Нарушение на симетрията - причината за съществуването и механизма на еволюцията на света.
"Това, което гъсеницата нарича край на света,
Учителят нарича пеперуда ".
(Ричард Бах, "Илюзии")
По този начин. независимо дали ни харесва или не, но симетрията е, че "винаги с вас". За разлика от толкова много човешки творения, в природата не съществуват перфектни симетрия. Ние се опитваме да обсъдим. как и в какви случаи симетрията е разбита, и каква роля са играли в причиняване на тези нарушения и съществуването на нашия свят.
Накратко за концепцията на симетрия
"Симетрия" - гръцка дума, преведена като "пропорционалност", като се разбира, че пропорционалност - част хармонията, правилната комбинация от части от цялото. (. Фигура 2) Повече академичен формулировка е както следва: има структурна симетрия инвариантен по обект трансформация. Най-простият от стандартни трансформации - ротация, трансферите и размисъл.
Има една много сложна класификация на видовете симетрия на много нива. Тук няма да считаме, сложността на класирането, ние отбелязваме само основните разпоредби и си припомним най-простите примери. В най-горното ниво има три вида на симетрия: структурните, динамична и геометрични. Всеки един от тези видове симетрия на следващото ниво е разделено на класически и некласически. По-долу са следните йерархични нива. Графично представяне на всички нива на подчиненост дава разклонена Дендрограма. В ежедневието, ние често се сблъскват с т.нар огледалната симетрия. Това е структурата на обекти, когато те могат да бъдат разделени в дясно и ляво или горната и долната половина на въображаемата ос, наречена огледало ос на симетрия. В този случай, половината от които са разположени на противоположни страни на оста - идентични една на друга.
Примери на други видове симетрия са, например, хомогенност и изотропия на пространството. Тези видове симетрия 2 предвиждат, че свойствата на обекта или системата не се променят, ако те се премести в друга точка в пространството и / или да се върти във всички посоки. Тези свойства постулира пространство (хомогенност и изотропия), базирани цялата Евклид геометрия: свойства на геометрични фигури и теореми точност остават непроменени, независимо от размера и формите на тяхното положение в пространството.
В някои случаи това може да се дължи на времето. Някои елементи. системи и законите на природата, остават непроменени за определен период от време. Същата пясъчния часовник идентичен на себе си днес и през изминалата година, и след пет години. Towers Питагор и принципа на Архимед "остава непроменена в продължение на хиляди години. Тези модели са последица от времето на хомогенност.
Кратко Исторически преглед
Колко време хората започнаха да мислят за симетрия, неизвестен. Информация е достигнала до нас, че в средата на първото хилядолетие преди Христа в хармония (симетрия) отделя голямо внимание на Питагор и питагорейците. Те видяха света същността на хармонията в хармонията на номера. Те първо обсъжда понятието "дясно" и "ляво". Малко повече от 100 години след смъртта на Питагоровата връзката между понятията "дясно" - "ляво", "нагоре" - "надолу", "perod" и "задна" Опитах се да проумея Аристотел. Той пише: "Това не е в някой би трябвало да изглежда нагоре и надолу, наляво и надясно, напред и назад, но само тези, които съдържат причината за тяхното движение в себе си и са анимирани със" (1). Той вярвал, небе одушевен предмет, съдържащ причина за тяхното движение. С едни и същи субекти той включени животни и хора. Обекти околните човек, неодушевен и няма причина сама по себе си не съдържа, така че тяхното право или лявата страна се определят от човешкото съзнание. Тук Аристотел вече бях виждал намек за нарушение на симетрията, тъй като включва различия в законите за движение, в зависимост от наличието или отсъствието на някои "причини за неговото движение." Симетрия присъства и във възгледите на Платон за структурата на света, който, според него, се състои от редовни полигони, които имат перфектна симетрия.
Като се има предвид вътрешната същност на нещата е непознаваема, Имануел Кант твърди, че не можем да разбираме разликата между подобни, но не са заменени неща, като, например, от дясната страна и нейното отражение в огледалото, където тя се появява в ляво. В тази невъзможност за заместване Кант видя проява на асиметрия. Тъй като знаем голям брой видове симетрия, можем да предположим, че има същия брой видове асиметрии, ако се приеме, че всеки тип симетрия може да бъде нарушен, и че всяко нарушение на симетрия има асиметрия.
