|
|
Большая Советская Энциклопедия (цитаты)
|
|
|
|
|
Модели (в биологии) | Модели (далее М) в биологии применяются для моделирования биологических структур, функций и процессов на разных уровнях организации живого: молекулярном, субклеточном, клеточном, органно-системном, организменном и популяционно-биоценотическом. Возможно также моделирование различных биологических феноменов, а также условий жизнедеятельности отдельных особей, популяций и экосистем.
В биологии применяются в основном три вида М (в биологии): биологические, физико- и математические (логико-математические). Биологические М (в биологии) воспроизводят на лабораторных животных определенные состояния или заболевания, встречающиеся у человека или животных. Это позволяет изучать в эксперименте механизмы возникновения данного состояния или заболевания, его течение и исход, воздействовать на его протекание. Примеры таких М (в биологии) - искусственно вызванные генетические нарушения, инфекционные процессы, интоксикации, воспроизведение гипертонического и гипоксического состоянии, злокачественных новообразований, гиперфункции или гипофункции некоторых органов, а также неврозов и эмоциональных состояний. Для создания биологической М (в биологии) применяют различные способы воздействия на генетический аппарат, заражение микробами, введение токсинов, удаление отдельных органов или введение продуктов их жизнедеятельности (например, гормонов), различные воздействия на центральную и периферическую нервную систему, исключение из пищи тех или иных веществ, помещение в искусственно создаваемую среду обитания и многие другие способы. Биологические М (в биологии) широко используются в генетике, физиологии, фармакологии.
Физико- М (в биологии) воспроизводят физическими или средствами биологические структуры, функции или процессы и, как правило, являются далеким подобием моделируемого биологического явления. Начиная с 60-х гг. 19 в. были сделаны попытки создания физико- М (в биологии) структуры и некоторых функций клеток. Так, немецкий ученый М (в биологии) Траубе (1867) имитировал рост живой клетки, выращивая О4 в водном растворе К4(е(С)6): французский физик С. Ледюк (1907), погружая в насыщенный раствор К3РО4 сплавленный СаСl2, получил - благодаря действию сил поверхностного натяжения и осмоса - структуры, внешне напоминающие водоросли и грибы. Смешивая оливковое масло с разными растворимыми в воде веществами и помещая эту смесь в каплю воды, О. Бючли (1892) получал микроскопические пены, имевшие внешнее сходство с протоплазмой; такая М (в биологии) воспроизводила даже амебоидное движение. С 60-х гг. 19 в. предлагались также разные физические М (в биологии) проведения возбуждения по нерву. В М (в биологии), созданной итальянским ученым К. Маттеуччи и немецким - Л. Германом, нерв был представлен в виде проволоки, окруженной оболочкой из проводника второго рода. При соединении оболочки и проволоки с гальванометром наблюдалась разность потенциалов, изменявшаяся при нанесении на участок "нерва" электрического "раздражения". Такая М (в биологии) воспроизводила некоторые биоэлектрические явления при возбуждении нерва. Французский ученый Р. Лилли на М (в биологии) распространяющейся по нерву волны возбуждения воспроизвел ряд явлений, наблюдаемых в нервных волокнах (рефрактерный период, "все или ничего" закон, двустороннее проведение). М (в биологии) представляла собой стальную проволоку, которую помещали сначала в крепкую, а затем в слабую кислоту. Проволока покрывалась окислом, который восстанавливался при ряде воздействий; возникший в одном участке процесс восстановления распространялся вдоль проволоки. Подобные М (в биологии), показавшие возможность воспроизведения некоторых свойств и проявлений живого посредством физико- явлений, основаны на внешнем качественном сходстве и представляют лишь исторический интерес.
Позднее более сложные М (в биологии), основанные на гораздо более глубоком количественном подобии, строились на принципах электротехники и электроники. Так, на основе данных электрофизиологических исследований были построены электронные схемы, моделирующие биоэлектрические потенциалы в нервной клетке, ее отростке и в синапсе. Построены также механические машины с электронным управлением, моделирующие сложные акты поведения (образование условного рефлекса, процессы центрального торможения и пр.). Этим М (в биологии) обычно придают форму мыши, черепахи, собаки (см. рис. 1-3). Такие М (в биологии) также слишком упрощают явления, наблюдаемые в организме, и имеют большее значение для бионики, чем для биологии.
