Declinarea simetriei este cauza existenței și a mecanismului evoluției lumii.
"Ce omidă numește Sfârșitul lumii,
Profesorul numește fluturele.
(Richard Bach, Iluzii)
În acest fel. indiferent dacă ne place sau nu, dar simetria este că "mereu cu tine". Spre deosebire de multe creații ale omului, în natură nu există o simetrie ideală. Vom încerca să discutăm. cum și în ce cazuri simetria este ruptă și rolul pe care aceste încălcări l-au jucat în jocul și jocul în apariția și existența lumii noastre.
Pe scurt despre conceptul de simetrie
"Simetria" este un cuvânt grecesc și este tradusă ca "proporționalitate", în timp ce se presupune că proporționalitatea face parte din armonie, combinația corectă a părților întregului. (Figura 2) O formulare mai academică sună astfel: simetria este o invarianță structurală în raport cu transformările date unui obiect. Cele mai simple dintre transformările tipice sunt rotațiile, traducerile și reflexiile.
Există o clasificare foarte complexă pe mai multe niveluri a tipurilor de simetrii. Aici nu vom lua în considerare aceste dificultăți de clasificare, notați doar dispozițiile fundamentale și amintim cele mai simple exemple. La cel mai înalt nivel, există trei tipuri de simetrie: structurale, dinamice și geometrice. Fiecare dintre aceste tipuri de simetrie la nivelul următor este împărțită în clasică și non-clasică. Mai jos sunt următoarele niveluri ierarhice. Reprezentarea grafică a tuturor nivelelor de transmitere dă o dendrogramă ramificată. În viața de zi cu zi, întâlnim cel mai adesea așa-numita simetrie a oglinzilor. Aceasta este o structură de obiecte, atunci când ele pot fi împărțite în jumătatea dreaptă și stângă sau superioară și inferioară a axei imaginare, numită axa simetriei oglinzilor. În acest caz, jumătățile situate pe părțile opuse ale axei sunt identice una cu cealaltă.
Exemple de alte tipuri de simetrie sunt, de exemplu, omogenitatea și izotropia spațiului. 2 Aceste tipuri de simetrie prevăd că proprietățile unui obiect sau sistem nu se schimbă dacă sunt mutate într-un alt punct din spațiu și / sau se rotesc în orice direcție. Aceste proprietăți spațiu postulat (omogenitate și izotropie) pe întreaga geometrie Euclid: proprietățile figuri geometrice și teoreme de acuratețe rămân neschimbate, indiferent de mărimea și formele poziției lor în spațiu.
Într-o serie de cazuri acest lucru poate fi atribuit timpului. Unele elemente. Sistemele și legile naturii rămân neschimbate pentru anumite perioade de timp. Aceeași clepsidră este identică cu ea însăși astăzi, și în ultimul an, și în cinci ani. Terem Pythagoras și legea lui Archimedes rămân neschimbate de milenii. Aceste regularități sunt o consecință a omogenității timpului.
O scurtă referință istorică
Cât timp oamenii au început să se gândească la simetrie este necunoscut. Avem informații că la mijlocul primului mileniu î.en Pythagoras și Pythagoreans au acordat o mare atenție întrebărilor de armonie (simetrie). Ei au văzut esența armoniei lumii în armonie de numere. Au discutat mai întâi conceptele "drept" și "stânga". Un pic peste 100 de ani de la moartea relației dintre pitagoreice „dreapta“ concepte - „stânga“, „sus“ - „jos“, „perod“ și „din spate“ Am încercat să înțeleagă Aristotel. El a scris: „Nu este în nici un organism ar trebui să se uite în sus și în jos, dreapta și la stânga, față și spate, dar numai cele care conțin motivul pentru deplasarea lor în sine și sunt animate de“ (1). El a considerat cerul un obiect animat care conținea cauza mișcării sale. La aceleași subiecte el a făcut referire la animale și la om. Obiectele care înconjoară o persoană sunt neînsuflețite și nu conțin nici un motiv în sine, prin urmare părțile lor drepte și stângi sunt determinate de conștiința umană. Aici, Aristotel a văzut deja un indiciu de rupere simetrie, deoarece implică diferențe în legile mișcării, în funcție de prezența sau absența unor „motive pentru mișcarea lui.“ Simetria este de asemenea prezentă în viziunea lui Platon asupra structurii lumii, care, susține el, constă în poligoane regulate cu simetrie ideală.
Având în vedere esența interioară a lucrurilor incognoscibil, Immanuel Kant a susținut că nu putem înțelege diferențele dintre lucruri similare, dar care nu înlocuiește, astfel, de exemplu, mâna dreaptă și reflectarea ei în oglindă, în cazul în care acesta apare în partea stângă. În această imposibilitate de substituire, Kant a văzut manifestarea asimetriei. Din moment ce știm un număr mare de tipuri de simetrie, putem presupune că există același număr de tipuri de asimetrii, în cazul în care se presupune că orice tip de simetrie poate fi perturbată, și că orice încălcare de simetrie au asimetrie.
