Cuando escribí la pregunta original, mi conexión no permitía hacer ediciones en el camino, y aún tengo muchos problemas para hacerlo.
Finalmente decidí escribir una publicación sobre esto y copiarlo aquí, esta es la razón por la que es tan grande.
Lo que trato de explicar es que los organismos vivos tienen muchos patrones ordenados que tampoco aparecen en la materia animada, y la explicación para ellos tiene que dejar espacio para más conceptos que la genética, que no se adaptan bien a los factores interrelacionales. Así es como pienso sobre esto, la biología está reduciendo demasiado su visión del mundo a la genética.
Descargo de responsabilidad:
Las simetrías y patrones aparecen en muchos niveles diferentes y algunos de ellos no están directamente relacionados con la supervivencia del animal. Por ejemplo, el patrón de rosetas en un felino, eso fue explicado por Alan Turing (el mismo Turing de la máquina Enigma, por cierto). Publica el desarrollo de estos puntos como un sistema de reacción-difusión (en resumen, modelos que explican cómo la concentración de una o más sustancias distribuidas en el espacio cambia bajo la influencia de dos procesos: reacciones químicas locales en las que las sustancias se transforman en cada uno otro, y la difusión que hace que las sustancias se extiendan sobre una superficie en el espacio. http://en.wikipedia.org/wiki/Rea…), y obtuvo un muy buen acercamiento a un rossete real (aunque la simetría bilateral en realidad rossetes no está tan bien explicado). Entonces, en algunas características de los animales, que no están tan controladas por la selección natural, hay más factores que conducen a simetrías o patrones.
De hecho, algunos tipos de patrones son muy comunes en los “actores” naturales vivos y no vivos. Las espirales aparecen con mucha frecuencia en plantas, frutos y nebulosas de polvo. Para la física, las espirales son configuraciones de energía más baja que emergen espontáneamente a través de procesos de autoorganización en sistemas dinámicos, ya sea una nebulosa o una planta en crecimiento (las espirales están cableadas en genes en el caso de múltiples frutas, pero en el caso de plantas que crecen, Creo que pueden organizar la distribución de las hojas en casos especiales donde la fuente de luz se duplica artificialmente en una prueba de laboratorio. Puede que me equivoque al respecto, no lo he comprobado).
Hay algunos niveles diferentes en lo que puede encontrar la ocurrencia de simetrías.
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La simetría y, por extensión, la existencia de patrones ordenados en los organismos, y en la naturaleza en general, siempre ha intrigado a los naturalistas.
Como dice Bill Graham en su blog, los patrones en la naturaleza, la naturaleza es organizada y caótica , tendemos a centrar nuestra atención en un lado de esta ecuación, por lo que nos sorprende su contraparte, pero en la misma “naturaleza de la naturaleza” Hay espacio para los dos aspectos, con una lista de principios de organización que se resume a continuación:
- Todo en la naturaleza está interconectado
- La naturaleza está compuesta de sistemas complejos
- La naturaleza es ordenada y caótica
- La energía es la moneda operativa de la naturaleza
- Los sistemas de la naturaleza son autoorganizados y emergentes
- Los sistemas de la naturaleza son similares
Por lo tanto, hablaré de la naturaleza como una interconexión de sistemas complejos, donde es posible la aparición de patrones ordenados.
Los patrones en la naturaleza son regularidades visibles de la forma que se encuentran en el mundo natural. Estos patrones se repiten en diferentes contextos y a veces se pueden modelar matemáticamente. Los patrones naturales incluyen simetrías, árboles, espirales, meandros, olas, espumas, matrices, grietas y rayas.
Una cosa que es realmente impactante sobre los patrones ordenados en la naturaleza es que pueden aparecer diseños similares en la materia viva e inerte. Ha habido múltiples enfoques para la observación de estos fenómenos y algunos intentos de explicarlos, aunque, a diferencia de la atracción por gravedad, solo para dar un ejemplo , nunca se ha logrado una explicación simple, única y universal. Cada caso de patrón en la naturaleza tiene una variedad múltiple de causas, y las que están relacionadas con organismos vivos están conectadas a la necesidad de supervivencia de ellas. Pero, en general, esas causas se pueden conectar a dos procesos fundamentales:
- relacionado con el desarrollo de este patrón,
- y relacionado con la preservación de las partes conectadas que forman el patrón (ya sean partes de un cuerpo o partes de una nebulosa).
Al examinar las películas de jabón en el siglo XIX, Joseph Plateau publica el concepto de superficie mínima (una superficie que minimiza localmente su área) . El biólogo y artista alemán Ernst Haeckel pintó cientos de organismos marinos para enfatizar su simetría, y quiero agregar que estas impresiones son una de las principales razones por las que me interesa la existencia de patrones en la naturaleza.
El biólogo escocés D’Arcy Thompson fue pionero en el estudio de los patrones de crecimiento tanto en plantas como en animales, demostrando que ecuaciones simples podrían explicar el crecimiento en espiral.
Dibujos de D’Arcy Thompson que muestran las relaciones entre las formas del cuerpo.
En el siglo XX, el matemático británico Alan Turing predijo mecanismos de morfogénesis que dan lugar a patrones de manchas y rayas ( aunque la simetría bilateral en ellos no está tan bien explicada) . Aristid Lindenmayer y Benoît Mandelbrot mostraron cómo las matemáticas de los fractales podrían crear patrones de crecimiento de las plantas.