Значительно большие успехи достигнуты в моделировании физико- условий существования живых организмов или их органов и клеток. Так, подобраны растворы неорганических и органических веществ (растворы Рингера, Локка, Тироде и др.), имитирующие внутреннюю среду организма и поддерживающие существование изолированных органов или культивируемых вне организма клеток (см. Культуры тканей).
М (в биологии) биологических мембран (пленка из природных фосфолипидов разделяет раствор электролита) позволяют исследовать физико- основы процессов транспорта ионов и влияние на него различных факторов. С помощью реакций, протекающих в растворах в автоколебательном режиме, моделируют колебательные процессы, характерные для многих биологических феноменов, - дифференцировки, морфогенеза, явлений в сложных нейронных сетях и т. д.
Математические М (в биологии) (математическое и логико-математическое описания структуры, связей и закономерностей функционирования живых систем) строятся на основе данных эксперимента или умозрительно, формализованно описывают гипотезу, теорию или открытую закономерность того или иного биологического феномена и требуют дальнейшей опытной проверки. Различные варианты подобных экспериментов выявляют границы применения математической М (в биологии) и дают материал для ее дальнейшей корректировки. Вместе с тем "проигрывание" математического М (в биологии) биологического явления на ЭВМ часто позволяет предвидеть характер изменения исследуемого биологического процесса в условиях, трудно воспроизводимых в эксперименте. Математическая М (в биологии) в отдельных случаях позволяет предсказать некоторые явления, ранее не известные исследователю. Так, М (в биологии) сердечной деятельности, предложенная голландскими учеными ван дер Полом и ван дер Марком, основанная на теории релаксационных колебаний, указала на возможность особого нарушения сердечного ритма, впоследствии обнаруженного у человека. Из математической М (в биологии) физиологических явлений следует назвать также М (в биологии) возбуждения нервного волокна, разработанную английскими учеными А. Ходжкином и А. Хаксли. На основе теории нервных сетей американских ученых У. Мак-Каллока и У. Питса строятся логико-математические модели взаимодействия нейронов. Системы дифференциальных и интегральных уравнений положены в основу моделирования биоценозов (В. Вольтерра, А. Н. Колмогоров). Марковская математическая М (в биологии) процесса эволюции построена О. С. Кулагиной и А. А. Ляпуновым. И. М (в биологии) Гельфандом и М (в биологии) Л. Цетлиным на основе теории игр и теории конечных автоматов разработаны модельные представления об организации сложных форм поведения. В частности, показано, что управление многочисленными мышцами тела строится на основе выработки в нервной системе некоторых функциональных блоков - синергий, а не путем независимого управления каждой мышцей. Создание и использование математических и логико-математических М (в биологии), их совершенствование способствуют дальнейшему развитию математической и теоретической биологии.
Лит.: Мрование в биологии. Сб. ст., пер. с англ., М (в биологии), 1963; Новик И. Б., О моделировании сложных систем, М (в биологии), 1965; Кулагина О. С., Ляпунов А. А., К вопросу о моделировании эволюционного процесса, в кн.: Проблемы кибернетики, в. 16, М (в биологии), 1966; М структурно-функциональной организации некоторых биологических систем. (Сб. ст.), М (в биологии), 1966; Математическое моделирование жизненных процессов. Сб. ст., М (в биологии), 1968; Теоретическая и математическая биология, пер. с англ., М (в биологии), 1968; Мрование в биологии и медицине, Л., 1969; Бейли Н., Математика в биологии и медицине, пер. с англ., М (в биологии), 1970; Управление и информационные процессы в живой природе, М (в биологии), 1971; Эйген М (в биологии), Молекулярная самоорганизация и ранние стадии эволюции, "Успехи физических наук", 1973, т. 109, в. 3.
Е. Б. Бабский, Е. С. Геллер.
|
Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска
|
|
 |
 |
 |
|
|
|
Новости 22.12.2024 21:19:55
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