Асиметрия на молекулярно ниво
Първият експериментален доказателства за съществуването на асиметрия на молекулярно ниво, са собственост на Луи Пастьор. Пастьор е известен в цял свят като блестящ микробиолог, основател на една нова ера в разбирането на природата на микроорганизмите. Въпреки това, той не е бил лекар, но имам химически образование. Това, което той е направил по специалността, са донесли слава и признание и да е химик. Все още студент, през 1848 Пастьор открива микроскопични разлики в структурата на кристали винена киселина. Някои от лицата на кристала са, обаче, разделен на части на ребрата, така Пастьор описано такива кристали hemihedral. Половини на лицата на някои кристали са изправени в различни посоки, както е в случая с огледално отражение. (Фиг. 1).
Тези кристали са подобни, но не идентични, не наслагват един върху друг. Този имот е наречен хиралност от гръцката дума χειρ (heirus) - ръка. Това означава липса на симетрия на дясна и лява страна. (Например, ако обектът отразени в идеално равнина огледало е различен от обекта, предмет е присъщо хиралност).
Разделяне на кристали под микроскоп очевидно с пинсети видове насоченост половин лица, Пастьор получава от тези два варианта на разтвори и получените разтвори се тестват за тяхната способност да въртят равнината на поляризирана светлина. Установено е, че един вид разтвор върти равнината на поляризираната светлина по часовниковата стрелка, а другата - с. Смесеният разтвор да има въртене активност. За нас е много важно, че винена киселина, получена чрез ферментация, за разлика от химически синтезиран, е оптично активен, например, да се върти равнината на поляризация. Това означава, че биологичната продукт е асиметрична, и молекулата, съдържа само един вид (хирално чист), докато съединението от небиологичен произход, съставен от двата дясновъртящи и лявовъртящи молекули (D- и L-изомери), произведени в равни количества (фиг. 1, 2).
Химия и биохимия, разбира се, тясно свързани с биологията. Ето защо, ние считаме, някои от фактите по биологично значение в този раздел.
Най-важните молекули на живот - нуклеинови киселини и протеини също съдържат в състава на оптично активни изомери. По този начин, захар - деоксирибоза и рибоза, включени в нуклеиновите киселини са D-изомери, както и протеини, синтезирани в рибозоми съдържат само L-амино киселини. (В случая на химичен синтез на D- и L-производни се получават в равни количества). Въпреки това, въпреки факта, че клетъчните рибозомни протеини, синтезирани, състояща се само от L-амино киселини, някои бактерии съдържат протеини, които съдържат и D-изомери. D-амино киселини са намерени в кръвната плазма на висшите организми. Най-често под формата на D-изомери са открити аланин, аспарагин и серин. По този начин. в крайна сметка, биологични продукти, които не могат да бъдат хирално чисти. Все пак, това не е свързано с "промискуитет" на рибозомите. Амино рацемизация киселина и изомеризация настъпва вече след протеините са синтезирани по време на така наречения посттранслационна модификация. Трябва да се отбележи, че появата на киселинен протеин D-амино е по-разпространено в напреднала възраст, както и патологии, такива като болестта на Алцхаймер и Паркинсон, както и склеротични промени, катаракта и ракови заболявания (5).
Следователно, продуктът от основната молекулна генетичен процеса - синтеза на протеини в рибозом - хирално чист, т.е. асиметрична. Обаче след това асиметрия е частично счупен.
Нещо подобно се намира в растителен и животински свят: от двете страни на екватора, с малки изключения, доминирани от с дясната ръка черупки, обрат в дясно, както и по-голямата част от лозя 3. С други думи, ние сме свидетели на прояви на симетрия счупване в биологичния свят. Причината за това явление е все още неизвестна. Помислете за някои примери от биологичен свят с повече подробности.
След като Имануел Кант казва: "Две неща изпълват ума с все нови и все по-мощен благоговение, толкова по-често и по-дълго мисля за тях - това е звездното небе над мен и моралният закон в мен" (6). Продължавайки тази мисъл, можете да добавите този човек да знае получава същата почит, дори и в облачно време, когато звездите не се виждат само като погледнете в заобикалящата го природа. Всяко парче на живот, независимо дали лист или стръкче трева калинка, е чудо, че не може да помогне, но се възхищавам и което не може да не се учудвам. В действителност, някои от тези части от живота неизмеримо по-сложна и по-съвършена от всичко човек е създал през хилядолетията от своята история. Както е добре, поради което не е тази красива, невъзможно биологичен свят?
