Биологические системы

К настоящему времени накоплено множество данных по проявлению золотого сечения в физических и биологических системах. Установлены ранее неизвестные связи золотого сечения со свойствами различных объектов, проявляющихся в физических свойствах воды, громкости и частоты звука, спектре видимого света, физико-механических свойствах твердых тел, физиологических функциях организма и т.п. [53-56]. [c.74]

Свойство диссипации энергии на самом-то деле привычно нам, даже исходя из обыденного опыта, и оно чрезвычайно важно. Внезапные физические нагрузки заставляют наш организм работать в более интенсивном режиме. При этом происходит накачка в него энергии за счет сжигания пищи, аналогичная подаче дополнительной порции топлива при резком разгоне автомобиля. Как только нагрузка прекращается, скажем, мы пробежали стометровку и отдыхаем, организм включает механизмы диссипации дополнительной энергии, подведенной при беге. Сердечные мышцы начинают сокращаться все медленнее, кровь насыщается кислородом, замедляются реакции обмена. Если бы не было механизма диссипации, подобная накачка энергии приводила бы биологические системы к смерти вскоре после их рождения. [c.101]

Согласно синергетической версии общебиологической теории старения, этот процесс является выражением определенных общесистемных закономерностей. Из этого следует, что применительно к биологическим системам процесс старения неразрывно связан с сущностью явления жизни и общими механизмами обеспечения жизнеспособности. [c.235]

Второе начало неприменимо не только ко Вселенной. С ограничениями второго начала термодинамики мы встречаемся, по-видимому, и в живых организмах. В биологических системах — в мире живых существ — наряду с вытекающим из второго начала стремлением всех упорядоченных процессов переходить в беспорядочные (тепловые), действует и противоположная тенденция, направленная на развитие и стабилизацию высокого уровня организации в течение жизни организма и обеспечивающая преобладание высокоорганизованных сложных форм движения материи над их стремлением к переходу в беспорядочное тепловое движение. [c.157]

Современные машины состоят из десятков и сотен тысяч отдельных деталей, и все это должно надежно функционировать в течение заданного периода времени. Оценка их надежности, представляет серьезную проблему, поскольку сложная система обладает специфическими свойствами, особенно, если ее структура, назначение и система управления приближаются к биологическим системам (кибернетические системы). [c.176]

Некоторые виды излучений, которые в природе не встречаются и обязаны своим происхождением деятельности человека, представляют интерес, поскольку оказывают воздействие на биологические объекты. Например, продукты деления урана и плутония, которые содержатся в высокорадиоактивных отходах переработки отработавшего реакторного топлива или в выпадениях после испытаний ядерного оружия, могут оказывать значительное воздействие на биологические системы, так как обладают радиоактивностью и по своим химическим свойствам ничем не отличаются от стабильных изотопов тех же элементов, входящих в состав этих систем. [c.333]

В последние годы получило право гражданства еще одно направление в науке, очень важное, как оказалось, и для дальнейшего совершенствования производства. Речь идет о бионике, занимающейся изучением биологических объектов в интересах инженерного дела. Между радиоэлектронными и биологическими системами часто можно усмотреть глубокую аналогию. Особенно это проявляется в системах, связанных с получением, преобразованием, передачей и хранением информации. Заимствование от живой природы методов осуществления этих функций приведет к еще большему изменению радиотехнических конструкций и приданию им совершенного нового вида и качества. [c.421]

Особенно важное значение, имеет проблема построения обучающихся моделей в задаче моделирования биологических систем, где сложность системы и недостаточность количественных сведений являются скорее правилом, чем исключением. С другой стороны, построение таких моделей имеет большое значение как в задаче оценки состояния биологической системы, так и в выработке оптимальных планов управления биологической системой (например, управление системой аппарат искусственного [c.94]

Естественно, что все, о чем говорилось выше, относится к любой технической или биологической системе выходящая за определенный отрезок времени энергия W должна быть равна входящей W7. В каждую из них, разумеется, нужно включить все потоки энергии независимо от их вида. Кроме того, в общем случае нужно учесть и накопление (или расходование) внутренних запасов энергии b.U [c.88]

Эта книга содержит результаты изучения простейших типов концентрационных колебаний, возникающих в химических н биологических системах. [c.5]

