為什麼生物從單細胞進化到現在,所有動物幾乎都是左右對稱的?
謝邀。
說明:原題目是「所有生物」,後來改成了「所有動物」,所以本文首先指出植物非對稱,然後解釋動物對稱大體上來說,原來在水裡做單細胞,或者蜉蝣生物的時候,大家是可以隨便翻滾,滾來滾去,上上下下,所以,哪一面對你都一樣,這個時候,生物是全對稱的。
但是當生物開始進一步進化的時候,特別是開始到水底的時候,那麼,你就必須面對一個問題,你的四面八方,得分情況了。你的下面,接觸的是水底,你的上面接觸的是水。於是,生物開始不再全對稱了!所以這個時候,你的左右兩側是對稱的,而上下不是對稱的。比如三葉蟲,就是左右對稱,而上下/正反不對稱的這一性狀,一直在所有的生物種延續。因為,只要你不能自由的翻滾,那麼,你就必須面對一個上下不一樣的問題,無論是重力,還是陸地。所以,動物最後都走向了左右對稱,正反不對稱的局面。「從動物演化上看,這種體型主要是由於動物從水中漂浮生活進入到水底爬行生活的結果.……這種體型對動物的進化具有重要意義.因為凡是兩側對稱的動物,其體可以明顯地分出前後,左右,背腹.體背面發展了保護的功能,腹面發展了運動的功能,向前的一端總是首先接觸新的外界條件,促進了神經系統和感覺器官越來越向體前端集中,逐漸出現了頭部,使得動物由不定向運動變為定向運動,使動物的感應更為準確、迅速而有效,使其適應的範圍更廣泛.兩側對稱不僅適於游泳,又適於爬行.從水中爬行才有可能進化到陸地上爬行.因此兩側對稱是動物從水生髮展到陸生的重要條件.」
摘自《普通動物學》第三版,劉凌雲、鄭光美主編.
對稱之美
不過,關於對稱,還有一種生物學解釋,就是解釋器官對稱問題,為什麼我們只有一顆心,卻可以擁有兩個腎來買6s和6s plus。
這是因為:
從中胚層分化出來的所有組織,很多是呈軸對稱的。比如骨骼,肌肉,血管,和泌尿,生殖系統。美女來啦,高能預警,真實的對稱世界因為動物要運動。左右對稱也僅在運動能力強的動物中存在。
首先左右本身就默認是相對生物的主要運動方向來定義的。生物的身體組織是為了實現自身功能和響應外界環境而存在的。顯然因為運動的方向性,前後兩個方向面對的外界環境刺激是不同,自然大多數動物前後方向上不對稱。前方會更多得接受新的信息和物質,因此眼鏡耳朵嘴都布局在前面,而排泄器官多在後面。
然而左右兩個方向,即運動方向的兩側並不會面對不同的外界環境,左右兩側身體必需完成的功能是相同的,因此左右兩側的身體也是相同的(對稱)。
這也解釋了體內和生物運動無關的器官布局並不一定是對稱的,參考人類自身內臟。因為他們不需要面對外界環境刺激,沒必要納入運動方向這個坐標系統里。
海綿海葵這樣的固著的動物多是輻射對稱的,因為各個方向上面對的信息和刺激沒有區別。明天考動物生物學,剛好大綱里有一個,就回答一下
2、三胚層、器官分工出現
隨著渦蟲發育出了三胚層,動物開始出現了器官,對於海綿這種簡單的多細胞生物來說,海綿不需要特定的器官,所有的細胞直接從環境里吃,然後拉到環境里;對於兩胚層動物來說,也是很好解決的,吃完了直接拉到消化腔裡面,所以腔腸動物沒有區分嘴和屁眼。進化出獨立的屁眼反而需要耗費不必要的能量。對於三胚層動物來說,就開始出現較為獨立的器官了。器官的出現,是動物將一些功能交給一群較為獨立的細胞來執行,體細胞的分工加強了,比如說腎,就專門的體內的氮廢物給排出體外,但是,腎不知道那邊是裡面,那邊是外面,只往一個固定的方向排,這時候,就要開始考慮重力的束縛了,排出體腔的廢物會受重力影響向一個方向運動。小便和大便會遵循牛頓運動定律運動,在水中還好,大小便會被水沖走,但是,對於陸地生活的動物來說,他們的屁眼必須朝下,指向地面,才能保證大便不掉在頭上,好處有兩個,一是拉屎可以藉助地球重力,這個是很重要的,想像一下,如果人的屁眼和口腔對調,失禁就是嘔吐了,顯然,一旦失禁,好不容易吃進去的食物就會流失,而大便則會順流而下,回到胃部,這不利於腸道內的內容物維持單向運動,因為腸道時時刻刻在抵抗重力,不讓大便掉下來,而如果順著重力就很方便。二是大便不會掉頭上,拉完就可以走。因此,陸生的動物大多有背腹面或者頭尾部的區分,大部分有獨立的屁眼的動物,也是有背腹面的。背腹面和頭尾部的區分使得屁眼可以一直指向地面,假如背腹面或者頭尾部沒有區分,在運動中,動物很可能就會出現屁眼朝天。同理,器官分工的出現,使得器官要保持在一個相對固定的位置。最好的辦法就是重力固定,利用重力保證各個系統的位置。人體也是一樣,頭部是沒有靜脈瓣,這是因為,在正常體位下,頭部永遠比心臟要高,所以血液可以在重力作用下流回心臟。頭尾部一個指天一個向地,或者背腹面一個指天一個向地,有利於器官保持相對位置。而對於輻射對稱,這是比較困難的,轉一圈,頭就朝著地面了。所以在頭尾部,背腹面的區別出現以後,輻射對稱自然就變成左右對稱了。
