為什麼地球物種要進化為對稱形態?
我們會好奇一些比較常見的自然形態,比如:為什麼大多數生物,包括我們人類自己是對稱的?
其實我們沒有完全對稱的身體。一些研究表明,我們的臉並不是完全對稱的,如果對稱並不會像你想像的那樣美好,反而更奇怪。
這的卻有悖於我們習慣的對稱美學,畢竟這種模式已經是我們潛意識中的一部分了,畢竟對稱在我們生活中應用廣泛,包括建築、服裝、生產的方方面面都離不開對稱,這似乎是理所當然的。
我們有雙邊的對稱性,因為我們的祖先擁有了這種特性並通過基因遺傳到我們這一代,人體就好像造物主的完美設計。
絕大多數生物表現出某種對稱性,無論是徑向的(如植物或海星,當然還有許多病毒)或雙邊對稱性。大多數動物在胚胎早期呈現出雙側對稱性,通過細胞在發育過程中的取向。
即使看起來是雙邊對稱的動物,在內部也不像外觀上那樣整齊。許多器官是不對稱的。
如果你剖開一個複雜的動物,你會注意到,它們的內臟幾乎完全「忘記」了對稱性,破壞對稱性。我們有兩個肺和腎,另外幾個是中心的,但是我們的心臟,肝臟,胃,腸,膽囊和其他大部分都不是對稱的。
包括我們的肺也是不對稱的: 我們的左肺較小,為心臟騰出空間。只有作為運動重要部位的外部骨骼和肌肉才是對稱的。
正如上面所說,雙邊對稱對於在重力環境中移動的生物是有意義的。對稱性(包括像海星一樣的徑向對稱性)是有效的,無論是在物種進化和繁衍中,因為它在多個地方重複使用相同的DNA代碼片段。每個手指和腳趾共享大部分相同的代碼,而不必獨立演化。
為了在重力中保持穩定,主體必須圍繞垂直軸對稱。如果你看著汽車,它們是對稱的。這是因為它們設計應對著空氣動力學和機械穩定性以及美學。
生物的最初演變,對稱性使運動更容易。雙邊對稱性是因為運動方式,當動物向前移動時,如果身體(包括肢體)是對稱的,那麼這樣做更容易。
對稱性可實現更高效,協調或定向運動。在整個動物作為一個整體移動或與環境互動,只要身體適合容納,內部器官的排列就不重要,你可以將它們完全重新排列,假設沒有任何功能的變化。這也解釋了為什麼外部對稱的動物在很大程度上是內在的不對稱的。
你玩玩具車的時候,如果你在每一邊都放置不同大小的輪子,那麼你將會很難讓它走向你想要的方向。如果它們的大小相同,你需要做的就是以相同的速度旋轉它們,左右轉動就涉及相同的速度比。飛行昆蟲,游泳的魚和運動中的雙足和四足動物也是如此。
在像人類這樣的對稱生物體中,重複的器官沿垂直軸對稱排列,比如人體脊柱。這允許重心在垂直軸上,以便我們能夠以最小的努力來保持平衡。
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為什麼生物需要穩定?因為這是進化的基本屬性。生物系統在各種環境中往往具有穩定的自然趨勢。從形成的第一個DNA分子開始,化學穩定狀態足以存活直到可以複製,就是我們現在看到的事情。
一個有趣的反例是鰈魚。它從生物學的雙邊對稱開始,但是隨著它的發展而偏離這個計劃,並且接近從其原始對稱旋轉90度的新的雙邊對稱。正如預期的那樣,它的新對稱性遠非完美,但似乎運作良好。
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