哺乳動物,爬行動物,蜘蛛綱動物,昆蟲等在外觀上都是對稱的。
以一個人為例,從頭頂到中間一直畫一條線。但是,內部不一樣。我們的器官 腎臟,肺,生殖器官等不對稱地放置在我們的體內。
- 為什麼每個器官的偶數都不是偶數可以對稱放置嗎?
- 如果我們只有一個器官,為什麼不像大腦或膀胱那樣放置在中間呢?
- 是否存在一些進化優勢導致此設置?
哺乳動物,爬行動物,蜘蛛綱動物,昆蟲等在外觀上都是對稱的。
以一個人為例,從頭頂到中間一直畫一條線。但是,內部不一樣。我們的器官 腎臟,肺,生殖器官等不對稱地放置在我們的體內。
首先,我認為值得考慮“為什麼內部對稱會有益?”開發簡單性立即浮現在腦海。您還可以考慮與外部器官的關係。胃和食道與嘴巴成一直線,嘴巴圍繞矢狀面對稱。甚至平衡;肺是大器官,如果放在一側可能會引起機車問題。 (也許這甚至是另一個問題的有趣話題。)
我認為,這是導致缺乏普遍存在的內部對稱性的進化優勢的核心,即空間 。簡而言之,生物體內只有這麼多空間,每一個小細節都很重要。因此,如果不需要將特定器官鏡像到飛機上,那麼將 放在其他地方是有好處的:空間的利用。
我認為這太棒了人體消化道就是一個例子。腸的形狀的關鍵因素是空間的利用,空間的使用直接影響到胃的連接點,其本身導致胃的不對稱形狀。當然,人們可以設想其他配置。但是,這種配置效果很好,有限空間的特殊使用似乎超過了對稱的所有好處。
直接回答上述問題:
問題:為什麼每個器官的偶數個數都沒有,所以它可以對稱放置?響應:每個器官都針對(或解決)了生物體的需求。與多個器官協同工作來滿足這種需求具有益處和後果,就像僅一個器官來滿足需求一樣。這些益處和後果在有機體的整個進化過程中都是平衡的。
問題:如果我們只有一個器官,為什麼不將其置於中間例如大腦或膀胱? 響應:我覺得空間。同樣,對稱有好處,但還有許多其他因素在起作用。有時候,其中一些比對稱更重要。
問題:是否有一些進化上的優勢導致了這種設置? strong>響應:我希望這個問題已經解決-我不聲稱自己已經“回答”了任何東西,這是一個有待討論的問題。
其他討論的動力:
在思考這個問題時,我發現自己能夠合理化為什麼不需要內部對稱性的原因。但是,我有興趣了解為什麼為什麼外部對稱如此普遍。
基於上面的肖恩·康諾利(Sean Connolly)給出的答案,可以很容易地想像出器官更傾向於非對稱而非對稱發育的進化場景。
例如,想像一個具有簡單生物的生物。消化系統僅由一個未分化的腸道組成,該腸道直接從口腔到肛門呈直線狀延伸,就像原始的無性系一樣。假設只有一種酶可以分解食物顆粒,並且這種酶存在於整個腸道。
現在,也許是由於空間問題或出於與內部器官完全無關的原因,腸本身變得不對稱。這可能是因為需要更長的腸來溶解和吸收更多的食物,但是該生物體不能變得更長(例如,它可能生活在死去的珊瑚礁中,並且空心體的大小不能由生物體本身控制) ,因此對於生物體能持續多久存在外部限制)。解決此問題的一種方法是折疊腸道,使其不對稱。
現在,由於進入口腔的食物顆粒在整個腸道內都暴露於單一酶,因此腸液會減少沿著腸道的後部越遠,營養就越少。可能,腸道的前部將變得專門用於分解和吸收更多種類的食物,而更多的後部將變得專門用於較少見的食物。這可能會導致腸道內分泌器官的分化,如果由於外部選擇壓力而已經彎曲,那麼給定的分泌器官就不可能不對稱地發展,僅僅是因為腸道在該器官分泌的酶處被使用的位置不在身體的中線附近。
