La simetría en biología se refiere a la simetría observada en organismos , incluidas plantas, animales, hongos y bacterias . La simetría externa se puede ver fácilmente con solo mirar un organismo. Por ejemplo, tome la cara de un ser humano que tiene un plano de simetría en su centro, o una piña con un patrón de espiral simétrico claro. Las características internas también pueden mostrar simetría, por ejemplo, los tubos del cuerpo humano (responsables del transporte de gases , nutrientes y productos de desecho) que son cilíndricos y tienen varios planos de simetría.
La simetría biológica se puede considerar como una distribución equilibrada de partes o formas corporales duplicadas dentro del cuerpo de un organismo. Es importante destacar que, a diferencia de las matemáticas, la simetría en biología siempre es aproximada. Por ejemplo, las hojas de las plantas, aunque se consideran simétricas, rara vez coinciden exactamente cuando se pliegan por la mitad. La simetría es una clase de patrones en la naturaleza por la cual hay casi repetición del elemento del patrón, ya sea por reflexión o rotación .
Mientras que las esponjas y los placozoos representan dos grupos de animales que no muestran ninguna simetría (es decir, son asimétricos), los planos corporales de la mayoría de los organismos multicelulares exhiben y están definidos por alguna forma de simetría. Hay solo unos pocos tipos de simetría que son posibles en los planos corporales. Se trata de simetría radial (cilíndrica), bilateral , birradial y esférica . [1] Si bien la clasificación de los virus como "organismo" sigue siendo controvertida, los virus también contienen simetría icosaédrica .
La importancia de la simetría queda ilustrada por el hecho de que los grupos de animales han sido tradicionalmente definidos por esta característica en agrupaciones taxonómicas . Los Radiata , animales con simetría radial, formaban una de las cuatro ramas de la clasificación del reino animal de Georges Cuvier . [2] [3] [4] Mientras tanto, Bilateria es un grupo taxonómico que todavía se utiliza hoy en día para representar organismos con simetría bilateral embrionaria .
Simetría radial [ editar ]
Los organismos con simetría radial muestran un patrón repetido alrededor de un eje central, de modo que pueden separarse en varias piezas idénticas cuando se cortan a través del punto central, de manera muy similar a las piezas de un pastel. Por lo general, esto implica repetir una parte del cuerpo 4, 5, 6 u 8 veces alrededor del eje, lo que se conoce como tetramerismo, pentamerismo, hexamerismo y octomerismo, respectivamente. Tales organismos no exhiben lados izquierdo o derecho, pero tienen una superficie superior e inferior, o un frente y una parte posterior.
George Cuvier clasificó a los animales con simetría radial en el taxón Radiata ( Zoophytes ), [5] [4] que ahora se acepta generalmente como un ensamblaje de diferentes filos animales que no comparten un solo ancestro común (un grupo polifilético ). [6] La mayoría de los animales radialmente simétricos son simétricos alrededor de un eje que se extiende desde el centro de la superficie oral, que contiene la boca , hasta el centro del extremo opuesto (aboral). Los animales en los phyla Cnidaria y Echinodermata generalmente muestran simetría radial, [7] aunque muchas anémonas de mar y algunos coralesdentro de los Cnidaria tienen simetría bilateral definida por una sola estructura, el sifonoglifo . [8] La simetría radial es especialmente adecuada para animales sésiles como la anémona de mar, animales flotantes como las medusas y organismos de movimiento lento como las estrellas de mar ; mientras que la simetría bilateral favorece la locomoción al generar un cuerpo aerodinámico .
Muchas flores también son radialmente simétricas o ' actinomórficas '. Estructuras florales aproximadamente idénticas ( pétalos , sépalos y estambres ) ocurren a intervalos regulares alrededor del eje de la flor, que a menudo es el órgano reproductor femenino que contiene el carpelo , el estilo y el estigma . [9]
Subtipos de simetría radial [ editar ]
Algunas medusas, como Aurelia marginalis , muestran tetramerismo con una simetría radial cuádruple. Esto es inmediatamente obvio al mirar a la medusa debido a la presencia de cuatro gónadas , visibles a través de su cuerpo translúcido . Esta simetría radial es ecológicamente importante para permitir que las medusas detecten y respondan a estímulos (principalmente comida y peligro) desde todas las direcciones.