Некоторые примеры систем с химическими реакциями будут рассмотрены в главе VI. В связи с приведенными выше соображениями небезынтересно отметить, что при рассмотрении процессов в биологических системах часто необходимо учитывать протекание их в несколько этапов, каждый из которых почти обратим. В этом случае уравнение (5.21) удовлетворяется (см. [35]). [c.76]

Диффузионный поток 51 Биологические системы 43, 45, Диффузия 51-53, 62, 86-88 [c.156]

В последнее время большой интерес и значение приобретают так называемые мембранные явления [1—5]. Они связаны с переносом ионов и растворителя через пористые и ионообменные тела и прилегающие среды (расплавы, растворы, газовые среды), а также с сопутствующими процессам переноса химическими реакциями. Большая селективность процессов в мембранах дает возможность использовать их во многих отраслях промышленности. Среди таких применений следует отметить очистку воды для теплоэнергетических установок, концентрирование различных химических соединений и т.п. [6]. К области мембранных явлений относятся также электрохимические и каталитические процессы, происходящие в топливных элементах [7]. Изучение мембранных явлений имеет также большое значение для понимания процессов в биологических системах [1—3]. [c.269]

Зерно (семя) как и живая биологическая система дышит с момента образования зиготы в течение всего периода формирования и последующего своего существования. Дыхание — процесс экзотермический, и следовательно, зерновка в результате физиологических функций генерирует тепло со времени появления эмбриона. [c.76]

Повышающаяся жизнедеятельность зародыша при увлажнении играет серьезную роль в переносе массы из эндосперма в зону зародыша (всасывание влаги с растворенными веществами). Биохимические процессы в зерне и его зародыше, разыгрывающиеся при гидротермической обработке, тесно связаны с одновременно развивающимися теплофизическими явлениями. Естественно, что биохимические процессы в зерне — живой биологической системе — являются ведущими, основными, а теплофизические явления — сопутствующими, обслуживающими его жизненные функции. [c.76]

Как отмечалось ранее, в пластически деформируемых кристаллах в широком интервале температур и деформаций с удалением от термодинамического равновесия наблюдается образование субструктур дефектов, например, ячеистой дислокационной структуры на II—стадиях упрочнения. В целом ПД кристаллов, контролируемая, в частности, кинетикой популяций дефектов, является эволюционным процессом [171]. Следует отметить, что понятие эволюции весьма общее. "Поскольку ни в физических, ни даже в биологических системах не заложено внутреннее стремление к самоорганизации, далеко не каждый эволюционный процесс подразумевает самоорганизацию (например, эволюция к равновесному состоянию в физике, деградация в результате неблагоприятных мутаций в биологии). Таким образом, самоорганизация — лишь один из возможных [c.102]

Эволюция неравновесных систем связана с цикличностью развития процесса с характерной общностью иерархии циклов объект — внешняя среда. В физических и биологических системах иерархия "запоминающих устройств" обеспечивает стабильность и изменчивость системы [15, 383]. Такие устройства имеют различное время запоминания и реализации накопленной информации, обеспечивающей цикличность и стадийность процессов на различных масштабных уровнях. В биологии и демографии известны циклы, порождающие пространственные волны (структуры) в виде смены поколений. В основе механизма их возникновения лежит циклический характер размножения живых организмов. [c.238]

Автор работ по термодинамической теории структур и самоорганизации в неравновесных системах И. Р. Пригожин установил, что некоторые открытые системы при переходе от равновесных условий к условиям, далеким от равновесных, становятся неустойчивыми, и их макроскопические свойства радикально меняются. Такими свойствами обладают многие биологические системы, причем во всех случаях существует, видимо, термодинамический порог самоорганизации, четко разграничивающий класс равновесных структур и класс структур, называемых диссипативными, возникающих лишь при больших отклонениях от равновесия. [c.42]

Известно, что биологические системы обладают способностью к самовосстановлению и могут работать десятки лет без износа. [c.269]

Речные воды — сложные физико-химические и биологические системы с непостоянными свойствами. Наряду с сезонными колебаниями солесодержания заметно изменяется pH воды, что зависит в основном от содержания СО2 (зимой pH воды имеет значение от 6,8 до 7,7, летом — от 7,6 до 8,8). [c.33]

