Почему большая часть жизни симметрична внешне, а не внутренне?

Млекопитающие, рептилии, паукообразные, насекомые и т. Д., Насколько я знаю, симметричны по внешнему виду.

Возьмите, к примеру, человека, проведите линию от макушки головы до середины. Однако внутренне это не то же самое. Наши органы, исключая почки, легкие, репродуктивные органы и т. Д., Не расположены симметрично в нашем теле.

• Почему у нас нет четного числа каждого органа, чтобы его можно было разместить симметрично?
• Если у нас есть один орган, почему он не расположен посередине, например, мозг или мочевой пузырь?
• Есть ли какое-то эволюционное преимущество, которое привело к такой настройке?

Шон Коннолли

Во-первых, я думаю, что стоит подумать: «Почему внутренняя симметрия была бы полезна?» Простота развития сразу приходит на ум. Вы также можете рассмотреть отношения с внешними органами; желудок и пищевод выровнены с ртом, который симметричен относительно сагиттальной плоскости. Или, может быть, даже баланс; легкие - это крупные органы, и если их отложить в сторону, это может вызвать проблемы с локомотивом. (Возможно, это даже интересная тема для другого вопроса.)

Тем не менее, я считаю, что в основе лежит эволюционное преимущество, которое привело к отсутствию вездесущей внутренней симметрии, это пространство . Проще говоря, внутри организма так много места, и каждый маленький имеет значение. Таким образом, если нет необходимости зеркально отражать конкретный орган относительно плоскости, тогда есть преимущество в использовании в другом месте: использование пространства.

Я думаю, что фантастическим примером этого является пищеварительный тракт человека. Ключевым фактором в форме кишечника является использование пространства, которое напрямую влияет на точку, в которой он соединяется с желудком, внося свой вклад в асимметричную форму желудка. Конечно, можно представить и другие конфигурации, и природа это сделала. Однако эта конфигурация работает достаточно хорошо, и необычное использование ограниченного пространства, кажется, перевешивает все преимущества симметрии.

Чтобы напрямую ответить на ваши вопросы выше:

Вопрос: Почему у нас нет четного числа каждого органа, чтобы его можно было разместить симметрично? Ответ: Каждый орган обращается (или обращается) к потребностям организма. Удовлетворение этой потребности с помощью нескольких органов, работающих совместно, имеет свои преимущества и последствия, равно как и удовлетворение потребностей с помощью одного органа. Эти преимущества и последствия сбалансированы на протяжении всей эволюции организма.

Вопрос: Если у нас есть один орган, почему он не расположен посередине, как, например, мозг или мочевой пузырь? Ответ: я чувствую пространство. Опять же, есть преимущества симметрии, но есть много других факторов в игре. Некоторые из них, кажется, временами важнее симметрии.

Вопрос: Есть ли какое-то эволюционное преимущество, которое привело к такой настройке? Ответ: Я надеюсь, что это было решено - я не утверждаю, что что-то «ответил», это вопрос для обсуждения.

Другое топливо для обсуждения:

Размышляя над этим вопросом, я обнаружил, что могу объяснить, почему внутренняя симметрия не нужна. Тем не менее, мне было бы интересно узнать мнение о том, почему внешняя симметрия настолько распространена.

Kotatsu

Опираясь на ответ, данный Шоном Коннолли выше, было бы очень легко представить эволюционные сценарии, в которых органы с большей вероятностью будут развиваться асимметрично, чем симметрично.

Например, представьте себе организм, который имеет простую пищеварительную систему, состоящую только из одной недифференцированной кишки, которая идет от рта к анусу по прямой линии, как у примитивных кольчатых червей. Скажем, есть только один фермент, который расщепляет частицы пищи, и что он присутствует в кишечнике.

Теперь, возможно, из-за космических проблем или по причинам, которые совершенно не связаны с внутренними органами, сама кишка становится асимметричной. Это может быть связано с тем, что для растворения и поглощения большего количества пищи необходим более длинный кишечник, но организм не может стать длиннее (например, он может жить в мертвых коралловых рифах, а размер ямок не может контролироваться самим организмом). таким образом, существует внешнее ограничение того, как долго организм может стать). Один из способов решить эту проблему - сложить кишечник, что может сделать его асимметричным.

