10.1. Зеркальная симметрия в живой природе.
Когда мы начали искать материал о зеркалах в живой природе, мы в первую очередь узнали о том, что на основе зеркального отражения построено большинство объектов живого мира, так как именно принцип зеркального отражения лежит в основе симметрии.
Прежде всего, мы познакомились с основными понятиями теории симметрии. Какие тела обычно считают равными? Такие, которые совершенно одинаковы, или, точнее, которые при взаимном наложении совмещаются друг с другом во всех своих деталях, как, например, два лепестка на рисунке 1, а. Однако в теории симметрии помимо такого совместимого равенства выделяют еще два вида равенства — зеркальное и совместимо-зеркальное. При зеркальном равенстве левый лепесток рисунка 1, б можно точно совместить с правым лепестком, лишь отразив его предварительно в зеркале. Если же два тела можно совместить друг с другом как до, так и после отражения в зеркале, это совместимо-зеркальное равенство. Лепестки на рисунке 1, в равны друг другу и совместимо и зеркально.
Но наличия одних равных частей в фигуре еще недостаточно, чтобы признать фигуру симметричной: на рисунке 1, г лепестки венчика цветка расположены хаотично, незакономерно и фигура несимметрична, внизу на рисунке 1, д лепестки расположены однообразно, закономерно и венчик симметричен. Такое закономерное, однообразное расположение равных частей фигуры относительно друг друга и называют симметрией.
Рис. 1. Пары лепестков: а — совместимо равные; б — зеркально равные; в — и совместимо и зеркально равные. Фигуры из пяти лепестков: г — расположенных относительно друг друга хаотично; д — закономерно. Верхняя фигура асимметричная, нижняя — симметричная.
Равенство и однообразие расположения частей фигуры выявляют посредством операций симметрии. Операциями симметрии называют повороты, переносы, отражения и их комбинации. Под поворотами понимают обычные повороты вокруг оси на 360°, в результате которых равные части симметричной фигуры обмениваются местами, а фигура в целом раз совмещается с собой. Ось, вокруг которой происходит поворот, называется простой осью симметрии (п). Это название не случайное, так как в теории симметрии различают еще и сложные оси различного рода. Число совмещений фигуры с самой собой при одном полном обороте вокруг оси (п) называется порядком оси. На рисунке 2 изображены объекты, которые имеют лишь одну простую ось симметрии того или иного порядка. Такой вид симметрии называется осевой или аксиальной.
Рис. 2. Аксиальная симметрия: а — медуза аурелия инсулинда; б — детская вертушка; в — молекула химического соединения. При повороте этих фигур на 360о равные части фигур совпадут друг с другом соответственно 4, 4, 6 раз.
Под отражениями понимают любые зеркальные отражения — в точке, линии, плоскости. Воображаемая плоскость, которая делит фигуры на две зеркальные половины, называется плоскостью симметрии. Каждая из изображенных на рисунке 3 фигур — рак, бабочка, лист растения — обладает лишь одной плоскостью симметрии, делящей ее на две зеркально равные части. Поэтому данный вид симметрии в биологии называется двусторонней или билатеральной.
Рис. 3. Двусторонняя, или билатеральная, симметрия. Через середины фигур — рака, бабочки, листа растения — проходит плоскость симметрии, делящая каждую из фигур на две зеркальные половины.
Рис. 4. Радиальная симметрия: а—цветок растения; б — гидромедуза клиция; в — схема четырех плоскостей симметрии, проходящих через фигуры а и б. Они имеют одну ось симметрии четвертого порядка и четыре пересекающиеся плоскости отражения.