В настоящее время неравновесная статистическая механика является одним из наиболее активно развивающихся разделов теоретической физики. Она применяется для исследования явлений, начиная с микроскопических масштабов, изучаемых в ядерной физике, вплоть до космических масштабов, рассматриваемых в астрофизике, к процессам в системах, состоящих из небольшого числа частиц, и к процессам в многочастичных системах с очень сложным поведением, и даже к биологическим системам. Традиционными областями приложения неравновесной статистической механики остаются кинетическая теория, релаксационные процессы, гидродинамика, химические процессы и другие проблемы. В последнее время статистическая физика обогатилась такими новыми понятиями, как динамическая неустойчивость, хаотическое поведение систем, самоорганизация и т. д. Особую роль в прогрессе неравновесной статистической механики сыграли новые возможности компьютерной техники. С другой стороны, недавние экспериментальные исследования ультракоротких процессов в сильных внешних полях и систем с хаотическим поведением поставили новые проблемы перед теорией. [c.10]

Термодинамический контроль системы при переходе от локальной к глобальной адаптации структуры системы со сменой типа обратной связи определяет взаимосвязь критических параметров в точках перехода. Именно эти информационные свойства заложены в биосистемах, позволяющие биологическим системам создавать сложные продукты с непревзойденной точностью, эффективностью и скоростью. [c.12]

Принцип самоуправления в биологических системах с кумулятивной обратной связью определяет закон эволюции живых организмов, способных не только адаптироваться к окружающей среде, но изменять эту среду так, чтобы ее характеристики в наибольшей степени соответствовали их возможностям существования. Все эти функции выполняет нервная система. Видим, что в открытых системах роль энтропии в эволюции системы отличается от ее роли в закрытых системах, так как сама энтропия может выступать как источник информации. [c.32]

Наряду с фазовыми кинетическими переходами II рода во многих физических и биологических системах реализуются неравновесные фазовые переходы I рода. Простейшая бифуркационная диаграмма для фазового перехода такого типа представлена на рисунке 1.9, б. Бифуркационные диаграммы для неравновесных фазовых переходов I рода характеризуются существованием ветви решения, которое претерпевает бифуркацию в критической области и является частью петли гистерезиса (см. рисунок 1.9, б). Когда внешний параметр X достигает значения Х = Х , в системе возникает подкритическая бифуркуа- [c.41]

Применительно к биологически системам устаноплецо подобие протекающих процессов. Показано, что при функционировании биосистемы прюцессы роста и деградацнм при исключении независимой переменной протекают при пропорциональности завяскмых переменных подобным образом. [c.233]

В-третьих, даже у систем н машин одинакового конструктивного оформления кал<дый экземпляр имеет индивидуальные черты. Незначительные вариации свойств отдельных элементов сказываются на выходных параметрах системы. Подобно биологическим системам и-для техническ их устройств можно высказать следующее пололчение чем сложнее система, тем большими индивидуальными особенностями она обладает. Это положение весьма важно и для разработки методов испытания сложных систем. Однако сложные системы обладают и такими свойствами, которые положительно влияют на их надежность. [c.177]

Популярность биологического метода энергосбережения все больше возрастает среди экологов и, возможно, к счастью, также среди инженеров-практиков. В развивающихся странах существуют проблемы нехватки дров, опасности обезлесивания и трудности, связанные с лесовозобновлением, а также сложности в устройстве плантаций быстрорастущих пород для использования в качестве топлива или для производства спирта. Непал можно привести в качестве страны, бедной энергетическими ресурсами, где использование отходов может сыграть значительную роль. В более крупной стране — Индии — начинают понимать, что при сжигании навоза земля лишается ценных удобрений, в то время как путем производства метана из биомассы можно получить как топливо, так и удобрения. Интерес к подобным биологическим системам непрерывно возрастает. Как уже упоминалось, некоторые специалисты считают, что внедрение подобных схем следует проводить не путем инструктирования или помощи со стороны правительства, а путем развязывания инициативы на местах. [c.215]

Периодические процессы в биологических системах известны человечеству с незапамятных времен. Колебания в ходе химических реакций были впервые обнаружены в прошлом веке при изу- чении окисления паров фосфора, углеводородов, СО (Сальников, 1949), а также прк исследовании реакций на границе металл — раствор (Hedges, Myers, 1926 Шемякин, Михалев, 1938). Последняя группа колебательных реакций сразу была использована длй [c.5]

