Phil (2001). "Porifera Sponges". University of Michigan (Animal Diversity Web). Pridobljeno dne 25. Februar 2021.
  29. Norberg, R (1997). "Skull asymmetry, ear structure and function, and auditory localization in Tengmalm's owl, (Linné)". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. B, Biological Sciences. 282: 325–410. doi:10.1098/rstb.1978.0014.
  30. Friedman, Matt (2008). "The evolutionary origin of flatfish asymmetry". Nature. 454 (7201): 209–212. Bibcode:2008Natur.454..209F. doi:10.1038/nature07108. PMID 18615083.
  31. Zaidel, E. (2001). "Brain Asymmetry". International Encyclopedia of the Social & Behavioral Sciences. Elsevier. str. 1321–1329. doi:10.1016/b0-08-043076-7/03548-8. ISBN 978-0-08-043076-8.
  32. Betts, J. Gordon (2013). Anatomy & physiology. str. 787–846. ISBN 978-1-938168-13-0. Pridobljeno dne 25. Februar 2021.
  33. Holder, M. K. (1997). "Why are more people right-handed?". Scientific American. Pridobljeno dne 25. Februar 2021.