Исследовательская работа "Симметрия у растений"
творческая работа учащихся (7 класс) по теме

Тутова Ксения

7 класс, МОУ « Лицей№5»

Руководитель: Дружинина И.И.,

учитель математики,

Горшкова Е.А.,

учитель биологии.

«Симметрия в царстве растений»

«Симметрия является той идеей

 с помощью, которой человек веками

пытается объяснить и создать порядок,

 красоту и совершенство»

Герман Вейль

В летние каникулы я прочитала книгу для детей, написанную известным американским физиком Робертом Вудом. В шутливой форме автор дает читателям рецепты, «как отличить птиц от цветов», будто бы чрезвычайно сходных между собой. На приложенных карикатурных зарисовках наглядно демонстрируется сходство вороны и крокуса, перепела и капусты, клевера и ржанки и т.д. Рассматривая эти занятные картинки, я задумалась и невольно задалась вопросом: а нет ли действительно чего-то общего в формах растений и животных? Возможно, существуют какие-то причины, придающие такое неожиданное сходство самым разнообразным телам?

Внимательно приглядимся к окружающей нас природе. Рассмотрим обыкновенный листок.

Форма его не является случайной, она строго закономерна. Листок как бы склеен из двух более или менее одинаковых половинок. Одна из этих половинок положена зеркально относительно другой. Плоскость, разделяющая листок на две зеркально равные части называется «плоскостью симметрии». Посмотрим теперь на бабочку.

Мы ее можем мысленно разделить вдоль на две зеркально равные части. Даже пятнистый узор на ее крыльях подчиняется такой геометрии. Все подчиняется такой «симметрии листка».

Целью моего  исследования явился поиск ответа на вопрос:  существует ли симметрия в царстве растений и чем она обусловлена. Для ее реализации  были сформулированы следующие задачи:

1. Познакомиться с геометрическими законами симметрии
2. Выявить причины, обуславливающие упорядоченность, пропорциональность растений.
3. Подробнее ознакомиться с отдельными частями растений и применить с начала к ним, а затем и по всему живому царству в целом понятии симметрии, как классические, так и новейшие.

Методика исследования:

1. Анализ существующей литературы по рассматриваемой проблематике (метод научного анализа).
2. Обобщение и синтез точек зрения, представленных в литературе (метод научного синтеза и обобщения).
3. Моделирование на основе полученных данных авторского видения а раскрытии поставленной проблематике (метод моделирования).
4. Проведение соответствующего опыта,  обуславливающегося   симметрию в царстве растений.

Слово «симметрия» от греческого symmetria — соразмерность. Именно она позволит охватить самые разнообразные тела с единых геометрических позиций. С точки зрения биологии существует два типа симметрии: билатеральная и радиально – лучевая.

Перейдем к знакомству с научными строго математическими понятиями, относящимися к симметрии. Прежде всего, обратимся к определению симметричной фигуры: «фигура называется симметрично, если она состоит из равных, закономерно повторяющихся частей».

Ось симметрии делит такую фигуру на две симметричные фигуры, расположенные в разных полуплоскостях определяемых осью.

С самого начала вспомним, что растения получают питательный материал из воздуха, из воды и почвы усваивая его с помощью солнечной энергии поглощающая поверхность листьев и корней должна быть достаточно велика чтобы уловить необходимое количество пищи. Эта цель достигается не только формой листьев, но и обильным ветвлением побегов и придаточных корней как бы тянущихся во все стороны за питанием. Растение, со всех сторон окруженное однородной питающей средой и не испытывающее на себе определенно направленного действия земного тяготения, должно было бы приобрести форму шара с соответственной симметрией &L & &PC (где Р – плоскость симметрии) подобные формы наблюдаются у некоторых водорослей плавающих во взвешенном состоянии внутри водоемов.

Передо мной стоит задача: по возможности подробнее ознакомиться с отдельными частями растений и применить с начала к ним, а затем и по всему живому царству в целом понятии симметрии, как классические так и новейшие.  Речь будет идти преимущественно о семенных (цветковых) растениях. Прежде всего, отметим одну из основных особенностей строения семенного растения, а именно его «полярность», которая заключается в ясно выраженном различии между основанием и верхушкой (листа) растения. С точки зрения симметрии полярность может быть охарактеризована вертикальной осью симметрии. L2  совпадающей со стволом или стеблем растения, причем разные концы оси являются неодинаковыми.

Полярность оси исключает возможность существования перпендикулярных к ней плоскостей симметрии и добавочных осей строгого порядка, а также и центра симметрии, здесь могут быть только плоскости симметрии идущие вдоль оси L2 и придающие всему растению радиально-лучевую симметрию типа  L2  и Р. Если бы,  развитие главной оси подчинялось воздействию только окружающей среды, то порядок оси достиг бы бесконечности. Всесторонний подток питания в однородных средах как, сверху так и снизу можно уподобить двум полушариям одно из них окружает растение в воздушной среде другое в почве. Она не измениться, если мы учтем воздействие поля земного тяготения,  то оси симметрии совпадают с вертикальной осью растений.

Мною была проведена исследовательская работа, цель которой выяснить причины, обусловливающие симметрию в царстве растений. В две прозрачные трубки я поместила проростки бобов. Одну трубку расположила в горизонтальном положении, а другую в вертикальном. Через неделю обнаружила, что, как только корень и стебель выросли за пределы горизонтально расположенной трубки, корень стал расти строго вниз, а стебель вверх. Я считаю, что рост корня вниз обусловлен земным притяжением; рост стебля вверх – влиянием света. Опыты, проводимые космонавтами на борту орбитальной станции в условиях невесомости, показали, что при отсутствии силы тяжести привычная пространственная ориентация у проростков нарушается. Следовательно, в условиях земного притяжения наличие симметрии позволяет растениям занять устойчивое положение.

Вывод: Чаще всего центральная симметрия встречается у цветковых и у голосеменных в листьях. У осевой симметрии наибольшее количество растений это водоросли корень  и листья), зеленые мхи (корень, стебель, листья), хвощи (корень, стебель, листья), плауны (корень, стебель, листья), папоротники (корень, листья), голосеменные и цветковые. У зеркальной симметрии встречаются такие виды растений, как плауны (стебель ,листья ), папоротники  (листья), голосеменные  (стебель, плоды ) и цветковые.

Таблица симметрий у растений

Что же является основной причиной возникновения различной симметрии у растений?

С точки зрения физики – сила тяжести.

Преодолев и продумав все изложенное на страницах моего проекта, я теперь могу утверждать; все что растет по вертикали ,то есть вверх или вниз относительно земной поверхности, подчиняется радиально-лучевой симметрии в виде веера пересекающихся плоскостей симметрии; все то что растет горизонтально или наклонно по отношению к земной поверхности подчиняется билатеральной симметрии. Так же я на практике доказала, что упорядоченность и пропорциональность растений обусловлена двумя факторами;

- земное притяжение;

- влияние света.

Выяснить причины симметрии в природе и определить тип симметрии у растений мне помогли знания из курса геометрии и физики.

Знание геометрических законов природы имеют огромное практическое значение. Мы должны не только научиться понимать эти законы, но и заставлять служить нам на пользую

О симметрия! Гимн тебе пою!

Тебя повсюду в мире узнаю

Ты в Эйфелевой башне, в малой мошке,

Ты в елочке, что у лесной дорожки.

С тобою в дружбе и тюльпан и роза

И снежный рай – творение мороза.