На рисунке 4 изображены тела, обладающие уже не одной, а четырьмя плоскостями симметрии, пересекающимися на оси четвертого порядка. Симметрию таких тел можно обозначить так: 4*т. Цифра 4 здесь означает одну ось симметрии четвертого порядка, a m — плоскость, точка — знак пересечения четырех плоскостей на этой оси. Общая формула симметрии таких фигур записывается в виде п * т, где символ оси, т — символ плоскости; может быть равно 1, 2, 3, ... В биологии симметрия п * т называется радиальной (из-за целого веера пересекающихся на оси плоскостей). Понятно, что билатеральная симметрия — частный случай радиальной, так как в этом случае т = 1 * т.
Объекты, симметрия которых исчерпывается лишь простыми (круговыми), или (и) переносными (трансляционными), или (и) винтовыми осями симметрии, называются диссимметрическими, т. е. расстроенной симметрии. К таким объектам относятся и тела аксиальной симметрии. От всех остальных объектов диссимметрические отличаются, в частности, очень своеобразным отношением к зеркальному отражению. Если тело речного рака (рис. 3) после зеркального отражения совсем не изменяет своей формы, то аксиальный цветок анютиных глазок (рис. 9), асимметрическая винтовая раковина моллюска, кристалл кварца, асимметрическая молекула после зеркального отражения изменяют свою фигуру, приобретая ряд противоположных признаков. Так, винтовая раковина брюхоногого моллюска, расположенного перед зеркалом, закручена слева вверх направо, а зеркального — справа вверх налево и т. д.
Еще оказывается, в химии органических веществ существует явление оптической или зеркальной изомерии, когда молекулы веществ отличаются друг от друга как отражения в зеркале, но это нам показалось совсем сложным и мы оставили найденные по теме материалы для дополнения своего проекта в будущем – в 9 или в 10 классе.
10.2. Чешуя аквариумных рыб – зеркало на поверхности.
Кроме зеркальной симметрии в мире живых существ, нам удалось обнаружить нескольких представителей рыб, обладающих зеркальной чешуей.
10.2.1. Зеркальный карп, шпигелькарп.— Cyprinus specularis, С. rex. cyprinorum L.
|
Карп | ||||||||||||||
Карп
| ||||||||||||||
|
Научная классификация | ||||||||||||||
| ||||||||||||||
|
Латинское название | ||||||||||||||
|
Cyprinus carpio Linnaeus, 1758 |
Так называется очень красивая разновидность европейского карпа, покрытая необычайно крупной, оригинальной, наподобие блесток, чешуей. Чешуя эта изжелта-серебряного, похожего на так называемый нейзильбер, или польское серебро, цвета, окаймлена широкой коричневой каймой, которая очень рельефно выделяет ее на теле и придает ей вид маленьких полулунных зеркалец, откуда, вероятно, произошло и само название рыбы. В особенности же похожа чешуя на зеркальца у крупных карпов, у которых она достигает иногда двух вершков длины и вершка ширины. Чешуя эта сплошь покрывает тело очень редко; большей же частью расположена отдельными, разбросанными там и сям кучками и, так как она очень слабо сидит на коже, то часто отпадает, оставляя на теле бледно-желтые пятна, которые вновь чешуей уже никогда не покрываются и способствуют еще большей пестроте рыбки. Чешуя эта так плохо держится на теле, что каждый раз, как карп выскочит из аквариума или даже сильно ударится о скалу, у него отпадает одна или две чешуйки. Слабее всех сидят чешуйки на боках; спинные же отпадают лишь от очень сильного удара.
Что касается до общего фона тела, то он изжелто-грязно-оливковый с металлическим медно-золотистым отливом, а плавники все пепельно-серые, исключая заднепроходного и нижней половины хвостового, которые у взрослых экземпляров грязно-кроваво-красного цвета, такого цвета, как будто кто их обмакнул в разбавленную водой кровь.
Тело зеркального карпа, которого немного кормят, чрезвычайно красиво, но теряет всю свою прелесть, как скоро давать ему есть вволю, так как в таком случае он быстро жиреет, принимает эллипсоидальную форму и растет так быстро, что через год-два становится совершенно непригодным для небольшого аквариума.