Asimetrie la nivel molecular
Primele dovezi experimentale pentru existența unei asimetrii la nivel molecular se datorează lui Louis Pasteur. Pasteur este cunoscut în întreaga lume ca microbiolog genial, fondatorul unei noi ere în înțelegerea naturii microorganismelor. Cu toate acestea, el nu a fost un medic, dar a primit o educație chimică. Ceea ce a făcut prin profesie ar aduce faima și recunoașterea oricărui chimist. Ca student, în 1848, Pasteur a descoperit sub microscop diferențele în structura cristalelor de acid tartric. Unele fețe ale cristalului au fost separate de coastele lor în părți, așa că Pasteur a numit astfel de cristale hemiedere. Jumătate de fețe ale unor chipuri în unele cristale au fost întoarse în direcții diferite, ca în cazul reflexiei în oglindă. (Figura 1).
Aceste cristale au fost similare, dar nu identice, nu suprapuse pe ele. Această proprietate a fost numită chiralitate, din cuvântul grecesc grecesc χειρ (heirus) este mâna. Aceasta înseamnă lipsa simetriei laturilor drepte și stângi. (De exemplu, dacă reflexia unui obiect într-o oglindă plată ideală diferă de obiectul însuși, atunci obiectul are o chiralitate.)
Divizarea cristalele sub un microscop aparent cu pensete tipuri de directivitate jumătăți de chipuri, Pasteur preparate din aceste două variante de soluții și soluțiile rezultate sunt testate pentru capacitatea lor de a roti planul luminii polarizate. Sa dovedit că un tip de soluție a rotit planul de polarizare a luminii în sensul acelor de ceasornic, iar celălalt - împotriva. Amestecul de soluții nu avea activitatea de rotație. Pentru noi este foarte important ca acidul tartric produs prin fermentare, în contrast cu sintetizat chimic, a fost optic active, adică, capabil să se rotească planul de polarizare. Adică, produsul biologic este asimetrică, iar molecula conține doar un singur tip (chirala pura), în timp ce compusul de origine nonbiological compus din ambele molecule dextrogiri și levorotatori (izomeri optici D- și L-) produși în cantități egale (Fig. 1, 2).
Chimia și biochimia, desigur, sunt strâns legate de biologie. Prin urmare, luați în considerare câteva fapte de importanță biologică în această secțiune.
Cele mai importante molecule ale vieții - acizii nucleici și proteinele conțin, de asemenea, în compoziția lor izomeri optic activi. Astfel, zahărul - dezoxiriboză și riboza, incluse în acizii nucleici sunt D-izomeri, iar proteinele sintetizate la ribozomi conțin acizi numai L-amino. (În cazul sintezei chimice, D- și L-derivații se formează în cantități egale). Cu toate acestea, deși ribozomii celulari sintetizează proteine constând numai din L-aminoacizi, unele bacterii conțin proteine care conțin, de asemenea, izomeri D. D-aminoacizii se găsesc, de asemenea, în plasma sanguină a organismelor superioare. Mai des decât altele, alanina, asparagina și serina se găsesc sub formă de izomeri D. În acest fel. în analiza finală, produsele biologice nu pot fi pur pure. Cu toate acestea, acest lucru nu este legat de "ilizibilitatea" ribozomilor. Racemizarea și izomerizarea aminoacizilor are loc după ce sinteza proteinelor, în procesul așa-numitei modificări post-translaționale. Se remarcă faptul că apariția unei proteine D-aminoacid este mai raspandita la vârstnici, precum și patologii, cum ar fi bolile de cancer (5) Alzheimer și Parkinson, precum și modificările sclerotice, cataracta și.
În consecință, produsul procesului molecular-genetic fundamental - sinteza proteinelor în ribozomi - este pur chiral, adică este asimetrică. Cu toate acestea, mai târziu, această asimetrie este parțial încălcată.
Ceva similar se găsește în viața plantelor și animalelor: pe ambele părți ale ecuatorului, cu câteva excepții, dominate de cochilii dreptaci, twist la dreapta, și marea majoritate a viței de vie 3. Cu alte cuvinte, observăm manifestări de simetrie de rupere în lumea biologică. Cauza acestui fenomen este încă necunoscută. Să analizăm mai multe exemple din lumea biologică.
Odată ce Immanuel Kant a spus: „Două lucruri umplu mintea cu respect mereu noi și tot mai puternică, cu atât mai des și cu cât mă gândesc la ele - este cerul înstelat deasupra mea și legea morală în mine“ (6). Continuând această idee, puteți adăuga că persoana care cunoaște are aceeași reverență chiar și în vremea tulbure, când stelele nu sunt vizibile, ci doar privirea naturii înconjurătoare. Orice parte a celor vii, fie că este o frunză, o lamă de iarbă sau o gărgăriță, este un miracol care nu poate fi admirat și nu poate fi surprins. Până la urmă, oricare dintre aceste particule ale vieții sunt incomensurabil mai complexe și mai perfecte decât cele create de om pentru mileniul istoriei sale. Cum a apărut această minunată lume biologică imposibilă?