Для того чтобы возникли колебания численности, необходимо чтобы хотя бы один из компонентов системы размножался,— требо вание, выполняющееся в любой естественной биологической системе Переменными могут быть численности paanbix видов животных или различных возрастных групп. Численности животных, находящихся в различном физиологическом состоянии, также могут рассматриваться как различные переменные (например, сытые и голодные хищники). [c.18]

Я не имею возможности вдаваться сейчас в вопросы теории бифуркаций и ее различные аспекты, например в теорию катастроф, разработанную Томом [10]. Эти вопросы обсуждены в недавно опубликованной монографии Николиса и Пригожина [8]. Я не стану также перечислять примеры когерентных структур, уже обнаруженных в химических и биологических системах. Много таких структур описано в упоминавшейся выше монографии [8]. [c.138]

Применение описанной выше методики вольт-амперных характеристик открывает новые возможности в исследовании различных свойств мембран и ионообменников и непосредственно связано с промышленным применением мембран и исследованием мембранных явлений в биологических системах. [c.275]

Комплексообразователи широко используются в процессах, когда необходимо удалить или замедлить осаждение катиона металла из водного раствора. Эти соединения могут использоваться в следующих случаях поверхностно-активные и моющие составы в текстильной промышленности, очистка металла и удаление окалины, полировка металла, для производства пластиков и резины, при производстве бумаги при обработке нефтяных скважин, как хелатообразователи в биологических системах. Важным свойством этих соединений является их способность связывать Fe (II). При обводнении нефтяного пласта использованную воду, содержащую некоторое количество Fe (II) и HjS, часто смешивают со свежей водой. Если эти несовместимые воды смешивать, то образуется осадок Ре5,который может закупорить водопроницаемый слой в "нагнетательной" скважине. Другой функцией хелато-образующих соединений является способность предотвращать гелеобразование и выпадение осадков гидроксидов железа в скважине и в вытекающей отработанной воде. Следующие примеры показывают методь приготовления этих соединений. [c.80]

Существует множество бактерий и грибков, способных существовать в с 5еде органических углеводородных материалов, Все биологические системы, в том числе микроорганизмы, получают энергию за счет окислительных процессов, поэтому развитие микроорганизмов на поверхности уплотнений вызывает интенсивные окислительные процессы при умеренных температурах (18 —40°С, оптимально при 28 —32°С). Эти процессы дополняют химическое окисление материала, которое происходит по всему объему и интенсифицируется при увеличении температуры. [c.201]

Детерминированный хаос характеризуется наличием периодического процесса, траектория которого воспроизводится, т.е. после повторения начального состояния вновь воспроизводится одна и Та же траектория, независимо от ее сложности. Это позволяет по параметрам одного из периодов повторения траектории прогнозировать будущее. Однако при этом необходимо учитывать свойства равновесных и неравновес-ных систем. Неравновесные открытые системы допускают новые структурные состояния. Диссипативные системы независимо от вида устойчивости вызывают уменьшение фазового объема во времени до нуля. Так что диссипативная система может переходить в упорядоченное состояние в результате неустойчивости предыдущего неупорядоченного состояния. Первоначально устойчивая диссипативная структура в процессе своей эволюции достигает критического состояния, отвечающего порогу устойчивости структуры, начинает осцилировать, а возникающие в ней флуктуации приводят к самоорганизации новой, более устойчивой структуры на данном иерархическом уровне эволюции. При этом важным является тот факт, что как и в биологических системах, переходы устойчивость - неустойчивость - устойчивость контролируются кумулятивной обратной связью. Она отличается от регулируемой извне обратной связью тем, что позволяет самоорганизовывать такую внутреннюю структуру, которая повышает степень ее организации. Таким образом, кумулятивная обратная связь за счет накопленной внутренней энергии позволяет системе осуществлять не просто обратное взаимодействие, учитывающее полученную информацию о предыдущем критическом состоянии, но и обеспечивать сохранение или повышение организованности структуры. Такой характер эволюции динамической [c.21]