Зеркальный карп — рыба речная, германская, водится в Дунае, Рейне, но любит также и стоячую воду с илистым дном. В прудах Шарлотенбурга есть зеркальные карпы, которым более 100 лет. Карпы эти совершенно ручные и собираются в час кормления по звонку.
В аквариуме зеркальные карпы живут прекрасно, но вскоре становятся очень опасны для мелкой рыбы, до которой они крайне лакомы. Другое неудобство содержания шпигель-карпов в аквариуме — это страсть их рыться в грунте, что производит сильную муть, в особенности, если аквариум давно не чищен. Делают это они при малейшем позыве к голоду, и потому, для предотвращения этой неприятности, следует их кормить как можно чаще и притом преимущественно из рук, чтобы им не приходилось поднимать червей со дна.
Особенно же прожорливы становятся эти карпы весной и осенью. Тогда они положительно не дают пощады никому и ничему. Горе тому растению, которое пришлось им по вкусу (или которое они даже просто только попробовали): все съедят до корня. И особенно странно то, что они выбирают всегда одно только какое-нибудь растение и, раз выбрав его, других уже не трогают. Зеркальные карпы замечательны также своей живучестью.
В больших воздушных бассейнах зеркальные карпы размножаются довольно легко, но в комнатных аквариумах лишь в том случае, если эти последние очень крупных размеров и если карпы перед тем, как быть помещены в аквариум, всю зиму провели в пруду или в большом бассейне на воздухе. 
Аквариум для разведения карпов должен быть не столько глубок (не глубже 5—6 вершков), сколько по возможности обширен и засажен сильно разветвляющимися водяными растениями, на листья которых и выметывается икра. В случае недостатка этих растений их можно заменить брошенными в воду ветками хвойных, преимущественно можжевельника. Выметанную икру вынимают и вместе с ветками помещают в сосуды с чистой водой. В остальном, за карпами необходим тот же уход, как и за золотой рыбкой.
10.2.2. Тетра зеркальная, грими (Hyphessobrycon griemi)
Семейство Харациновые (Characidae).
Тетра зеркальная (тетра грими) обитает в стоячих и медленно текущих водах Бразилии (штат Гояс). В Европу впервые была завезена в 1956 году, в Россию - в 1959.
Тетра зеркальная обладает умеренно высоким и уплощенным по бокам телом. Боковая линия неполная. Имеется жировой плавник. Хвостовой - двухлопастной. Основной фон туловища тетры зеркальной - коричневый. Передняя часть тела от жаберных крышек и до уровня первых лучей спинного плавника серебристо-белая. Задняя часть туловища, в возбуждении состоянии, окрашивается в темно-красный цвет. На боку, на желтоватом фоне, расположено блестящее голубое пятнышко ограниченное двумя вертикально вытянутыми пятнами темного цвета (переднее выражено немного слабее). Хвостовой и непарные плавники красноватые. Половые отличия: самец мельче и интенсивнее окрашен, чем самка; по наружному краю анального плавника у самца проходит серебристо-белая полоска; у самки лишь кончик плавника белый. Тетра зеркальная вырастает в длину до 4 см.
Тетра зеркальная подвижная, стайная и миролюбивая рыбка, пользующаяся у аквариумистов большой популярностью. Тяжело переносит резкие изменения условий содержания в аквариуме. Держится в средних слоях воды.
Тетру зеркальную можно содержать в небольшом аквариуме длиной от 40 см с зарослями растений (в том числе и плавающими растениями, создающими тенистые места) и свободным местом для плавания. Грунт темный. Освещение слабое, рассеянное. Параметры воды для правильного содержания тетры зеркальной: жесткость 4-8°, рН 6.0-7.0, температура 23 - 25°С (при температуре ниже 20°С окраска рыб бледнеет). Необходима фильтрация (желательно торфяным фильтром либо добавлять в воду торф), аэрация и подмена до 20 % объема воды не чаще 1 раза в 3 недели.
Тетра зеркальная употребляет в пищу живой корм, дополнительно растительный и заменители. В природе питается различными мелкими водными животными и падающими на поверхность воды насекомыми.
Для разведения тетры зеркальной необходим аквариум от 40 литров со слабым, рассеянным освещением, установленным в светлое место. На дно укладывают сепараторную сетку с мелколиственными растениями (например, яванский мох). Параметры воды для разведения тетры грими: воду готовят за неделю до нереста (берут 8 л дистиллированной воды и 2 л кипяченой, затем добавляют 2 капли соляной кислоты и 5-6 капель торфяного экстракта), жесткость до 7°, рН 6.0-6.8, температура 23 - 25°С, уровень воды 12-15 см. В течение недели производителей (двух самок и 4-5 самцов) держат раздельно и хорошо кормят разнообразным живым кормом. Нерест проходит обычно утром. Самка мечет от 200 до 350 мелких, клейких икринок коричневого цвета. После нереста производителей удаляют, затемняют аквариум и понижают уровень воды до 8-10 см. Инкубационный период при температуре 26°С длится 1-2 суток. После того как через 4-5 дней мальки начинают плыть, аквариум освещают, включают слабую аэрацию, удаляют погибшую икру и личинок (пользуясь пипеткой или шлангом) и дают стартовый корм - инфузорий, коловраток и желток вареного куриного яйца. Через 3-5 дней после начала кормления можно добавлять циклопную «пыль» и науплиусов артемии. Резко переводить молодь на новые виды кормов не желательно. Следует постепенно заменять или добавлять в рацион новые продукты: резаный трубочник или мотыль, коретру, сухие комбинированные корма растительного происхождения (но не более 10 % веса суточного рациона).
Половой зрелости тетра зеркальная достигает в возрасте в 8-12 месяцев.
10.3. Строение глаз домашней кошки – зеркало
за сетчаткой.
А представители семейства кошачих вообще используют зеркало, «встроенное в глаза», для повышения остроты зрения.
Кошка наряду со многими домашними животными, но в отличие от человека, обладает отражающим слоем блестящей ткани (tapetum) , расположенным непосредственно за сетчаткой глаза.
Его действие заключается в том, что лучи света, вошедшие в глаз кошки и проникшие на сетчатку, раздражающие тем самым нервные окончания, отражаются немедленно на те же самые нервные окончания. Следовательно, каждый луч света оказывает двойное раздражающее воздействие конкретного нервного окончания, создавая определенный тип интенсификации образа.
Свет отражается от ткани tapetuma и опять попадает в световосприимчивую зону сетчатки.
Получается, что свет проходит через сетчатку дважды, а это значит, что изображение, которое получает животное, будет в два раза ярче и четче. В результате зрение у кошки как минимум в шесть раз острее, чем наше. Поэтому кошка видит в таких темных местах, где человек вообще ничего не может различить. Кроме того, зеркальная ткань tapetum отражает попавший на нее свет по принципу зеркала. Отражаемый свет заставляет глаза кошек сверкать в темноте.
II. Практическая часть.
1. Получение зеркальной поверхности в условиях химической лаборатории.
Зеркальную поверхность в условиях школьной химической лаборатории можно получить реакцией «серебряного зеркала». Для ее проведения мы наливали в чистую колбу на 1/4 объема 2%-й раствор нитрата серебра, затем добавляли по степенно раствор аммиака до тех пор, пока об разующийся вначале осадок не растворится в его избытке. К образующемуся раствору мы добавляли осторожно по стенке 0,5-1 мл формалина и поме щали колбу в стакан с горячей водой.
Вскоре в колбе образовалось красивое «серебря ное зеркало».
2. Экспертиза зеркал или как надолго сохранить зеркальную поверхность.
Правильный уход за зеркалами.
• Зеркала боятся сырости и солнца. Яркие сол нечные лучи не должны падать прямо на зеркало.