所以,輻射對稱變為左右對稱的主要原因就是這兩點。為了運動,所以頭尾部開始區分,頭部的感受器固定指向運動方向,保證了運動的定向性,有效性。為了各個器官分工,各個器官的相對位置開始變得固定起來,屁眼指向重力方向方便拉屎,所以背腹面開始區分,或者頭尾部一個天一個地。對陸生動物的命運來說,屁眼不朝天是很重要的。------標------准------答------案------的------分------割------線------參考資料:湖大動物生物學課件動物生物學(第四版)陳小麟 方文珍 主編只說動物嚴格意義上,動物並不是左右對稱的,比如內臟。
實際上,左右對稱主要體現在外形,脊索、骨骼與肌肉。其非常關鍵的意義在於提供了方向性,亦即前後相比於全對稱,左右對稱使得動物的行動更加迅捷。而移動的迅捷,對於動物的重要性就…太難論證了。註:以上不是個人觀點
至於植物……題主你能說說哪些植物左右對稱了嗎?更多的是軸對稱好么……這兩種對稱在生物學還是要區分的真是問題!我猜是有利於適應三維立體環境吧,單數的視力沒有3d立體感知,單數的肢體不利於平衡。
我是題主,綜合各位特別是 @李雷@Pica pica 的答案,我是不是可以這樣理解與解釋:
大多數動物之所以進化出左右對稱的模樣,是因為在動物的生活過程中,上下因為重力的原因,所需要面對的情況是截然不同的。就像我們的祖先從海里出來,需要在陸地行走,進化出了腳一樣,而不是說在頭頂進化出腳。這與原始的浮游生物不一樣,對於它們來說,上下的情況是幾乎一致的。 而動物為什麼偏偏是左右對稱,不是左右前後軸對稱呢 , 這是因為相對於植物來說 ,動物是需要前進的 ,而前方和後方的情況雖沒有上下那麼巨大,卻還也是有區別的。 比如需要眼睛來判斷前方的障礙等等 ,這也解釋了為什麼植物和極少數不需要移動的動物大多數是軸對稱 , 因為對它們來說並沒有前後這個概念 。 於是經過一代代的基因突變與適者生存,便有了如今大多數大致為左右對稱的動物。而體內的各種器官則多半和器官由哪個部位分化而來有一定的關係。PS : 為什麼有些人老是喜歡抓特例來辯駁 ... 題目很清楚寫的 『幾乎』 。 我也沒說全部嘛 (*^__^*)應該這麼說,一個生命體,都必然分三層,外中內三層,其中三胚層是發展到一定情況出現最是合理的(外胚層,中胚層,內胚層。)
最外層是因為運動的需要最適合是對稱的。最內層是因為營養物質傳輸和消化需要按照自己的合理流線最高效的流動,不一定是對稱的。中間層為他們之間協調。如果一個生命是最內層主導的,會出現不對稱的情況。如果是最外層主導的,會出現比較更對稱情況。按照進化學說,生命為了高效性合理性,會把左右兩側的進行一個分工,比如左右大腦,手腿眼睛耳朵等等,有所側重,導致略微的不對稱。進化的結果。眼睛不對稱,看東西不方便,腿不對稱,站不穩,身體不對稱,跑起來會旋轉,這些都不利於捕食獵物,於是這些不對稱的生物都被淘汰了,剩下的大多都是對稱的了。
這個問題我喜歡,啥也不懂的小白來答,嘿嘿,就是這麼自信。(我錯了,不應該這麼驕傲,有錯請指正)
類似的問題琢磨過,比如為什麼不能進化出三個人交配的物種(三種性別),
假如世界是三種性別的社會,人類文明會是怎樣發展的? http://www.zhihu.com/question/35106537?f3fb8ead20=9891cef0637e7ece4166f79ea9154ec5
其實我們還可以問,為什麼人不能有三個眼睛各120°,為什麼不能是三個手或四個手,他們進化上有什麼劣勢?
進化選擇是生物進化的基礎,進化選擇的基礎又是什麼?
唯物辯證法告訴我們,矛盾的雙方對立又統一,推動著事物的運動,變化與發展
所以選擇進化的基礎是矛盾
這個貓和燉就是生存與繁衍。
生存的進化策略就是進攻與防守。
你以為我要寫論文,錯了!我是醬油黨
哈哈,其他請參考生物phd李雷的答案
我只指出一點
貓燉,生存繁衍,進攻防守,公母。黑白,上下,左右,前後。這裡很清晰可以看見
(同理可證,我是民科)宇宙最基本的形式就是這麼22是事物演化的起點,2也是事物演化的最重要節點。0代表沒有,1代表開始,2代表發展,3代表複雜。誰說的,老子說的(就是這麼吊)老子說道生一,一生二,二生三,三生萬物。我覺得是因為他們來自共同的兩側對稱的祖先,即使現在有些生物生活方式並不需要兩側對稱,也無法抹去祖先印記,畢竟進化不是搞設計,可以隨心所欲。古時候兩側對稱可能比輻射對稱適應能力強,所以發展起來。
犀牛算嗎,一個角
個人認為對稱性越高越省信息。比如說要是需要長四條各不相同的肢體,就需要四套「圖紙」。但是如果其中兩兩是對稱的,則可以省去一半的數據量。
為了方便全方位的移動和感知。如果不對稱總會有薄弱的地方。
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