Las plantas con flores muestran una simetría quíntuple, o pentamerismo, en muchas de sus flores y frutos. Esto se ve fácilmente a través de la disposición de cinco carpelos (bolsas de semillas) en una manzana cuando se corta transversalmente . Entre los animales, solo los equinodermos como las estrellas de mar , los erizos de mar y los lirios de mar son pentámeros en la edad adulta, con cinco brazos dispuestos alrededor de la boca. Sin embargo, al ser animales bilaterales, inicialmente se desarrollan con simetría especular como larvas, y luego adquieren simetría pentaradial más tarde. [10]
El hexamerismo se encuentra en los corales y anémonas de mar (clase Anthozoa ) que se dividen en dos grupos en función de su simetría. Los corales más comunes de la subclase Hexacorallia tienen un plan corporal hexámero; sus pólipos tienen una simetría interna de seis veces y un número de tentáculos que es un múltiplo de seis.
El octamerismo se encuentra en corales de la subclase Octocorallia . Estos tienen pólipos con ocho tentáculos y simetría radial octamérica. El pulpo , sin embargo, tiene simetría bilateral, a pesar de sus ocho brazos.
Simetría icosaédrica [ editar ]
La simetría icosaédrica ocurre en un organismo que contiene 60 subunidades generadas por 20 caras, cada una de las cuales es un triángulo equilátero y 12 esquinas. Dentro del icosaedro hay simetría doble, triple y quíntuple . Muchos virus, incluido el parvovirus canino , muestran esta forma de simetría debido a la presencia de una capa viral icosaédrica . Esta simetría ha evolucionado porque permite que la partícula viral se construya a partir de subunidades repetitivas que consisten en un número limitado de proteínas estructurales (codificadas por genes virales ), ahorrando así espacio en el genoma viral. La simetría icosaédrica todavía se puede mantener con más de 60 subunidades, pero solo en factores de 60. Por ejemplo, el virus del achaparramiento tupido del tomate T = 3 tiene subunidades de proteína 60x3 (180 copias de la misma proteína estructural). [11] [12] Aunque estos virus a menudo se denominan "esféricos", no muestran una verdadera simetría esférica matemática.
A principios del siglo XX, Ernst Haeckel describió (Haeckel, 1904) varias especies de Radiolaria , algunos de cuyos esqueletos tienen la forma de varios poliedros regulares. Los ejemplos incluyen Circoporus octahedrus , Circogonia icosahedra , Lithocubus geometricus y Circorrhegma dodecahedra . Las formas de estas criaturas deberían ser obvias por sus nombres. La simetría tetraédrica no está presente en Callimitra agnesae .
Simetría esférica [ editar ]
La simetría esférica se caracteriza por la capacidad de dibujar un número infinito, o grande pero finito, de ejes de simetría a través del cuerpo. Esto significa que la simetría esférica ocurre en un organismo si se puede cortar en dos mitades idénticas a través de cualquier corte que atraviese el centro del organismo. La verdadera simetría esférica no se encuentra en los planos corporales de los animales. [1] Los organismos que muestran una simetría esférica aproximada incluyen el alga verde de agua dulce Volvox . [7]
A menudo se dice que las bacterias tienen una forma "esférica". Las bacterias se clasifican según sus formas en tres clases: células de cocos (forma esférica), bacilos (forma de varilla) y espiroquetas (forma de espiral). En realidad, esta es una simplificación excesiva, ya que las células bacterianas pueden ser esferoides curvas, dobladas, aplanadas, oblongas y muchas más formas. [13] Debido a la gran cantidad de bacterias consideradas cocos (coccus si es una sola célula), es poco probable que todas ellas muestren una verdadera simetría esférica. Es importante distinguir entre el uso generalizado de la palabra "esférico" para describir organismos a gusto y el verdadero significado de la simetría esférica. La misma situación se observa en la descripción de los virus: los virus 'esféricos' no necesariamente muestran simetría esférica, generalmente son icosaédricos.
Simetría bilateral [ editar ]
Los organismos con simetría bilateral contienen un solo plano de simetría, el plano sagital , que divide al organismo en dos mitades izquierda y derecha aproximadamente en un espejo: simetría de reflexión aproximada.
