химический каталог




Общая биофизика

Автор М.В.Волькенштейн

инейно.

О каком порядке идет речь, к чему может приводить нелинейность поведения системы? Прежде всего это возникновение пространственного порядка, структуры, в пространственно гомогенной системе. Но нелинейности основных соотношений ответственны и за упорядоченное поведение во времени, в частности, за незатухающие колебания системы.

В биологии мы встречаемся с тремя группами явлений, непосредственно свидетельствующих о нелинейности соответствующих процессов.

Во-первых, это периодические, колебательные, явления. На всех уровнях организации (от макромолекулярного до популя-ционного) в биологических системах происходят незатухающие колебания характеристических физических параметров — ферментативной активности, концентрации метаболитов, численности популяции и т. д.

Во-вторых, поведение клеток и организмов на всех уровнях организации подлежит регуляции и контролю, определяемым кооперативными взаимодействиями, отсутствующими в линейных системах.

В-третьих, биологическая система, начиная с клетки и кончая биосферой в целом, необратимо развивается, эволюционирует. Развитие означает возникновение новых структур, т. е. процесс существенно нелинейный.

Остановимся, прежде всего, на колебательных процессах. Можно привести весьма общие аргументы в пользу того, что биологическая система должна быть колебательной [4]. Биологические системы являются результатом длительной эволюции. Устойчивые системы за время эволюции должны были уравновеситься, стать частью среды. Напротив, неустойчивые системы за это время распались. Следовательно, лишь системы, внутреннее движение которых имеет колебательную природу, могли сохраниться.

Конечно, это лишь качественное рассуждение, и научная аргументация требует анализа временного поведения системы. Но, так или иначе, колебательные процессы чрезвычайно важны в биологии. Гудвин предпринял попытку построить универ396

ГЛ. 8. НЕЛИНЕЙНЫЕ ДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

сальную теорию внутриклеточных регуляторных процессов, исходя из рассмотрения клетки как системы химических осцилляторов [5]. Считая эти осцилляторы почти независимыми, Гудвин строит формальную статистическую механику такой системы, вводя по аналогии с обычными физическими величинами условные параметры — «таландическую температуру» и т. д. Обычные понятия термодинамики заменяются условными вследствие того, что в фазовом пространстве системы роль координат играют концентрации метаболитов, а роль скоростей — скорости реакций. Колебания возникают благодаря наличию обратных связей. Эта концепция не может быть принята. Как уже неоднократно отмечалось выше, биологическая система не является статистической, но представляет собой «химическую машину». Введение статистики по Гудвину не меняет дела, так как статистическое рассмотрение возможно лишь для большого числа независимых химических осцилляторов, для «газа», состоящего из таких осцилляторов. Но в действительности клетка есть не «газ», но «машина», и колебательные химические процессы в клетке взаимосвязаны и пространственно организованны. С другой стороны, гораздо более строгий и общий подход к рассмотрению биологических систем основывается на неравновесной термодинамике, пользующейся обычными физическими понятиями. Убедительная критика теории Гудвииа дана Молчановым [6].

Из термодинамического рассмотрения открытых систем, находящихся вдали от равновесия, следует необходимость изучения их стационарных состояний, которые могут быть множественными [7]. Необходимо исследовать устойчивость этих состояний и условия переходов между ними.

В сущности, термодинамика здесь кончается, и научная трактовка нелинейных процессов состоит в их рассмотрении, основанном не на общих термодинамических свойствах систем, но на конкретных кинетических моделях, изучаемых посредством аппарата дифференциальных уравнений. Вопрос о его применимости для биологических систем не тривиален.

«Химическая машина», вообще говоря, характеризуется не непрерывным, но дискретным набором состояний. Применение аппарата дифференциальных уравнений к такой системе означает включение дискретных состояний в некоторое непрерывное множество. Такая процедура не препятствует трактовке поведения дискретной системы, напротив, она позволяет при надлежащем выборе модели его проанализировать (см. [4]). Вместе с тем аппарат дифференциальных уравнений может оказаться недостаточным для исследования стохастических процессов, требующих применения теории вероятностей, теории цепей Маркова. Вопрос о математическом методе должен решаться от

дельно для каждого класса моделей. Само моделирование определяется не столько объектом исследования, сколько изучаемым процессом, и непосредственно зависит от шкалы времени, в которой этот процесс развивается. В любой биологической системе происходит множество нелинейных кинетических процессов, характеризуемых собственными временами.

В этой и следующей главах приведено модельное рассмотрение характерных для биологии колебательных, регуляторных и эволюционных процессов. Основным методом являетс

страница 142
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223

Скачать книгу "Общая биофизика" (4.77Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
http://help-holodilnik.ru/remont_model_237.html
ручка дверная межкомнатная на планке
бактерицидная секция wheil
своя колея 2017

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(23.09.2017)