Voy a examinar dos tipos interesantes de patrones, simetría y espirales.
La simetría es generalizada en los seres vivos, especialmente en la forma externa del cuerpo de los organismos. La simetría se puede definir como la propiedad de un cuerpo o un fenómeno físico que es invariante a una transformación, como la reflexión, pero también incluye otras transformaciones. Las espirales no son una forma adecuada de simetría, pero las agregaré como un caso especial donde se observa la invariabilidad una vez que se ajusta la dimensión. Es especialmente interesante incluir espirales aquí, ya que es uno de los patrones más ubicuos en las plantas.
Los animales tienen principalmente simetría bilateral o espejo, al igual que las hojas de las plantas y algunas flores, como las orquídeas. Las plantas a menudo tienen simetría radial o rotacional, al igual que muchas flores y algunos grupos de animales, como las anémonas de mar. La simetría quíntuple se encuentra en los equinodermos, el grupo que incluye estrellas de mar, erizos de mar y lirios de mar.
Entre los seres no vivos, los copos de nieve tienen una sorprendente simetría triple: cada copo es único, su estructura forma un registro de las condiciones variables durante su cristalización, con casi el mismo patrón de crecimiento en cada uno de sus seis brazos.
Los cristales en general tienen una variedad de simetrías y hábitos cristalinos; pueden ser cúbicos u octaédricos, pero los cristales verdaderos no pueden tener una simetría quíntuple (a diferencia de los cuasicristales).
La simetría rotacional se encuentra a diferentes escalas entre los seres no vivos, incluido el patrón de salpicadura en forma de corona que se forma cuando una gota cae en un estanque, y tanto la forma esferoidal como los anillos de un planeta como Saturno.
La explicación de estas simetrías no se da aquí, pero supongo que tiene que ver con razones operativas y de desarrollo.
La simetría radial se adapta a organismos como las anémonas de mar cuyos adultos no se mueven: los alimentos y las amenazas pueden llegar desde cualquier dirección.
Pero los animales que se mueven en una dirección necesariamente tienen lados superior e inferior, extremos de cabeza y cola, y por lo tanto, izquierda y derecha. La cabeza se especializa con la boca y los órganos sensoriales (cefalización), y el cuerpo se vuelve bilateralmente simétrico (aunque los órganos internos no necesitan serlo).
Los órganos que permiten el uso de la percepción están duplicados o en número par. La razón principal para tenerlos en pares es permitir una mejor caracterización del entorno (un par de ojos hacen posible la estereovisión, y un par de oídos pueden proporcionar la información adicional de la dirección del sonido).
Más desconcertante es la razón de la simetría quíntuple (pentaradiada) de los equinodermos. Los primeros equinodermos eran bilateralmente simétricos, como todavía lo son sus larvas. Sumrall y Wray argumentan que la pérdida de la antigua simetría tuvo causas tanto de desarrollo como ecológicas, lo que en realidad no dice mucho, en la medida en que cada caso de patrón en la naturaleza se debe a razones operativas y de desarrollo.
La sensación de simetría en los organismos vivos va mucho más allá de la necesidad de supervivencia. También se puede usar como un mensaje de belleza y salud, o simplemente un buen desarrollo, que muchos otros organismos pueden leer y comprender. La simetría está relacionada con el sentido de la belleza y, por lo tanto, con la selección sexual; flores simétricas atraen más polinizadores, etc.
Espirales Si bien no son una forma adecuada de simetría, pueden considerarse como una ocurrencia especial de la misma, donde se observa la regularidad del patrón que cambia el tamaño de los elementos.
Las espirales son comunes en las plantas y en algunos animales, especialmente los moluscos. Por ejemplo, en el nautilo, un molusco cefalópodo, cada cámara de su caparazón es una copia aproximada de la siguiente, escalada por un factor constante y dispuesta en una espiral logarítmica. Dada una comprensión moderna de los fractales, una espiral de crecimiento puede verse como un caso especial de autosimilitud.
Las espirales de las plantas se pueden ver en la filotaxis, la disposición de las hojas en un tallo y en la disposición (parastichia) de otras partes como en las cabezas de flores compuestas y las cabezas de semillas como el girasol o las estructuras frutales como la piña y la serpiente, así como en el patrón de escamas en conos de pino, donde múltiples espirales corren tanto en sentido horario como antihorario. Estos arreglos tienen explicaciones en diferentes niveles: matemáticas, física, química, biología, cada uno individualmente correcto, pero todos necesarios juntos. Las espirales de filotaxis se pueden generar matemáticamente a partir de las relaciones de Fibonacci: la secuencia de Fibonacci se ejecuta 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13 … (cada número posterior es la suma de los dos anteriores). Por ejemplo, cuando las hojas se alternan en un tallo, una rotación de la espiral toca dos hojas, por lo que el patrón o la relación es 1/2. En avellana la proporción es 1/3; en albaricoque es 2/5; en pera es 3/8; en almendra es 5/13. En la filotaxis del disco, como en el girasol y la margarita, los floretes están dispuestos en espiral de Fermat con numeración de Fibonacci, al menos cuando la cabeza de la flor está madura, por lo que todos los elementos son del mismo tamaño. Las relaciones de Fibonacci se aproximan al ángulo dorado, 137.508 °, que gobierna la curvatura de la espiral de Fermat.
Enlaces:
- Espirales en la naturaleza
- Wikipedia
- patrones en la naturaleza
