химический каталог




Общая биофизика

Автор М.В.Волькенштейн

ры, органоиды клетки, клетки, организмы представляют собой сложные системы, т. е. совокупности элементов, взаимодействующих друг с другом. Изучение явлений жизни исходит из исследования этих взаимодействий. Вместе с тем физическое рассмотрение сложной системы не может не основываться на изучении составляющих ее элементов, взятых порознь, вплоть до молекулярного уровня структурно-функциональной организации. Сами взаимодействия определяются природой этих элементов. Соответственно мы имеем дело с ферментом и геном, с аксоном и миофибрил-лой, с митохондрией и хлоропластом. Эти элементы более сложных систем в свою очередь представляют собой сложные системы. Анализ явлений жизни на всех уровнях организации требует подходов, коррелирующих с представлениями общей теории систем [101].

Специфические взаимодействия в биологической системе приводят к регуляции ее поведения, к поддержанию постоянных значений жизненно важных параметров у системы, достигшей взрослого состояния, и к направленной самоорганизации развивающегося организма. В биологии давно фигурирует понятие гомеостаза, означающего стационарное состояние внутренней среды. Холдейн писал: «Активное поддержание нормальной и притом специфической структуры и есть то, что мы называем жизнью; понять сущность этого процесса — значит понять, что такое жизнь» [102]. Однако, как указал Уоддингтон [103], понятие гомеостаза недостаточно. Жизненные явления имеют динамический характер, и существенна не стабилизация состояния, а стабилизация потоков. Соответственно, Уоддингтон вводит понятие гомеореза, означающего наличие стационарного состояния или стационарной замкнутой траектории на фазовом портрете открытой системы. Гомеорез поддерживается регуляционными процессами, восстанавливающими фазовые траектории при от

клонениях от них, вызванных изменениями условий. Гомеорети-ческая система — открытая система, взаимодействующая со своим окружением.

Пользуясь языком теории регулирования [104, 105], скажем, что открытая система характеризуется наличием входного и выходного сигналов. Эти понятия означают воздействие на систему и ее ответную реакцию. Закон поведения системы определяет зависимость выходной величины от входного воздействия, или сигнала. Задачи теории систем в их общей формулировке состоят в комбинировании двух известных факторов с целью нахождения третьего [104]. Эти три фактора — входная величина, закон поведения, выходная величина. Основные проблемы биофизики сводятся к нахождению структуры и законов поведения «черного ящика», т. е. биологической системы. «Черными ящиками» являются и фермент, и клетка, и организм. Инженер конструирует и строит «белый ящик» — машину, преобразующую входные сигналы в выходные в соответствии с поставленной целью. В биологии «ящики» созданы природой, а не инженером, и задача физика состоит в исследовании их внутреннего устройства и функциональности.

Регуляция, обеспечивающая поддержание гомеореза или оптимальной для жизни реакции на внешние воздействия [106], осуществляется в результате взаимодействия между входным и выходным сигналами, т. е. вследствие обратной связи. В простейшем случае регуляция поддерживает выходную величину на постоянном уровне — скажем, температуру лабораторного термостата. Простейшая регулируемая система содержит управляющее устройство, подвергающееся воздействию выходного сигнала, и объект управления, выдающий этот сигнал (см. стр. 374).

Взаимодействия в биологической системе осуществляются сильными — химическими и слабыми — межмолекулярными и другими силами (см. стр. 9). Как правило, химические реакции нелинейны. Нелинейны и слабые взаимодействия, имеющие кооперативный характер. Кооперативность всегда означает нелинейность ответа системы на входной сигнал.

Как показано выше, нелинейные системы ведут себя весьма специфически и разнообразно. Наличие множественных стационарных состояний — устойчивых и неустойчивых — определяет возможности переключения системы из одного режима в другой даже при слабых воздействиях. Таким образом, нелинейные системы обладают особыми регуляторными возможностями.

Математический аппарат теории управляющих систем есть аппарат дифференциальных уравнений. Связь между выходными у(t) и входными /(/) сигналами задается дифференциальным уравнением. Метод передаточных функций, основанный на применении преобрязования Лапласа (см. [106]), позволяет полу

чить простое феноменологическое описание систем управления. Однако линейное приближение в ряде случаев оказывается слишком грубым и не передает основные особенности системы. При исследовании нелинейных (в частности, кооперативных) систем особенно эффективен неоднократно примененный в этой главе метод фазовых портретов, позволяющий непосредственно анализировать проблемы устойчивости.

Рассмотрение организма как регулируемой системы, проводимое физико-математическими методами, представляет собой основу теоретической физиологии. В § 8.10 изложены представления, относящиеся к проблемам физиологии сердечной мышцы. Реверберационная теор

страница 165
< 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
Жилой комплекс Молочный переулок, 1
Витрина MIK Адель 2- дверная угловая,2DOORCORNERCELARET 3217
крышный вентилятор вркш-1,6в-2-3 цена
тех задание по обслуживанию чиллера

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
(28.02.2017)