Los animales con simetría bilateral se clasifican en un gran grupo llamado bilateria que contiene el 99% de todos los animales (que comprende más de 32 filos y 1 millón de especies descritas). Todos los bilaterales tienen algunas características asimétricas; por ejemplo, el corazón y el hígado humanos están posicionados asimétricamente a pesar de que el cuerpo tiene simetría bilateral externa. [14]
La simetría bilateral de los bilaterales es un rasgo complejo que se desarrolla debido a la expresión de muchos genes . La bilateria tiene dos ejes de polaridad . El primero es un anterior - posterior eje (AP) que puede ser visualizada como un eje imaginario que va desde la cabeza o la boca a la cola u otro extremo de un organismo. El segundo es el eje dorsal - ventral (DV) que corre perpendicular al eje AP. [15] [1] Durante el desarrollo, el eje AP siempre se especifica antes que el eje DV. [dieciséis]
El eje AP es fundamental para definir la polaridad de la bilateria y permitir el desarrollo de un anverso y un reverso para dar dirección al organismo. La parte frontal se encuentra con el entorno antes que el resto del cuerpo, por lo que los órganos sensoriales, como los ojos, tienden a agruparse allí. Este es también el sitio donde se desarrolla la boca, ya que es la primera parte del cuerpo en encontrar comida. Por lo tanto, tiende a desarrollarse una cabeza distinta, con órganos sensoriales conectados a un sistema nervioso central. [17] Este patrón de desarrollo (con una cabeza y una cola distintas) se llama cefalización . También se argumenta que el desarrollo de un eje AP es importante en la locomoción: la simetría bilateral le da al cuerpo una dirección intrínseca y permite la racionalización para reducir la resistencia .
Además de los animales, las flores de algunas plantas también muestran simetría bilateral. Estas plantas se denominan cigomórficas e incluyen las familias de las orquídeas ( Orchidaceae ) y los guisantes ( Fabaceae ), y la mayor parte de la familia de las figwort ( Scrophulariaceae ). [18] [19] Las hojas de las plantas también suelen mostrar una simetría bilateral aproximada.
Simetría birradial [ editar ]
La simetría birradial se encuentra en organismos que muestran características morfológicas (internas o externas) de simetría bilateral y radial. A diferencia de los organismos radialmente simétricos que pueden dividirse por igual a lo largo de muchos planos, los organismos birradiales solo pueden cortarse por igual a lo largo de dos planos. Esto podría representar una etapa intermedia en la evolución de la simetría bilateral a partir de un antepasado radialmente simétrico. [20]
El grupo de animales con la simetría birradial más obvia son los ctenóforos . En ctenóforos, los dos planos de simetría son (1) el plano de los tentáculos y (2) el plano de la faringe. [1] Además de este grupo, incluso se ha encontrado evidencia de simetría birradial en el pólipo de agua dulce "perfectamente radial" Hydra (un cnidario). La simetría birradial, especialmente cuando se consideran características tanto internas como externas, es más común de lo que se consideró originalmente. [21]
Evolución de la simetría [ editar ]
Como todos los rasgos de los organismos, la simetría (o incluso la asimetría) evoluciona debido a una ventaja para el organismo: un proceso de selección natural . Esto implica cambios en la frecuencia de genes relacionados con la simetría a lo largo del tiempo.
