Человек и симметрия

Почему у человека некоторые органы — парные (например, легкие, почки), а другие — в одном экземпляре? Вначале попробуем ответить на вспомогательный вопрос: почему у человека некоторые части тела симметричны, а другие — нет?

Симметрия — базовое свойство большинства живых существ. Быть симметричным очень удобно. Подумайте сами: если у вас со всех сторон есть глаза, уши, носы, рты и конечности, то вы успеете вовремя почувствовать что-то подозрительное, с какой бы стороны оно ни подкрадывалось, и, в зависимости от того, какое оно, это подозрительное, — съесть его или, наоборот, от него удрать. Самая безупречная, «самая симметричная» из всех симметрий — сферическая, когда у тела не отличаются верхняя, нижняя, правая, левая, передняя и задняя части, и оно совпадает само с собой при повороте вокруг центра симметрии на любой угол. Однако это возможно только в такой среде, которая сама идеально симметрична во всех направлениях и в которой со всех сторон на тело действуют одни и те же силы. Но на нашей земле подобной среды нет. Существует по крайней мере одна сила — сила тяжести, — которая действует только по одной оси (верх-низ) и не влияет на остальные (вперед-назад, вправо-влево). Она всё тянет вниз. И живым существам приходится к этому приспосабливаться. Так возникает следующий тип симметрии — радиальная. У радиально-симметричных существ есть верхняя и нижняя части, но правой и левой, передней и задней нет. Они совпадают сами с собой при вращении только вокруг одной оси. К ним относятся, например, морские звезды и гидры. Эти создания малоподвижны и занимаются «тихой охотой» за проплывающей мимо живностью.

Но если какое-то существо собирается вести активный образ жизни, гоняясь за жертвами и удирая от хищников, для него приобретает важность еще одно направление — передне-заднее. Та часть тела, которая находится впереди, когда животное двигается, становится более значимой. Сюда «переползают» все органы чувств, а заодно и нервные узлы, которые анализируют полученную от органов чувств информацию (у некоторых счастливчиков эти узлы потом превратятся в головной мозг). К тому же, спереди должен находиться рот, чтобы успеть ухватить настигнутую добычу. Всё это обычно располагается на отдельном участке тела — голове (у радиально-симметричных животных головы нет в принципе). Так возникает билатеральная (или двусторонняя) симметрия. У билатерально-симметричного существа отличаются верхняя и нижняя, передняя и задняя части, и только правая и левая идентичны и являются зеркальным отображением друг друга. Этот тип симметрии характерен для большинства животных, включая и человека.

У некоторых животных, например у кольчатых червей, помимо билатеральной есть и еще одна симметрия — метамерная. Их тело (за исключением самой передней части) состоит из одинаковых члеников-метамеров, и если сдвигаться вдоль тела, червь сам с собой «совпадает». У более развитых животных, включая человека, сохраняется слабое «эхо» такой симметрии: в каком-то смысле, наши позвонки и рёбра тоже можно назвать метамерами.