Теперь, поскольку частицы пищи, попадающие во рту, подвергаются воздействию единственного фермента по всему кишечнику, кишечная жидкость будет все меньше и меньше питательной, чем дальше она проходит вдоль кишки. Возможно, больше передних отделов кишечника станут специализированными для разрушения и поглощения более частых видов пищи, в то время как более задние отделы будут специализироваться на менее распространенных продуктах питания. Это может привести к дифференцировке секреторных органов вдоль кишечника, и если это уже согнуто из-за внешних факторов отбора, не исключено, что данный секреторный орган будет развиваться асимметрично просто потому, что кишечник в точке, где ферменты секретируются этим органом должны быть использованы не в средней линии тела.

Например, если нам нужно было поглощать вещество X из нашей пищи, но вещество X стало в избытке в кишечной жидкости только на расстоянии от рта, которое соответствует месту, когда наш кишечник расположен на левой стороне тела, это не исключено, что развитие этого выделительного органа будет развиваться на левой стороне тела. Тогда это может быть самоусиливающимся, так как более готовый доступ к веществу X может означать, что это вещество становится для нас более важным, и секреторный орган может стать больше и более доминирующим, и в конечном итоге у нас есть большой орган, который существует только на левая сторона тела, никогда не существовавшая в симметричной форме.

Это, конечно, чистое предположение, и я не знаю ни одного примера, но он не противоречит эволюции в целом и, безусловно, может быть правдоподобным. То же самое может произойти, если дифференцировка органов секреции фермента происходит в симметричной кишке, которая впоследствии становится асимметричной и весь секреторный орган смещается в одну сторону. Сохранение симметричной пары секреторных органов на каждой стороне тела, но наличие ферментов, работающих на пищу только асимметрично, означало бы, что один из секреторных органов имел очень длинный проток, а другой - очень короткий. Разумно предположить, что с течением времени тот, у кого длинный проток, станет менее важным и может исчезнуть.

Аналогичные рассуждения могут быть применены к системе кровообращения и любым соответствующим органам.

Есть много примеров внешней асимметрии в животном мире. Например, многие декаподы имеют асимметричные когти, которые используются для различных целей (например, для кормления омаров). Несколько родов вшей птиц (например, Struthiolipeurus, Bizarrifrons ) имеют асимметричные головки, которые, вероятно, как-то связаны с тем, как они прикрепляются к перьям своих хозяев. Я полагаю, что многие группы сидячих беспозвоночных имеют анальные отверстия, смещенные в одну сторону, но это может быть вызвано внутренней асимметрией или тем, что менее эффективно расположить наш анус, чтобы кал снова попадал в рот.

Эйдан Рок

Я хотел бы добавить ответ, чтобы объяснить, как внутренняя асимметрия органов животных может соответствовать их внешней симметрии. Вот мой аргумент:

1) В случае позвоночных важные внутренние органы защищены скелетом животного.

2) Внутренние органы - мягкая материя, и поэтому их физика сильно отличается от того, как они поведут себя, если они будут почти твердыми телами.

3) Внутренняя асимметрия не является большой проблемой, потому что распределение массы приблизительно симметрично в двустороннем смысле.

Чтобы сделать этот бетон, я имею в виду:

а) Если вы попытаетесь нарезать позвоночник посередине, вы заметите, что левая и правая стороны позвоночного имеют примерно одинаковый вес

б) Левая и правая стороны головы позвоночных имеют примерно одинаковый вес . и т. д.

С. МакГрю

Представьте, что кишечник представляет собой длинную симметричную гибкую трубку длиной около 20 футов. Теперь представьте, как будет выглядеть трубка, если ее упаковать в 5-литровое ведро. Было бы буквально, математически, невозможно упаковать это симметрично. В физике мы называем это "спонтанно нарушенной симметрией". Потребовалось бы много генетических инструкций для упаковки длинного кишечника в небольшой объем даже приблизительно симметрично. Конечно, это не объясняет всей асимметрии, которая вас интересует, но объясняет некоторые из них.