Evolución de la simetría en plantas [ editar ]
Las plantas de floración temprana tenían flores radialmente simétricas, pero desde entonces muchas plantas han desarrollado flores bilateralmente simétricas. La evolución de la simetría bilateral se debe a la expresión de genes CYCLOIDEA . La evidencia del papel de la familia de genes CYCLOIDEA proviene de mutaciones en estos genes que provocan una reversión a la simetría radial. Los genes CYCLOIDEA codifican factores de transcripción , proteínas que controlan la expresión de otros genes. Esto permite que su expresión influya en las vías de desarrollo relacionadas con la simetría. [22] [23] Por ejemplo, en Antirrhinum majus , CYCLOIDEAse expresa durante el desarrollo temprano en el dominio dorsal del meristemo de la flor y continúa expresándose posteriormente en los pétalos dorsales para controlar su tamaño y forma. Se cree que la evolución de polinizadores especializados puede desempeñar un papel en la transición de flores simétricas radialmente a flores simétricas bilateralmente. [24]
Evolución de la simetría en animales [ editar ]
La simetría se selecciona a menudo en la evolución de los animales. Esto no es sorprendente, ya que la asimetría es a menudo una indicación de falta de aptitud, ya sea defectos durante el desarrollo o lesiones a lo largo de la vida. Esto es más evidente durante el apareamiento durante el cual las hembras de algunas especies seleccionan machos con características muy simétricas. Por ejemplo, la simetría facial influye en los juicios humanos sobre el atractivo humano. [25] Además, las golondrinas hembras , una especie donde los adultos tienen serpentinas de cola larga, prefieren aparearse con machos que tienen las colas más simétricas. [26]
Si bien se sabe que la simetría está bajo selección, la historia evolutiva de los diferentes tipos de simetría en los animales es un área de extenso debate. Tradicionalmente se ha sugerido que los animales bilaterales evolucionaron a partir de un ancestro radial . Los cnidarios , un filo que contiene animales con simetría radial, son el grupo más estrechamente relacionado con los bilaterales. Los cnidarios son uno de los dos grupos de animales primitivos que se considera que tienen una estructura definida, siendo el segundo los ctenóforos . Los ctenóforos muestran simetría birradial que lleva a la sugerencia de que representan un paso intermedio en la evolución de la simetría bilateral a partir de la simetría radial. [27]
Las interpretaciones basadas únicamente en la morfología no son suficientes para explicar la evolución de la simetría. Se proponen dos explicaciones diferentes para las diferentes simetrías en cnidarians y bilateria. La primera sugerencia es que un animal ancestral no tenía simetría (era asimétrico) antes de que los cnidarios y bilaterales se separaran en diferentes linajes evolutivos . La simetría radial podría haber evolucionado entonces en los cnidarios y la simetría bilateral en los bilaterales. Alternativamente, la segunda sugerencia es que un antepasado de cnidarios y bilaterales tenía simetría bilateral antes de que los cnidarios evolucionaran y se volvieran diferentes al tener simetría radial. Se están explorando ambas posibles explicaciones y la evidencia continúa alimentando el debate.
Asimetría [ editar ]
Aunque la asimetría se asocia típicamente con no ser apta, algunas especies han evolucionado para ser asimétricas como una adaptación importante . Muchos miembros del filo Porifera (esponjas) no tienen simetría, aunque algunos son radialmente simétricos. [28]
| Grupo / Especies | Característica asimétrica | Beneficio adaptativo |
|---|---|---|
| Algunos búhos [29] | Tamaño y posición de las orejas | Permite al búho determinar con mayor precisión la ubicación de la presa. |
| Peces planos [30] | Ambos ojos en el mismo lado de la cabeza. | Descansar y nadar de un lado (para mezclarse con el suelo de arena del océano) |
| El cíclido que se alimenta de escamas Perissodus microlepis [31] | Asimetría de boca y mandíbula | Más eficaz para eliminar las escamas de sus presas. |
| Humanos [32] [33] [34] | Mano y asimetría interna de los órganos, por ejemplo, el pulmón izquierdo es más pequeño que el derecho | La mano es una adaptación que refleja las asimetrías del cerebro humano. La asimetría interna contribuye al posicionamiento y generación de un sistema funcional. |
Cabeza de un pico cruzado masculino que muestra el pico superior e inferior asimétrico
Una platija de invierno , un tipo de pez plano, con ambos ojos en la parte superior de la cabeza.
Los cangrejos ermitaños tienen garras de diferentes tamaños
Un caracol romano y su concha helicoidal
Chicoreus palmarosae , un caracol de mar, que ilustra la asimetría que se observa en todos los gasterópodos en forma de concha helicoidal
Una babosa roja , mostrando claramente el neumostoma.
Los machos de caribú suelen poseer una ceja aplanada en forma de pala [35]
Rompiendo la simetría [ editar ]
La presencia de estas características asimétricas requiere un proceso de ruptura de simetría durante el desarrollo, tanto en plantas como en animales. La ruptura de la simetría ocurre en varios niveles diferentes para generar la asimetría anatómica que observamos. Estos niveles incluyen expresión génica asimétrica, expresión de proteínas y actividad de las células.