Иерархическая термодинамика (макротермодинамика или структурная термодинамика) изучает сложные гетерогенные химические и биологические системы, прежде всего открытые системы, обменивающиеся со средой веществом и энергией. Согласно иерархической термодинамики подобная система представляется в виде совокупности соподчиненных подсистем, иерархически связанных расположением в пространстве (структурная или пространственная иерарх,уя) и (или) временами установления равновесия (рис. 1.8). Отмечено, что возникновение структур различных иерархий биомира позволяет ввести представления о термодинамической самоорганизации (самосборка). Г.П. Гладышев рассматривает термодинамическую самоорганизацию как процесс самосборки, т.е. самопроизвольное упорядоченное объединение структур i-й иерархии с образованием структур (i+1)-й иерархии. Процесс самосборки является неравновесным процессом типа фазового перехода [72]. Введение понятия термодинамическая самоорганизация является важным в связи с необходимостью отличать этот тип самоорганизации от динамической самоорганизации (или - просто самоорганизаций в терминологии И. Пригожина) - процесса, в ходе которого возникает, воспроизводится или совершенствуется организация динамической Системы, находящейся в состоянии, далеком от равновесия. [c.38]

С позиций иерархической термодинамики Г.П. Гладышева снимаются критические замечания [75] в адрес теории И. Пригожина необратимых процессов. Установленный Г.П. Гладь[шевым закон иерархической термодинамики позволяет выделять квазизакрытые моноиерархиче-ские системы (подсистемы) в открытых полииерархических биологических системах. Другой подход к анализу эволюции систем развит И. При-гожиным. Он рассматривает эволюцию сложных систем как иерархическую последовательность устойчивость-неустойчивость-устойчивость , представленную в виде бифуркационной диаграммы. Точки бифуркаций на этой диаграмме отвечают переходам от равновесного к неравновесному состоянию. Они контролируются потерей устойчивости симметрии системы, при достижении которой система становится открытой. Это означает необходимость учета в этих точках открытости системы, т.к. термодинамика равновесных процессов в данном случае не применима. Понимая эту ситуацию И. Пригожин ввел представления о производстве энтропии, придав таким образом энтропии информационную, а не только управляющую роль. [c.40]

Междисциплинарная мезомеханика базируется на рассмотрении деформированного твердого тела как детерминантной системь , подобной биологической системе при достижении критического состояния в точках бифуркаций, характеризующих переход от одной стадии деформации к другой. Детерминантные системы в биологии - это такие системы, для которых конечный результат детерминируется в процессе взаимодействия элементов памяти с внешними специфическими для данной системы сигналами [80]. Детерминантные системы для своего развития требуют постоянного притока энергии и вещества из окружающей среды. Это свойство и определяет открытость биологических систем. Другое свойство детерминантных систем заключается в том, что биологический объект функционирует до тех пор пока поле внешних воздействий (окружающая среда) не нарушает состояния его природного гомеостаза. Системный подход в биологии с использованием представлений о детерминантных системах позволяет описать механизмы влияния внешних воздействий на сохранение жизнеспособности системы, например, устанавливать влияние стресса на развитие патологических процессов в живом организме [80]. [c.44]

Если сопоставить поведение открытой физической системы с указанными свойствами детфминантнмх биологических систем, то можно констатировать, что процессы как в биологических системах, так ив физических системах в точках бифуркаций подобны. Этот вывод базируется на том, что [c.44]

Hbix биологических системах, позволяет описывать иерархию точек бифуркаций с предсказанием порога адаптивности системы. [c.45]

Поведение нелинейных систем с позиций синергетики выходит за пределы естествознания, так как они включают универсальность законов самоорганизации. М. Эйген [26] на основе принципов синергетики показал, что самоорганизацию материи, связанную с началом жизни, следует увязывать со случайными событиями на молекулярном уровне. С позиции традиционного понятия случайности возникновения даже одной макромолекулы с определенной последовательностью мономеров нельзя связать с возникновением упорядоченной структуры случайным образом. В синергетической интерпретации случайность несет первичную информацию (инструкцию на формирование типа структуры). Первичная информация кодирует функциональную способность сохранения или самовоспроизведения макромолекул [26]. Теория информации к объяснению свойств биологических систем была ранее успешно использована И.И.Шмальгаузеном [27]. Однако, для интерпретации эволюции биологических систем необходимо дальнейшее развитие классической теории информации. Для информационной интерпретации биологических явлений необходимо исследование информации, которая несет инструктивный характер и программирующее действие на молекулярном и надмолекулярном уровнях. Это означает, что стоит задача оценки ценности информации, а не только ее количество в битах [28]. Для того, что расширить возможности теории информации к анализу уровня эволюции биологической системы Эйген [26] ввел следующую последовательность фаз эволюции I) предбиологическая ( химическая фаза 2) фаза самоорганизации вплоть до воспроизводящихся особей 3) эволюция видов. [c.111]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...