Observando nuestro cuerpo, encontraremos que además de izquierda y derecha, también podemos señalar cuatro direcciones: arriba, abajo, adelante y atrás. Como queremos hablar de cuestiones biológicas, si somos profesionales, deberíamos hablar de cuatro direcciones: parte delantera, parte trasera, superficie ventral y superficie posterior (después de todo, los animales que caminamos erguidos no somos muy representativos). Junto con los lados izquierdo y derecho, determinan tres ejes mutuamente perpendiculares, al igual que el eje xyz en el sistema de coordenadas tridimensional, lo que le da a nuestro cuerpo un plano claro. Es obvio que no existe una relación simétrica entre la parte delantera y trasera del cuerpo o la parte posterior del abdomen. La barriga en el espejo sigue siendo barriga, no hay peligro de que la confundan con la espalda. Al eje en el que la relación entre los dos polos es asimétrica lo llamamos eje polar o eje heteropolar. Un eje con una relación simétrica entre dos polos se llama eje no polar o eje copolar. En otras palabras, el eje anteroposterior y el eje ventrodorsal son ejes polares, y los ejes izquierdo y derecho son ejes no polares. Estos dos ejes polares y un eje apolar nos dan una figura simétrica.
Prestando atención a diversas criaturas del mundo, encontraremos que la mayor parte del reino animal es simétrico, con unos pocos miembros con simetría radial y aún menos con otras simetrías. Fuera del reino animal, la situación es muy diferente: no hay ningún miembro simétrico (las criaturas asimétricas también pueden tener partes simétricas, como las antenas de una estrella de mar o las hojas de un árbol). Esto demuestra que los gráficos simétricos tienen grandes beneficios para el estilo de vida de los animales, por lo que se han preservado y llevado adelante. Así que echemos un vistazo a cómo viven los animales. Como sugiere el nombre, una característica importante de los animales es el movimiento y el movimiento activo. La forma típica de nutrición en el reino animal es obtener nutrientes "comiendo" otros organismos, y el movimiento activo sin duda proporciona una gran comodidad para comer. Aunque algunos animales adoptan estilos de vida fijos y algunas plantas "comen" otros organismos, el movimiento activo es esencial para los animales grandes y complejos.
Debido a la influencia de la gravedad, el extremo proximal y el extremo lejano del cuerpo suelen ser diferentes, lo que constituye el eje polar -normalmente en los animales el eje ventral-dorsal-. Generalmente llamamos al lado que mira al suelo lado ventral y al lado opuesto lado dorsal. Por supuesto, para una especie determinada, la división entre las superficies ventral y dorsal tiene un significado biológico, no sólo un concepto geométrico. Por ejemplo, no llamamos a la parte del perezoso que mira hacia la parte inferior del abdomen.
Para animales activos, es mejor tener otro eje polar: el eje anteroposterior. En otras palabras, será mejor que sigamos adelante. Para animales sin eje anteroposterior, todas las direcciones en dirección horizontal son iguales. Si bien esto puede parecer conveniente, en realidad es inconveniente en cualquier dirección. Ya sea que estés escapando de un enemigo o persiguiendo una presa, poder moverte con rapidez y flexibilidad en una dirección es obviamente más ventajoso que no poder moverte con rapidez y flexibilidad en todas las direcciones. Los centros sensoriales y de alimentación de los animales suelen estar situados en la parte frontal del cuerpo, y esta tendencia es más evidente en los animales más evolucionados. Por ejemplo, los receptores visuales, olfativos y auditivos de nuestros vertebrados están todos en la parte frontal. Puedes pensar que los animales se mueven naturalmente en la dirección de sus cabezas, pero en realidad, las cabezas de los animales están determinadas por el movimiento. Alguien tan fijo como una planta no desarrollará un cerebro.
Debido a que la dirección de movimiento más común en los animales es horizontal, la dirección típica del eje anteroposterior también es perpendicular al eje ventrodorsal. Al igual que las divisiones ventral y dorsal, las divisiones anterior y posterior también tienen importancia biológica. Para animales simétricos, generalmente llamamos extremo frontal al extremo con la boca.
Los extremos delantero y trasero a veces se denominan boca y antiboca. La otra abertura del tracto digestivo, el ano, generalmente crece en el extremo opuesto, pero algunos animales no tienen ano y algunos animales tienen un tracto digestivo en forma de U con un ano cerca de la boca. Sin embargo, aquí sólo estamos discutiendo el caso general. Aunque los celentéreos tienen un eje boca a boca, no tienen un eje de adelante hacia atrás. El eje de boca a boca lo utilizan principalmente para hacer frente a la gravedad de la tierra.