例如,如果我們需要從食物中吸收X物質,但是X物質僅在與腸道位於人體左側位置相對應的距離一定距離的腸道液體中富集,這個排泄器官的發育會在身體的左側發育,這並非不合理。那麼這可能是自我強化的,因為更容易獲得X物質可能意味著該物質對我們而言變得越來越重要,分泌器官可能變得更大和更占主導地位,最終我們有了一個僅存在於X軸上的大器官。
這當然是純粹的推測,我不知道這方面的例子,但這與我們的觀點並不矛盾。
總體上來說,這種發展可能是合理的。如果在對稱的腸道中發生酶分泌器官的分化,隨後會變得不對稱,並且整個分泌器官都向一側移位,則可能發生同樣的情況。在身體的兩側保留一對對稱的分泌器官,但使酶僅在食物上不對稱地起作用,這意味著其中一個分泌器官的導管很長,而另一個則非常短。可以合理地假設,隨著時間的推移,具有長導管的器官將變得不那麼重要並且可能消失。
類似的推理也可以應用於血液循環系統以及與此有關的任何器官。 / p>
整個動物界都有許多外部不對稱的例子。例如,許多十足動物具有不對稱的爪子,這些爪子可用於不同的目的(例如,餵龍蝦)。幾種鳥類的蝨子(例如 Struthiolipeurus,Bizarrifrons )具有不對稱的頭部,這可能與它們如何附著在宿主的羽毛上有關。我相信許多無脊椎動物都將肛門開口向一側移位,但這可能是由於內部不對稱或由於肛門位置不理想而導致糞便再次被過濾到您的嘴中所致。
您要改變一件事,而您必須改變其他一切才能彌補。
讓我們看看四腳架中哪些器官不對稱,心臟和消化系統以及所有事物否則是對稱的。請注意,它們在像魚類這樣的更基礎的脊椎動物中是對稱的。
心臟在脊椎動物中開始對稱,但是當動物進化出獨立的循環系統(即血液流向肺部,從血液流向肺部)時,心臟就會改變。身體,允許血壓差異。通過使心臟的一側為肺部供電而另一側為身體而演進的方式,由於它們的血壓差異很大,因此有意義的是心臟的兩側會導致血壓也不同。這種形狀變化迫使必須與心臟共享空間的肺部出現一些不對稱。
消化系統更加容易,再次以直管開始,但是發生了兩個主要變化。首先,較長的消化道可以讓您提取更多的營養,而使人類(或幾乎任何動物)足夠長的時間來保持相同長度的直消化道將非常浪費。就規模而言,人體消化道長約10米。
另一個變化是胃的發育(並非所有脊椎動物都有)。擁有一部分消化系統專門用於儲存和浸泡的方法非常有用,它可以使動物在情況允許時食用更多的食物,而不必匆忙通過消化系統而損失大部分收益。同樣,擴大直管截面而不延長身體的唯一好方法是使直管轉向並偏移,這迫使沿著消化道長度附著的許多其他器官(肝臟和脾臟)錯位。請注意,在許多魚中,它們仍然是對稱的,但是當它們從高而細的橫截面演變為更圓的橫截面時,這種情況會發生變化,這在淺水環境中尤為重要,並最終在陸地上生活。一旦發生這種情況,您就不能在不浪費大量空間的情況下簡單地沿中線堆疊所有內容。
我想在這裡添加一個答案,以解釋動物器官的內部不對稱性如何與其外部對稱性保持一致。這是我的觀點:
1)對於脊椎動物,重要的內部器官受動物骨骼保護。
2)內部器官是軟物質,因此它們的物理性質與它們幾乎是剛體時的行為有很大不同。
3)內部不對稱性並不大問題是因為質量分佈在雙邊意義上是近似對稱的。
具體來說,我的意思是:
a)如果您應該嘗試將脊椎動物沿中間切下,您會注意到脊椎動物的左右兩側的重量大約相同
b)脊椎動物頭部的左右兩側的重量大約相同...等等。
想像一下,腸子是一根長而對稱的柔性管,長約20英尺。現在想像一下,如果將管裝進5加侖的桶中,它將是什麼樣子。從字面上看,從數學上講,不可能將其對稱地打包。在物理學中,我們稱其為“自發破壞的對稱性”。將長腸包裝成小體積甚至近似對稱地需要很多遺傳學指導。當然,這並不能解釋您想知道的所有不對稱性,但是可以解釋其中的一些不對稱性。