Итак, почему у человека есть парные органы, мы разобрались. Теперь обсудим, откуда взялись непарные. Для начала попробуем понять: что же является осью симметрии для самых простых, радиально симметричных, примитивных многоклеточных? Ответ простой: это пищеварительная система. Вокруг нее и выстраивается весь организм, и организован он так, чтобы каждая клеточка тела находилась близко к «кормушке» и получала достаточное количество питательных веществ. Представим себе гидру: ее рот симметрично окружен щупальцами, которые загоняют туда добычу, а кишечная полость находится в самой середине организма и является осью, вокруг которой формируется всё остальное тело. Пищеварительная система у таких существ одна по определению, потому что «под нее» и выстраивается весь организм. Постепенно животные усложнялись, и их пищеварительная система тоже становилась всё более совершенной. Кишечник удлинился, чтобы более эффективно переваривать пищу, и поэтому ему пришлось сложиться в несколько раз, чтобы поместиться в брюшной полости. Появились дополнительные органы — печень, желчный пузырь, поджелудочная железа, — которые расположились в организме асимметрично и «подвинули» некоторые другие органы (например, из-за того, что печень расположена справа, правая почка и правый яичник/яичко сдвинуты вниз относительно левого). У человека изо всей пищеварительной системы только рот, глотка, пищевод и анальное отверстие сохранили свое положение на плоскости симметрии организма. Но пищеварительная система и все ее органы так и остались у нас в единственном экземпляре. Теперь посмотрим на кровеносную систему. Если животное маленькое, у него нет проблемы с тем, чтобы питательные вещества дошли до каждой клеточки, — ведь все клетки находятся достаточно близко к пищеварительной системе. Но чем больше живое существо, тем острее для него возникает проблема доставки питания до «отдаленных провинций», находящихся на большом расстоянии от кишечника, на периферии тела. Появляется потребность в чём-то, что «кормило» бы эти участки, а кроме этого, соединяло всё тело воедино и позволяло далеко расположенным регионам «общаться» между собой (а у некоторых животных также разносило бы кислород от органов дыхания по всему телу). Так появляется кровеносная система. Кровеносная система выстраивается вдоль пищеварительной, и поэтому состоит она, в самых примитивных случаях, всего лишь из двух главных сосудов — брюшного и спинного — и нескольких соединяющих их дополнительных. Если существо маленькое и слабоподвижное (как, например, ланцетник), то для того, чтобы кровь двигалась по сосудам, достаточно сокращения самих этих сосудов. Но относительно крупным существам, ведущим более активный образ жизни (например, рыбам), этого мало. Поэтому у них часть брюшного сосуда превращается в специальный мышечный орган, с силой толкающий кровь вперед, — сердце. Поскольку оно возникло на непарном сосуде, то и само оно «одинокое» и непарное. У рыб сердце симметрично само по себе и в теле располагается на плоскости симметрии. Но у наземных животных, в связи с появлением второго круга кровообращения, левая часть сердечной мышцы становится больше правой, и сердце сдвигается в левую сторону, теряя и симметричность своего положения, и свою собственную симметрию. Ответила: Вера Башмакова

06.06.2012 14:55 | Bedal собственно, в статье - перечисление, а не объяснение. Объяснением могло бы служить, например, такое рассуждение: Достаточно часто единственное устройство работает эффективнее, чем два той же суммарной мощности. Эффективность может состоять, например, в меньшей массе. Поверхность двух шаров (то есть расход на создание оболочки) на четверть больше, чем у одного того же объёма (то есть той же производительности). Большая площадь поверхности - больше потери тепла и т.п. С другой стороны, парный орган - это более высокая надёжность. Но добавление органа обычно очень слабо повышает надёжность. То есть разница в надёжности между одним и двумя органами - довольно высокая, между двумя и тремя - уже небольшая, и чем больше органов - тем меньше эффект. Надо учитывать и то, что надёжность может "не пригодиться". В условиях дефицита ресурсов потребность в дополнительных расходах на создание и развитие эмбриона может быть смертельно опасной. Потому увеличение числа органов в природе встречается крайне редко (или никогда?). А вот уменьшение числа органов, если прирост эффективности (и экономия ресурсов) больше, чем потеря надёжности - обычное, можно сказать, дело. В результате можно наблюдать, как в разные эволюционные периоды число органов сокращается даже от пары до единственного: Одна большая глотка работает очевидно эффективнее двух тонких, а две больших глотки - слишком дорогой расход ресурсов. Выгода так велика, что глотка стала единственной "почти сразу" (например, уже у инфузории). Так получилось позже и с развитием единого нервного управляющего узла, иногда называемого мозгом. То же с печенью и сердцем - как органы чисто объёмные, они резко увеличивают эффективность при переходе от множества мелких органов к единственному. Потому исторически число резервируемых органов всё время сокращается. С уменьшением требований к надёжности (ах, медицина, медицина) число людей с врождённой единственной почкой всё время растёт. Принцип этот, как и любой другой, нельзя абсолютизировать. Например, одно лёгкое может оказаться не эффективнее пары, так как там играет роль размер внутренней поверхности, и зависимость от внешней формы далеко не прямая. Но, усредняя, можно сформулировать так: эволюционно прослеживается движение от множества одинаковых органов к паре, а от пары, уже далеко не с такой скоростью - к единственному органу. Не выдаю это за истину в последней инстанции, просто попытка применения общей логики. http://elementy.ru/email/5021752