Nuestro animal parece encontrarse en excelentes condiciones, sostenido por dos ejes polares mutuamente perpendiculares, el eje ventro-dorsal y el eje anteroposterior. Pero si la masa o la forma de los dos lados de nuestro cuerpo es asimétrica, todavía no podemos ser atletas. Para avanzar en línea recta y girar hacia la izquierda y hacia la derecha con flexibilidad, también necesitamos un eje no polar que sea perpendicular al plano formado por el eje anteroposterior y el eje ventrodorsal, el eje izquierda-derecha. Con estos tres ejes, la forma de nuestro cuerpo es perfecta. Hoy en día, todos los animales de la Tierra que son buenos para movimientos flexibles y rápidos tienen formas corporales simétricas.
Y la relación entre simetría izquierda-derecha y movimiento no se limita al mundo biológico. La apariencia de las máquinas rápidas y flexibles fabricadas por el hombre es casi siempre muy simétrica. Tenga en cuenta que tanto la velocidad como la flexibilidad son importantes aquí. Aunque el satélite es muy rápido, se encuentra en una órbita fija y no necesita cambiar su modo de movimiento en ningún momento ni en ningún lugar. Una máquina de este tipo no tiene por qué ser necesariamente simétrica. También es importante señalar que el movimiento aquí es el de la máquina, no el movimiento de las partes internas de la máquina. Así como no podemos considerar el movimiento de las manos como el movimiento del cuerpo. Por supuesto, podemos hacer que algunas cosas inmóviles, como las casas, sean simétricas por necesidades estéticas, pero debemos hacer que la mayoría de las cosas utilizadas para el movimiento flexible sean simétricas. Al ver esto, sabrás la falta de sentido común que tienen algunos escritores de ciencia ficción: ¡los extraterrestres avanzados siempre viajan y luchan en platillos voladores con radiación simétrica! Si algún día me encuentro con platillos voladores y aviones de combate simétricos pilotados por escritores de ciencia ficción, definitivamente les daré una vívida lección.
Por supuesto, a algunas personas les gusta dar algunos contraejemplos para intentar demostrar que la simetría de la estructura corporal no tiene nada que ver con el movimiento. Dirían que las medusas con simetría radial llevan una vida de natación libre, las estrellas de mar son cazadoras activas y los percebes con simetría bilateral llevan una vida sedentaria. Sin embargo, estos ejemplos sólo ilustran que la simetría radial no es completamente inadecuada para el movimiento. Los organismos simétricos también pueden elegir un estilo de vida fijo. No pueden negar la correlación entre la simetría izquierda-derecha y la capacidad de movimiento activo. Además, los animales con simetría radial son todos acuáticos. La flotabilidad del agua compensa parte o la totalidad de la fuerza de gravedad, lo que hace que las desventajas de la simetría radial sean menos obvias. Además, medusas, estrellas de mar, etc. Tampoco lo son animales muy atléticos.
Desde una perspectiva evolutiva, los animales con simetría bilateral aparecieron más tarde y tienen estructuras más complejas que los animales con simetría radial. La simetría izquierda-derecha tiene un eje polar más que la simetría radial. Un aumento en el número de ejes polares y una disminución de la simetría contienen más información. Debido a la distribución desigual del contenido celular, un óvulo fertilizado típico tiene un polo animal y un polo vegetal. En otras palabras, el óvulo fecundado ya tiene un eje polar, que no es esféricamente simétrico, sino radialmente simétrico. Por supuesto, a algunos investigadores no les gusta llamar simetría radial a esta estructura con un eje de simetría e "innumerables" planos de simetría, sino simetría cilíndrica. Desde el óvulo fecundado hasta la etapa de las dos capas germinales (endodermo y ectodermo), existe un solo eje polar, que es el eje bucal posterior. Entonces, los celentéreos, estos tipos con dos capas germinales, crecen naturalmente en simetría radial. La aparición del mesodermo le da al embrión otro eje polar, el eje ventro-dorsal. Los animales con tres capas germinales se pueden dividir en dos categorías: protozoos y metazoos. Existen muchos tipos de protozoos, como artrópodos, anélidos, moluscos, nematodos, etc. No hay muchas especies animales, principalmente cordados y equinodermos. Sin embargo, no se puede subestimar el estado de los metazoos. La mayoría de los gigantes (animales) de la Tierra y nosotros los elfos son metazoos. La apariencia del mesodermo en protozoos y metazoos es diferente, pero ambos dan a sus amos figuras simétricas.
Por supuesto, la realidad es mucho más compleja. También hay algunos celentéreos con estructuras bilateralmente simétricas, mientras que los equinodermos con mesodermo, como las estrellas de mar y los erizos de mar, tienen cuerpos radialmente simétricos. A principios del siglo XIX, algunos científicos colocaron a los equinodermos y a los celentéreos en el mismo filo. Más tarde se supo que los equinodermos eran mucho más complejos que los celentéreos, con larvas que eran bilateralmente simétricas y "volvían" a la simetría radial en un desarrollo posterior. Esto puede parecer un paso atrás, pero sabemos que la evolución no tiene dirección.