Nașterea orice obiect viu, dacă formele de celule familiare pentru noi, sau paraziti moleculare - virusuri și bacteriofagi - începe cu o copie a acidului nucleic genomic (NA) - replicare. Replicarea este un proces care respectă legile simetriei, deoarece lanțurile fiice ale NC sunt identice între ele și cu matricea lor mamă (Figura 3).
În marea majoritate a cazurilor, atunci când se împart celule, fiica copiilor genomului matern nu diferă cu adevărat una de cealaltă. În consecință, celulele fiice formate sunt exact aceleași.
Imaginați-vă că acesta este singurul mod în care procesul de divizare a pornit întotdeauna, de la bun început, de la formarea primei celule sau a câtorva celule. În acest caz, acum Pământul ar fi locuit de numeroși descendenți, identici cu celula primară sau mai multe celule. Toate diversitatea biologică incredibilă (dar care există deja) ar fi imposibilă. Știm că nu este așa. De ce au format toate formele numeroase de viață care formează forma noastră frumoasă? Ele s-au format ca rezultat al ruperii simetriei.
ADN-ul bacterian replicativ poate fi imaginat după cum urmează. Procesul de replicare continuă și în condiții normale nu se oprește. ADN-ul celulelor nou formate (bacterii) este deja în procesul de dublare aceasta parte deja format din viitor genomului celulei. Adică, există deja figuri de simetrie. Cu o probabilitate de 10 -10 - 10 -3, apar schimbări în ADN. Aceste modificări pot fi mutații punctiforme așa-numita - alterarea litere ale textului genetic (similar cu typos atunci când tastați textul literar), și rearanjamente genomice mari: pierderea unor părți ale textului - ștergerea, inserarea de fragmente străine, cum este cazul pentru transfer orizontal - inserare, segmente de schimbare de direcționare NK - segmentele de inversare a trece la o altă locație NC - translocare, dublarea sau altă creștere în multitudinea de secțiuni ale NC - amplificare duplicări (Figura 4.).
Toate aceste evenimente numim leziuni NC. este imposibil să ne imaginăm apariția unei noi calități a organismelor viitoare descendenți ai celulelor, în care ADN-ul a avut loc în oricare dintre aceste evenimente, fără aceste evenimente. Prin urmare, astfel de evenimente sunt încă potențial evolutive-semnificative. Dar, dacă vom compara structura lanțului de ADN de filiale, într-una dintre care a avut loc schimbarea, iar celălalt a rămas intacte, putem vedea că, în oricare dintre cazuri a existat o încălcare de simetrie. Fibrele ADN ale fiicei au încetat să mai fie identice, nu mai sunt imagini în oglindă. Noi am ajuns la o concluzie foarte important ca evoluția este imposibilă fără a rupe simetria, ceea ce înseamnă că toată bogăția observată și diversitatea lumii biologice a apărut ca urmare a încălcării de simetrie.
Pentru a vedea simetria în ADN, nu este necesar să se ia în considerare molecula în momentul replicării ei. ADN-ul de repaus conține, de asemenea, plasturi simetrici. Știm bine că figurile de simetrie sub forma repetițiilor secvențelor de nucleotide sunt prezente în toate genomurile fără excepție. În marea majoritate, acestea sunt secvențe scurte care nu codifică. Cu toate acestea, aproape toate genomurile conțin repetiții ale secvențelor de codificare. Acestea sunt produsele duplicării genelor. Astfel de copii duplicat păstrează de obicei simetria (identitatea copiei originale) foarte scurt. Datorită mutațiilor de diferite tipuri, ele se transformă în pseudogeni care nu funcționează. Aceasta înseamnă că simetria este spartă aproape imediat.
Duplicarea și amplificarea secvențelor necodificatoare duce la repetarea într-o orientare înainte sau inversă. Astfel de repetiții pot fi contigue sau dispersate și pot fi organizate în structuri genetice specifice (10, 11).
În timp ce copii duplicate sunt identice unul cu celălalt, simetria nu este ruptă, dar schimbările care violează simetria apar în aceste copii (Figura 5).
Fig. 5. ARN ribozomal.
Proeminențe și blistere verzi verzi - repetiții inversate de rupere a simetriei.
În unele cazuri, astfel de modificări nu duc la consecințe fiziologice sau evolutive vizibile. Dar schimbarea uneori a textului unuia dintre copiile repetiției duce la apariția unei noi funcții. Unul dintre exemple este structura repetițiilor terminale Tn5 (11).
Despre același lucru se poate întâmpla cu o genă duplicată, adică o dată sau în mai multe etape sau mai multe copii ale genei regiune ADN-ul nu devine pseudogen, iar noua genă. În cazul în care proprietatea, care codifică gena nou, aceasta este revendicată în condițiile date de existență, o astfel de genă de selecție este fixă și păstrată într-o populație. Accentul pus pe rolul evolutiv al ruperii simetriei nu este accidental. Proeminent evoluționist și genetician al secolului 20, născut în Podolia, angajat T.Morgana mai târziu, Theodosius Dobzhansky a spus:
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: