Perhosten siipien taidokkaat kuviot ovat yksi esimerkki bilateraalisesta symmetriasta.

Symmetria on biologiassa ruumiinosien tai muotojen tasapainoinen sijoittelu keskipisteen tai akselin ympäri. Toisin sanoen koko, muoto ja suhteellinen sijainti jakolinjan toisella puolella peilaa kokoa, muotoa ja suhteellista sijaintia toisella puolella.

Luonnossa on kolme perustyyppiä symmetriaa: pallomainen, säteittäinen tai kahdenvälinen. Useimpien monisoluisten eliöiden ruumiinrakenteissa on jokin näistä muodoista. Pienellä vähemmistöllä ei ole symmetriaa (ne ovat epäsymmetrisiä).

Symmetria kuvastaa lähinnä järjestystä. Huolimatta siitä, että on äärettömän paljon enemmän tapoja rakentaa epäsymmetrinen keho kuin symmetrinen, vain harvoilla eläimillä on epäsymmetrinen ruumiinrakenne (Than 2005). Kahdenvälinen symmetria on niin yleistä – ja fossiiliset todisteet osoittavat, että se oli vakiintunut eläimiin jo 500 miljoonaa vuotta sitten – että monet tutkijat ovat sitä mieltä, ettei se voi olla sattumaa (Than 2005). Tutkijat tunnustavat myös, että esineen symmetria liittyy sen esteettiseen viehättävyyteen ja että ihmiset ovat erityisen kiinnostuneita symmetriasta.

Biologiassa symmetria on likimääräistä. Esimerkiksi kasvien lehdet, vaikka niitä pidetäänkin symmetrisinä, vastaavat harvoin täsmälleen toisiaan, kun ne taitetaan kahtia. Lisäksi symmetria voi viitata vain ulkoiseen muotoon eikä sisäiseen anatomiaan.

Sfäärinen symmetria

Volvox aureus

Sfäärisessä symmetriassa mikä tahansa esineen keskipisteen kautta kulkeva taso jakaa muodon kahteen identtiseen puolikkaaseen, jotka ovat toistensa peilikuvia. Tällaiset esineet ovat pallon tai pallon muotoisia. Esimerkiksi pyöreä pallo on pallosymmetrinen.

Luonnossa pallosymmetriaa esiintyy monien koloniaalisten levien, kuten Volvoxin, ulkoisessa muodossa.

Radiaalinen symmetria

Radiaalisessa symmetriassa kaikki keskipisteakselin (yleensä pystysuora) kautta kulkevat tasot jakavat muodon kahteen identtiseen puolikkaaseen, jotka ovat toistensa peilikuvia. Tällaisella muodolla on selvät päät (yleensä ylä- ja alapää), ja kaikki sen pituusakselin (keskipisteen kautta kulkeva viiva päästä päähän) kautta kulkevat tasot luovat kaksi samanlaista puoliskoa (Towle 1989).

Merianemoni

Tällaiset eliöt muistuttavat piirakkaa, jossa useat leikkuutasot tuottavat suunnilleen samanlaisia paloja. Säteittäisen symmetrian omaavassa organismissa ei ole vasenta tai oikeaa puolta. Niillä on vain ylä- ja alapinta.

Säteissymmetriset eliöt: Useimmat radiaalisymmetriset eläimet ovat symmetrisiä akselin suhteen, joka ulottuu suupinnan, joka sisältää suun, keskipisteestä vastakkaisen eli aboraalisen pään keskipisteeseen. Tämä symmetriatyyppi soveltuu erityisesti istuville eläimille, kuten merianemoneille, kelluville eläimille, kuten meduusoille, ja hitaasti liikkuville organismeille, kuten meritähdille (ks. säteittäisen symmetrian erityismuodot). Nilviäisten (cnidaria) ja piikkinahkaisten (echinodermata) heimoihin kuuluvilla eläimillä on radiaalinen symmetria ainakin jonkin aikaa niiden elinkaaren aikana. Piikkinahkaisiin kuuluvilla merikurkkuilla on aikuisina kahdenvälinen symmetria.

Kasvit, joilla on säteittäinen symmetria: Monet kukat, kuten voikukat ja narsissit, ovat säteittäissymmetrisiä (tunnetaan myös nimellä aktinomorfinen). Suunnilleen samanlaiset terälehdet, verholehdet ja heteet esiintyvät säännöllisin väliajoin kukan keskipisteen ympärillä.

Säteissymmetrian erikoismuodot

Tetramerismi: Monilla meduusoilla on neljä sädekanavaa ja niillä on siten tetramerinen sädesymmetria.

Pentamerismi:

Merisiili

Tämä säteittäisen symmetrian muunnos (jota kutsutaan myös pentaradiaaliseksi ja pentagonaaliseksi symmetriaksi) järjestää suunnilleen yhtä suuret osat keskiakselin ympärille 72°:n etäisyydelle toisistaan. Piikkinahkaisten suvun jäsenet (kuten meritähdet) järjestävät osat muotojen akselin ympärille. Esimerkkejä ovat Pentaspheridae, Euchitoniidae-suvun Pentinastrum-sukujen ryhmä ja Cicorrhegma (Circoporidae). Muiden piikkinahkaisten tavoin merisiileillä on viisinkertainen symmetria (pentamerismi). Viisikulmainen symmetria ei ole ilmeinen satunnaisella silmäyksellä, mutta se on helposti nähtävissä siilin kuivatusta kuoresta. Kukkivat kasvit osoittavat viisinkertaista symmetriaa useammin kuin mikään muu muoto.

Noin 1510-1516 jKr. Leonardo da Vinci totesi, että monissa kasveissa kuudes lehti seisoo ensimmäisen lehden yläpuolella. Tämä järjestely tuli myöhemmin tunnetuksi 2/5-fyllotaksiana, järjestelmänä, jossa viiden lehden toistot esiintyvät kahdella akselin kierroksella. Tämä on yleisin kaikista lehtien sijoittelumalleista.

Bilateraalinen symmetria

Bilateraalisessa symmetriassa (jota kutsutaan myös tasosymmetriaksi) vain yksi taso (jota kutsutaan sagittaalitasoksi) jakaa organismin suunnilleen peilikuvamaisiin puolikkaisiin (vain ulkoisen olemuksen suhteen). Näin ollen kyseessä on likimääräinen heijastussymmetria. Usein näitä kahta puoliskoa voidaan mielekkäästi kutsua oikeaksi ja vasemmaksi puoliskoksi, esim. jos kyseessä on eläin, jonka pääliikesuunta on symmetriatasossa. Esimerkkinä voisi olla lentokone, jonka keskipisteen kautta kärjestä pyrstöön kulkeva taso jakaisi koneen kahteen yhtä suureen osaan (ulkopinnalla).

Suuri osa eläimistä on bilateraalisesti symmetrisiä, myös ihminen, ja ne kuuluvat ryhmään Bilateria. Vanhin tunnettu kahdenkeskinen eläin on Vernanimalcula. Bilateraalinen symmetria mahdollistaa virtaviivaisuuden, suosii keskushermokeskuksen muodostumista, edistää kefalisaatiota (hermokudoksen ja aistielinten keskittyminen päähän) ja edistää aktiivisesti liikkuvia eliöitä, yleensä pään suuntaan. Bilateraalista symmetriaa esiintyy hyönteisillä, hämähäkeillä, matoilla ja monilla muilla selkärangattomilla sekä se on osa selkärankaisia.

Kukat, kuten orkideat ja makeat herneet, ovat bilateraalisesti symmetrisiä (tunnetaan myös nimellä zygomorfinen). Useimpien kasvien lehdet ovat myös kaksipuolisesti symmetrisiä.

Asymmetria

Eläimistä vain yhdessä ryhmässä on todellista epäsymmetriaa, Porifera-suvussa (sienet).

Radiata ja Bilateria

Kahdessa taksonomisessa osastossa, Radiata- ja Bilateria-luokissa, symmetriaa käytetään osana määritteleviä ominaisuuksia. Radiata ja Bilateria ovat taksonin Eumetazoa (kaikki suuret eläinryhmät sieniä lukuun ottamatta) haaroja.

Sädesymmetriset eläimet (Radiata) ovat Eumetazoa-alaryhmän sädesymmetrisiä eläimiä. Termillä Radiata on ollut erilaisia merkityksiä luokittelun historiassa. Sitä on sovellettu piikkinahkaisiin, vaikka piikkinahkaiset kuuluvat Bilateria-heimoon, koska niillä on kehitysvaiheissaan kahdenvälinen symmetria. Thomas Cavalier-Smith määritteli vuonna 1983 Radiata-nimisen alaryhmän, joka koostuu Porifera-, Myxozoa-, Placozoa-, Cnidaria- ja Ctenophora-suvuista eli kaikista eläimistä, jotka eivät kuulu Bilateriaan. Lynn Margulisin ja K. V. Schwartzin viiden valtakunnan luokitus pitää Radiatassa vain Cnidaria ja Ctenophora.

Vaikka säteittäinen symmetria ilmoitetaan tavallisesti Radiatan ominaispiirteeksi, nilviäisten vapaana uivilla planulan toukilla on molemminpuolinen symmetria, kuten myös joillakin aikuisilla nilviäisillä. Ctenoforat osoittavat biradiaalista symmetriaa, mikä tarkoittaa, että niiden taustalla on bilateraalinen symmetria, toisin kuin nilviäisten täydellinen radiaalinen symmetria. Tärkein kehoakseli, joka kulkee suun ja niiden aistielimen, statokystan, välillä, joka sijaitsee täsmälleen vastapäätä suuta, tarjoaa säteittäisen symmetrian. Tätä symmetriaa rikkovat pintapuolisesti olentojen alaosassa kaksi lonkeroa ja yläosassa useisiin kanaviin jakautunut ruoansulatuskammio. Alempi symmetria siirtyy ylemmästä yhdeksänkymmentä astetta pyöreämmäksi, jolloin muodostuu epäsymmetria eli biradiaalinen muoto.

Bilateria, jolla on bilateraalinen symmetria, on eläinten alaryhmä (pääryhmä), joka käsittää suurimman osan fyloista; merkittävimmät poikkeukset ovat sienet ja nilviäiset. Suurimmaksi osaksi Bilateria-heimon ruumiit kehittyvät kolmesta eri itukerroksesta, joita kutsutaan endodermiksi, mesodermiksi ja ektodermiksi. Tästä johtuen niitä kutsutaan triploblastisiksi. Lähes kaikki ovat kahdensuuntaisesti symmetrisiä tai suunnilleen symmetrisiä. Merkittävin poikkeus ovat piikkinahkaiset, jotka ovat aikuisina säteittäissymmetrisiä, mutta toukkina kaksipuolisesti symmetrisiä. Bilateria-heimossa on kaksi tai useampia superfyylejä (päälinjoja). Deuterostomeihin kuuluvat piikkinahkaiset, hemichordatat, chordatat ja mahdollisesti muutamat pienemmät heimot. Protostomeihin kuuluu suurin osa lopuista, kuten niveljalkaiset, annelidat, nilviäiset, litteät madot ja niin edelleen.

• Luria, S. A., S. J. Gould ja S. Singer. 1981. A View of Life. Menlo Park, CA: The Benajamin/Cummings Publishing Co. ISBN 0-8053-6648-2.
• Heads, M. 1984. Principia Botanica: Croizatin panos kasvitieteeseen. Tuatara 27(1): 26-48.
• Than, K. 2005. Symmetria luonnossa: Fundamental Fact or Human Bias Live Science.com. Haettu 23. joulukuuta 2007.
• Towle, A. 1989. Modern Biology. Austin, TX: Holt, Rinehart and Winston. ISBN 0-03-013919-8.