Теория асимметризации организмов, мозга и парных органов (I)

“Мы знаем слишком мало об адаптивной важности направленной асимметрии”
Р. Палмер (2004)

Асимметризация по оси верх–низ происходила, под действием поля гравитации. Это привело к появлению малоподвижных или прикрепленных организмов радиальной симметрии.

Асимметризация по оси перед–зад происходила при взаимодействии с пространственным полем, когда понадобилось быстрое движение (спастись от хищника, догнать жертву). В результате, в передней части тела оказались главные рецепторы и мозг. Билатерально симметричные организмы господствуют последние 650–800 млн. лет. Это ракообразные, рыбы, все прогрессивные формы: млекопитающие, птицы, насекомые.

В. Н. Беклемишев (1964) в своем классическом труде выделил три типа асимметрии (шаровая, радиальная, билатеральная) расположив их в эволюционный ряд (Рис. 1). Считая  полностью асимметричную амёбу более примитивным существом, чем одноклеточные организмы шаровой симметрии (радиолярии, вольвоксовые), он поместил её в начало ряда. Билатерально симметричные организмы считались “венцом” эволюции.

Что определяет наблюдаемую у высших организмов асимметризацию по оси левое–правое до конца не было известно.

Рис. 1. Эволюционный ряд типов асимметрии организмов.
            Примечание: с — симметричность, а — асимметричность организма
            по каждой из трех координатных осей трехмерного пространства.

Основные положения новой теории:

Эволюция любых структур (и потоков информации) идет от симметрии к асимметрии. В филогенезе асимметрия организмов закономерно растет по всем осям (I – спина–брюхо, II – нос–хвост, III – лево–правая).

Симметрия-асимметрия - признаки формы, а амёба - бесформенна, и ей нет места в классификации форм. Экстраполяция эволюционной логики существующего ряда: ссс → асс → аас (Рис. 3); растущее число фактов латеральной асимметрии у высших форм (функциональная асимметрия мозга и видовая праворукость человека, односторонняя овуляция и однополушарный сон дельфинов); тесные связи асимметрии с полом и направление полового диморфизма; позволили высказать гипотезу о дальнейшей асимметризации современных прогрессивных форм и закономерном их переходе от билатеральной симметрии к последнему типу триаксиальной асимметрии (ТА) (аас → ааа) такого же фундаментального эволюционного ранга.

      Анизотропия какого фактора среды диктует развитие латеральной асимметрии? По идее дихронизма таким полем является временнόе, то есть одна сторона (орган) является более продвинутой, «авангардной» (как бы, уже в будущем), а другая — «арьергардной» (еще в прошлом). Тип триаксиальной асимметрии должен быть эволюционно наиболее прогрессивным.

      Следовательно, потоки информации от анизотропной среды, вызывают в организмах и органах соответствующие градиенты информационного потенциала – асимметрию. Как действует поле на организм и почему он эволюционирует? Возьмем одномерные (линейные) организмы – гидру в поле гравитации и дождевого червя (или змею) в пространстве.

      Фенотип возникает при взаимодействии генетической и средовой информации: Ф = Г + С. Источник генетической информации зигота. Поскольку организм развивается из зиготы, то у гидры она должна быть у подошвы, а поток информации идти вверх к щупальцам, а у червя, зигота в кончике хвоста, а поток информации идет к носу, то есть щупальца моложе подошвы, а нос – хвоста. Может ли развитие начинаться с носа? Нет, так как онтогенез повторяет филогенез. А в середине линейного организма? Да, если развитие начинается на границе двух сред (почва-атмосфера, как у растений, тогда семя прорастает вверх и вниз). Средовая информация всегда, идет навстречу и образует вдоль тела градиент потенциала. Тогда новый орган (признак) должен возникать в точке роста. Если это, нужные там, рецептор или мозг, они остаются, другие дрейфуют по градиенту к хвосту. Эту гипотезу эволюционная теория пола позволяет проверить. У гидры были все главные типы размножения: бесполое (почками), гермафродитное, и раздельнополое, а у дождевых червей было бесполое, потом гермафродитное. Теория пола предсказывает, что яичники должны быть у гидр, между почками и семенниками, а у червей – ближе к хвосту, чем семенники. Так и есть. У гидр почки внизу, яичники выше, а семенники еще выше. У дождевых червей яичники уже в 13-м сегменте, а семенники еще в 10-м.

     У триаксиально асимметричных организмов сохраняются две предыдущие асимметрии. Латеральная асимметрия, появляется на фоне предшествующих (спина–брюхо от медузы, нос–хвост от опоссума), поэтому должна распространяться спереди назад.

      Асимметризация не частное, сугубо-человеческое явление, а общебиологический эволюционный феномен, присущий всем живым системам (Рис. 4).

• Тенденция асимметризации наблюдается в филогенезе органов растений (цветок, лист, плоды, семена). Известно, что зигоморфные (билатерально симметричные) цветки дельфиниума и львиного зева, эволюционно более прогрессивны, чем актиноморфные (радиально симметричные) цветки розы и лютика, но менее прогрессивны, чем триаксиально асимметричные цветки канны и валерьяны. Ту же самую картину имеем и с морфологией листа в процессе эволюции: ШС хлореллы (почки), РС хвои, БС листа магнолиевых и ТА листа вязовых или бегониевых.
• Та же тенденция, согласно закону рекапитуляции, прослеживается и в эмбриогенезе человека: шаровая симметрия зиготы → радиальная симметрия гаструлы → билатеральная симметрия эмбриона → триаксиальная асимметрия ребенка.

      Можно прийти к выводу, что асимметризация не частное, сугубо-человеческое явление, а общебиологический, фундаментальный, эволюционный феномен, присущий всем живым системам.

Асимметрия мозга  (II) ►                        Асимметрия парных органов, рукость  (III) ►

Подробнее об асимметрии

Эволюционные теории асимметризации организмов, мозга и тела Геодакян В.А. Успехи физиологических наук. 2005. Т. 36. № 1. с. 24-53.

Эволюционная роль асимметризации организмов, мозга и тела (Модель и правило правой руки). Геодакян В.А. ХХ съезд физиолог. общества им. И.П. Павлова. Симпозиум: "Функциональная межполушарная асимметрия". Тезисы докладов. 4-8 июня 2007 г. Москва. С. 28.

Copyright © 2005-2012 S. Geodakyan. All rights reserved.