Como hemos mencionado anteriormente, haremos que la apariencia de una máquina tan rápida y ágil como un coche sea altamente simétrica. Pero si abres el capó del auto, encontrarás que el interior del auto es muy asimétrico (sólo los dos lados tienen aproximadamente la misma masa).
Si bien distribuir uniformemente la masa corporal hace que la simetría interior sea más ventajosa, hacer que un interior tan complejo sea simétrico dentro del espacio limitado es casi imposible. Al igual que los automóviles, nuestros cuerpos no son simétricos internamente. En nosotros, los vertebrados, el corazón está en el lado izquierdo del cuerpo y el hígado y la vesícula biliar en el lado derecho. De hecho, la asimetría de la estructura interna del cuerpo es un fenómeno muy común en el reino animal, pero cuanto más compleja es la estructura, más evidente es la asimetría de la estructura interna del animal. En otras palabras, el eje izquierda-derecha es también el eje polar dentro de nuestro cuerpo.
También hay algunos animales que tienen un aspecto asimétrico, como los insectos y los nematodos. Por supuesto, los más llamativos son los gasterópodos. Muchos miembros de la clase Gastropoda entre los moluscos, como los caracoles y los caracoles, tienen conchas en espiral y sus conchas no son simétricas con respecto a ningún plano. Sabemos que las conchas de caracol tienen giros hacia la izquierda y hacia la derecha. Pero la mayoría de los proyectiles que vemos habitualmente son para diestros y los proyectiles para zurdos no son fáciles de ver. De las 70.000 especies conocidas de caracoles, sólo alrededor del 10% son zurdos. Además, la proporción de conchas de caracoles zurdos varía mucho entre regiones. Según las estadísticas, el 27% de las 446 especies de caracoles en Turquía son zurdos, el 16% de las 330 especies de caracoles en Europa central y occidental son zurdas y 345 especies de caracoles al este de las Montañas Rocosas en los Estados Unidos. Los estados son diestros. Entonces, si vives en el este de los Estados Unidos, no tienes que esforzarte para encontrar caracoles zurdos.
La asimetría de apariencia aquí no es inconsistente con la relación entre la simetría izquierda-derecha y el movimiento mencionada anteriormente, porque estas asimetrías de apariencia son solo ligeramente diferentes, al igual que la antena de un automóvil está ubicada en un lado determinado. En realidad no afecta el movimiento. Sin embargo, los gasterópodos con cuerpos marcadamente asimétricos simplemente se mueven lentamente.
La polarización de los ejes izquierdo y derecho añade más información a la estructura del cuerpo y también crea nuevos problemas. En el artículo anterior hablamos de la polarización del eje ventro-dorsal. La polarización del eje izquierda-derecha parece tener un mayor "contenido técnico" porque antes de que aparezca el eje ventro-dorsal, el embrión es cilíndricamente simétrico. Al igual que una botella de cerveza con solo un eje boca a boca, si queremos poner una etiqueta en su costado, llamamos a este lado la parte posterior, entonces la etiqueta será la misma en cualquier dirección, es decir, será aleatoria. . Pero la polarización de los ejes izquierdo y derecho no puede ser aleatoria, su dirección debe ser fija. Por ejemplo, el corazón siempre está del lado izquierdo y el hígado siempre del lado derecho. Estos rasgos están determinados por los genes. Las mutaciones en algunos genes relacionados pueden provocar una distribución anormal de los órganos internos. Según las estadísticas, uno de cada 8.000 recién nacidos supervivientes sufre una distribución anormal de los órganos internos. La mayoría de estas anomalías del desarrollo van acompañadas de defectos fisiológicos graves. Sólo cuando los órganos internos crezcan hasta convertirse en imágenes especulares no habrá defectos. Esta imagen especular exacta ocurre sólo una vez en aproximadamente 20.000 nacimientos vivos. Se estima que la proporción real puede ser mayor porque estos individuos no tienen defectos significativos y son fácilmente pasados por alto.