Por ejemplo, la asimetría de izquierda a derecha en mamíferos se ha investigado ampliamente en los embriones de ratones. Tales estudios han llevado a apoyar la hipótesis del flujo nodal. En una región del embrión denominada nodo hay pequeñas estructuras similares a pelos ( monocilios ) que giran juntas en una dirección particular. Esto crea un flujo unidireccional de moléculas de señalización que hacen que estas señales se acumulen en un lado del embrión y no en el otro. Esto da como resultado la activación de diferentes vías de desarrollo en cada lado y la consiguiente asimetría. [36] [37]
Gran parte de la investigación de la base genética de la ruptura de la simetría se ha realizado en embriones de pollo. En embriones de pollo, el lado izquierdo expresa genes llamados NODAL y LEFTY2 que activan PITX2 para señalar el desarrollo de estructuras del lado izquierdo. Considerando que, el lado derecho no expresa PITX2 y, en consecuencia, desarrolla estructuras del lado derecho. [38] [39] Un camino más completo se muestra en la imagen al costado de la página.
Para obtener más información sobre la ruptura de simetría en animales, consulte la página de asimetría de izquierda a derecha .
Las plantas también muestran asimetría. Por ejemplo, la dirección del crecimiento helicoidal en Arabidopsis , la planta modelo más comúnmente estudiada, muestra ser zurda. Curiosamente, los genes involucrados en esta asimetría son similares (estrechamente relacionados) a los de la asimetría animal; tanto LEFTY1 como LEFTY2 juegan un papel. Al igual que en los animales, la ruptura de la simetría en las plantas puede ocurrir a nivel molecular (genes / proteínas), subcelular, celular, tisular y de órganos. [40]
Ver también [ editar ]
Estructuras biológicas [ editar ]
- Posición anatómica estándar
- Términos anatómicos de movimiento
- Términos anatómicos del músculo
- Términos anatómicos del hueso
- Términos anatómicos de la neuroanatomía
- Glosario de términos botánicos
- Glosario de morfología vegetal
- Glosario de morfología foliar
- Glosario de términos de entomología
- Morfología vegetal
Términos de orientación [ editar ]
- Manejo
- Lateralidad
- Adecuada derecha e izquierda adecuada
- Simetría de reflexión
- Sinistral y dextral
- Dirección (desambiguación)
- Simetría (desambiguación)
Referencias [ editar ]
Citas [ editar ]
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La insistencia de Cuvier en la integración funcional de los organismos lo llevó a clasificar a los animales en cuatro "ramas" o embranches: Vertebrata, Articulata (artrópodos y gusanos segmentados), Mollusca (que en ese momento significaba todos los demás invertebrados blandos, bilateralmente simétricos) y Radiata. (cnidarios y equinodermos).
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Fuentes [ editar ]
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- Stewart, Ian (2007). ¿Qué forma tiene un copo de nieve ? Números mágicos en la naturaleza . Weidenfeld y Nicolson.
- Thompson, D'Arcy (1942). Sobre crecimiento y forma . Prensa de la Universidad de Cambridge.
- Haeckel, Ernst , E. (1904). Kunstformen der Natur . Disponible como Haeckel, E. (1998); Formas de arte en la naturaleza , Prestel USA. ISBN 3-7913-1990-6 .
| vtmiLateralidad | |||
|---|---|---|---|
| Lado | Izquierda | Ambas cosas | Derecha |
| General | Ambidestreza | ||
| En habilidades cognitivas | Hipótesis de Geschwind-Galaburda | ||
| En el cerebro |
| ||
| En los ojos | Dominio ocular | ||
| En manos | Zurdo | Dominio cruzado | Diestro |
| Manejo en el boxeo | Postura de zurdo | Postura ortodoxa | |
| Manejo en las personas | Músicos | ||
| Manejo relacionado con |
| ||
| Medición de la mano | Inventario de manos de Edimburgo | ||
| Genética de la mano | LRRTM1 | ||
| En el corazón | Levocardia | Dextrocardia | |
| En vísceras mayores | Situs solitus | Situs ambiguus | Situs inversus |
| En pie | Footedness | ||
| Footedness en el surf | Pie regular | Pie torpe | |