• Зеркало лучше всего вытирать сухой мягкой тряпкой, а один-два раза в месяц протирать не ос тавляющей волокон полотняной тряпкой, смочен ной уксусом. Зеркало будет блестеть, если в воде, в которой его моют, развести немного синьки. Можно также протирать зеркало настоем чая.
• Зеркало, засиженное мухами, лучше всего протереть разрезанной луковицей, вымыть хо лодной водой. Нашатырный спирт применять не следует.
• Если задняя сторона зеркала ничем не защи щена, ее нельзя вытирать сырой тряпкой, нужно осторожно, чтобы не поцарапать, стереть или смести с нее пыль.
• Зеркало быстро портится, если нахо дится в помещении с повышенной влажностью. Для продления срока службы зеркала следует создать герметическую прослойку между ним и рамой. Для этого зеркало вынимают из рамы, а на пазы намазывают тонкий слой стеклянной замазки. После чего зеркало ставят на прежнее место и осторожно придавливают. Избыток за мазки разравнивают по пазу, а зеркало укрепляют в раме гвоздиками без шляпок. Затем сверх защит ного слоя, имеющегося на оборотной стороне зер кала, наносят еще два слоя масляного лака. Второй слой наносят после высыхания первого.
• Одеколон легко снимает с зеркал мельчайшие капельки лака для волос.
• Для лучшей сохранности зеркал, находящихся в ванной и других влажных помещениях, надо сма зывать обратную сторону (амальгаму) составом из растопленного воска и скипидара в соотноше нии 1:2.
Заключение.
Как показали наши исследования, нас всех окружает мир зеркал. Мы привыкли к нему. Мы спокойно смотрим в зеркало по утрам, поправляем прическу и улыбаемся своему отражению. Мы познаем себя, мы идентифицируем себя, сравниваем себя с другими людьми – и делаем это с помощью зеркала.
Истинктивно мы боимся разбить зеркало и стараемся не смотреться в него, если оно треснуло…Магический мир зеркал, , приборов на основе зеркальных систем – калейдоскоп загадок и тайн…
Работая над проектом, мы заглянули в Зазеркалье лишь через узенькую щелочку, попытавшись объединить разрозненные факты о зеркалах из различных областей знаний. Но сколько загадок и проблем осталось неохваченными! Нам очень хотелось бы узнать о воздушных зеркалах и их роли в образовании миражей, об эффектах зеркальной галереи Версаля и самим попробовать увидеть будущее в зеркальном коридоре из свечей на святочных гаданиях. Жаль, что нельзя объять необъятное.
Возможно, в старших классах мы вернемся к теме зеркал, чтобы дополнить свой проект новыми фактами и исследованиями. А может, нас заинтересует что-то иное. Но ясно одно – проект позволил нам не только узнать много нового из различных областей знаний, но и дал нам возможность приобрести новые навыки в использовании компьютера. Мы научились планировать свою работу, проводить анализ литературы, строить эксперименты, наблюдать и делать выводы.
Литература.
-
Ю.Н. Кукушкин. Что мы знаем о химии? – М.: Высшая школа, 1993. -
С.И. Венецкий. О редких и рассеянных. Рассказы о металлах. – М.: Металлургия, 1981. -
Г.В. Лисичкин, в.И. Бетанели Химики изобретают. – М.: Просвещение, 1990. -
Б.Д. Степин, Л.Ю. Аликберова. Книга по химии для домашнего чтения. – М.: Химия, 1994. -
А. Зоннерфельд. Вогнутые зеркала. – М. – Л., 1995. -
Д.Д. Максутов. Астрономическая оптика. – М. – Л., 1086. -
В.М. Винокуров. Химические методы серебрения зеркал. – М.; 1989. -
И. Глюк. И все это делают зеркала. – М., 1999. -
Энциклопедия для детей «Аванта +» Физика. М., Аванта +, 2000. -
Все обо всем. Популярная энциклопедия для детей. – М., Ключ – С, 1998.
.
<предыдущая страница