El desarrollo asimétrico izquierda-derecha de los embriones siempre ha sido un misterio fascinante. Hoy en día, los científicos han descubierto decenas de genes relacionados con el desarrollo asimétrico. De ellos, Nodal es quizás el más notable de los últimos años. Nodal pertenece a la familia del factor de crecimiento transformante β (TGF-β) y su efecto sobre el desarrollo asimétrico izquierda-derecha se ha verificado en vertebrados como ratones, pollos y Xenopus. En los embriones de estos animales, la proteína Nodal se expresa específicamente y funciona en el lado izquierdo, y la eliminación del gen Nodal provoca trastornos asimétricos del desarrollo. Además, los investigadores también descubrieron el papel de las proteínas homólogas nodales en los cordados primitivos, ascidias y equinodermos. Curiosamente, Nodal actúa en el lado derecho de los embriones de erizo de mar. Dado que tanto los equinodermos como los cordados son metazoos, la gente naturalmente quiere saber si existen genes homólogos de Nodal en los protozoos. A principios de este año, un artículo de investigación en Nature informó sobre el papel de la proteína homóloga de Nodal en el desarrollo asimétrico de los caracoles. Los científicos del laboratorio de UC Berkeley eligieron un caracol diestro y otro zurdo para estudiar. Descubrieron que Nodal se expresaba específicamente en el lado derecho de los embriones de caracol diestros, mientras que Nodal se expresaba en el lado izquierdo de los embriones de caracol zurdos. Este interesante estudio avanza la historia de Nodal, al menos antes de que los animales y los animales se separaran.
Sin embargo, la investigación sobre el desarrollo de la polarización del eje izquierda-derecha es aún muy preliminar. Ahora sabemos que las diferencias en la expresión genética entre los lados izquierdo y derecho del embrión deben deberse a diferencias anteriores. Es como un dominó, cada dominó se mueve debido a la colisión del dominó anterior. Y la gente aún no sabe dónde está la primera ficha de dominó.
De la discusión anterior, sabemos que la primera ficha de dominó no puede caer al azar; de lo contrario, aproximadamente la mitad de los corazones de las personas crecerán en el lado derecho. Entonces, ¿cómo saben nuestros embriones cuál es el lado izquierdo y cuál el derecho? Ya sabes, izquierda y derecha son sólo convenciones de la gente, y casi no hay diferencia física entre los dos. Aunque la ley de no conservación de la paridad existe en física, no parece haber evidencia de la contribución de las interacciones débiles en las actividades de la vida. Quizás esta pregunta sea una buena noticia para los creyentes en Dios. Pueden decir que la primera ficha de dominó fue derribada por la mano de Dios, y sólo él tenía esta habilidad. Sin embargo, sabemos que las causas de todos los fenómenos de la naturaleza sólo pueden encontrarse en la naturaleza.
Aunque la mayoría de las leyes de la física siguen siendo válidas después de la transformación del espejo, la asimetría es muy común en las reacciones bioquímicas. Si una molécula de una sustancia no puede ser una imagen especular de sí misma como nuestra mano, la llamamos molécula quiral. Las moléculas quirales tienen dos isómeros que se reflejan en espejo, al igual que la relación entre la mano izquierda y la derecha, y las reacciones bioquímicas normalmente sólo "conocen" uno de ellos. Por ejemplo, la glucosa que nos aporta energía es diestra (forma D), mientras que los aminoácidos utilizados para sintetizar proteínas (a excepción de la glicina, que no tiene quiralidad) son zurdos (forma L). Esto parece proporcionar una manera para que los organismos diferencien entre izquierda y derecha. Por supuesto, esto no significa que las reacciones bioquímicas no cumplan con las leyes físicas. En principio, podemos rotar todas las moléculas quirales del organismo una por una al mismo tiempo, y las actividades vitales pueden continuar como de costumbre (la tecnología actual aún no es posible). Sin embargo, los organismos vivos no necesitan preocuparse por la simetría de las leyes físicas, siempre que puedan distinguir izquierda y derecha en sus propios cuerpos. Es como si vivieras en China o Estados Unidos, puedes enseñarle a tu bebé que "el lado del auto con el volante es el lado izquierdo", aunque en realidad esto no es "científico" porque en algunos países, el volante La rueda del coche está en el lado derecho.
Podemos imaginar que si se presiona una molécula de L-alanina en el centro del cuerpo de manera que su grupo carboxilo apunte al lado ventral de la boca y el grupo metilo apunte al lado ventral de la boca , entonces su grupo amino apunta al lado ventral de la boca, el lado izquierdo de la espalda, los átomos de hidrógeno se refieren al lado derecho de la espalda. Después de todo, es un poco extraño decidir a izquierda y derecha jugando con una molécula de aminoácido, pero las moléculas grandes en los seres vivos, como las proteínas, los ácidos nucleicos y los polisacáridos, también son quirales y también pueden formar complejos más grandes, como como los cromosomas, y en El citoesqueleto juega un papel importante en la morfología celular y el transporte de material intracelular. Si los usamos para distinguir izquierda y derecha, sería mucho más "realista". Por supuesto, este modelo es actualmente solo una hipótesis, y hay otros modelos, todos los cuales se encuentran en la etapa de hipótesis. En resumen, todavía queda un largo camino por recorrer para resolver el misterio de la asimetría izquierda-derecha.
¿También crees que el fenómeno de la simetría izquierda-derecha y de la asimetría izquierda-derecha es sorprendente?
(Autor: Intron, Doctor en Bioquímica y Biología Molecular)