Раждане всеки жив обект, дали форми клетъчни познатите ни, или молекулни паразити - вируси и бактериофаги - започва с копие от геномна нуклеинова киселина (NA) - репликация. Репликация - процес, който се подчинява на законите на симетрия, оформени като дете верига NK идентични помежду си и майка матрица (Фигура 3.).
В по-голямата част от случаите в делението на клетките, дъщерни копия на майката геном, в действителност, те не се различават един от друг. Съответно, получените дъщерните клетки са идентични.
Нека си представим, че това е единственият начин процеса на делене отиде винаги от самото начало, с образуването на първата клетка или няколко клетки на малцина. В този случай, на земята сега се попълва от множество потомци идентичен първични клетъчни или множество клетки. Всички наблюдава невероятен (но съществуваща) биологичното разнообразие би било невъзможно. Ние знаем, че това не е така. Защо се образува всички много форми на живот, които правят нашия красив свят. Те се образуват в резултат на нарушаване на симетрия.
Възпроизвеждане бактериалната ДНК може да се визуализира, както следва. Процесът на репликация има постоянно и при нормални условия не спират. ДНК новообразуваните клетки (бактерии) вече е в процес на удвояване вече е част от бъдещето на клетъчен геном. Това означава, че всяка симетрия на фигурата. С вероятност от 10 -10 - 10 -3 има промени в ДНК. Тези промени могат да бъдат така наречените точкови мутации - промяна на писма от генетичния текст (подобни на печатни грешки при въвеждане на литературния текст), и големи геномни прегрупирания: загуба на части от текста - заличаване, вмъкване на чужди фрагменти, както е в случая за хоризонтално прехвърляне - вмъкване, промени сегменти насочване NK - инверсия сегменти движат на друго място NC - транслокация, удвояване или друг увеличение на множеството секции на NC - дублиране амплификация (Фигура 4).
Всички тези събития ние наричаме щети NC. че е невъзможно да си представим появата на ново качество на бъдещите организми потомци на клетките, в които се е появил на ДНК в някое от тези събития, без тези събития. Следователно, тези събития се считат за потенциално по-еволюционно значими. Но ако сравним структурата на ДНК веригата от дъщерни, в една от които е настъпила промяната, а другият остава непокътнат, можем да видим, че в нито един от случаите е имало нарушение на симетрия. Child верига ДНК вече не са идентични, престава да бъде огледални копия. Стигнахме до един много важен извод, че еволюцията е невъзможно, без да нарушава симетрията, което означава, че всички наблюдавания богатството и разнообразието на биологичния свят е възникнала в резултат на нарушаване на симетрията.
За да видите симетрия в ДНК молекулата не е задължително да се счита в момента на репликация. Почивка ДНК също включва симетрични части. Знаем много добре, че числото на симетрия под формата на повторения на нуклеотидните последователности, присъстващи във всички геноми. В по-голямата част са къси не-кодиращи последователности. Въпреки това, почти всички геноми съдържат повторения на кодиращи последователности. Това са продукти на ген дублирането. Такова дублирани копия обикновено запазват симетрия (идентично на оригиналното копие) е много дълго. Поради различните видове мутации, те стават нефункционални псевдогени. Това означава, че симетрията е счупен почти веднага.
Дублирането и амплификация на некодиращи секвенции води до повторение в напред или назад ориентация. Такова повторение може да бъде непрекъсната или може да се диспергира и подредени в определена генетична структура (10, 11).
Докато копия на повторенията идентични една на друга, симетрията не се нарушава, но промените, които разграждат симетрията, също се извършва в тези копия (фиг. 5).
Фиг. 5. РИБОЗОМНА РНК.
Светлозелено издатини и отоци - симетрия счупване обърнати повторения.
В някои случаи тези промени не водят до по-видими физиологични или развитието последици. Но понякога се промени текста на едно от копията на многократните води до появата на нови функции на. Като един от терминала примери структура повтаря Tn5 (11).
За същото може да се случи с дублиран ген, т.е. веднъж или на няколко етапа или повече генни копия на ДНК регион не става псевдоген и новият ген. Ако имота, който кодира нов ген, се твърди в дадените условия на съществуване, като селекционен ген е фиксирана и съхранена в популация. Акцентът върху еволюционната роля на нарушение на симетрията не е случайно. Видни еволюционист и генетик на 20-ти век, роден в Подолия, T.Morgana служител късно, Теодосий Dobzhansky каза:
Свързани статии