РОЛЬ БИОФИЗИКИ В РАЗВИТИИ ВЫСШЕГО БИОЛОГИЧЕСКОГО И ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ

1

• Авторы
• Файлы
• Литература

Кутимская М.А. Бузунова М.Ю. Статья в формате PDF 329 KB Кутимская М.А., Волянюк Е.Н. Бионоосфера: учеб. пособие. - Иркутск: Иркут. ун-т., 2005. - 212 с. Кутимская М.А. Физические основы пропорциональности биологических процессов. - Иркутск: ИрГСХА, 1996. - 18 с. Кутимская М.А., Волянюк Е.Н. О возможностях применения принципов синергетики сложных систем в сельском хозяйстве // Актуальные проблемы АПК: материалы региональной научно-пpaктической конференции. - Иркутск: ИрГСХА, 2001. - С. 54-55. Кутимская М.А., Бузунова М.Ю., Учение Вавилова Н.И. и современный взгляд на сложные системы биосферы // Современные проблемы образования МИД. - 2010. - №1. - С. 94-99. Козырев Н.А. Избранные труды. - Л.: изд-во Ленингр. ун-та, 1991. - 445 с. Горский Ю.М. Системно-информационный анализ процессов управления. - Новосибирск, 1988.

Биофизическое исследование начинается с физической постановки задачи, относящейся к живой природе. Задачи биофизики, как и биологии, состоят в глубоком познании явлений жизни, что способствует улучшению качества подготовки специалистов, обеспечению в высших учебных заведениях опережающего развития фундаментальных исследований. Все это позволит студентам сформировать новый тип мышления, направленный на активные преобразования. Биофизика вносит огромный вклад в решение современных биологических и экологических проблем. Проникая в различные области биологии и экологии, она тесно взаимодействует с физикой, математикой, физической химией, философией, экономикой, социологией и т.д. Биофизика позволяет овладеть фундаментальными понятиями и логическими концептуальными схемами, хаpaктерными для науки в целом, что важно для проблемы не только фундаментальности, но и специализации высшего образования. В биофизике в настоящее время много инноваций, что позволяет не только развить творческое мышление студентов экологических, биологических и медицинских специальностей, но и научить их быстро ориентироваться в решении новых проблем. Она способствует выявлению единства в многообразии биологических явлений путем раскрытия взаимодействий, включая молекулярные, которые лежат в основе биологических процессов. Биофизика не является вспомогательным разделом биологии и физиологии. Она есть физика живой природы. Её теоретическую основу составляют биомеханика, гемодинамика, биоакустика, термодинамика, электродинамика и биоэнергетика, квантовая биофизика, теория информации, синергетика. В биофизике большое внимание уделяется физико-математическому моделированию биологических систем, а также теории, применяемых в биофизике методов исследования. Всем известно, что конечные теоретические основы любой области естествознания имеют физический хаpaктер, поскольку физика, как наука о природе, выявляет основные фундаментальные её законы. Биологическую физику можно определить как физику явлений жизни на уровне как молекул и клеток, так и биосферы, включая ноосферу [1]. В биофизике наиболее ярко проявляют себя вопросы, связанные с синергетикой, информацией, асимметрией. Так, по Вернадскому, «живой кристалл» асимметричен, т.е. имеет пятую ось, которая проходит через золотое сечение. В наших работах по прострaнcтву-времени живого [1,2] показана роль прострaнcтвенной асимметрии, золотого отношения:

 

где a - весь отрезок; x - большая часть отрезка a; a - x - меньшая часть отрезка а; а также ряда Фибоначчи в создании гармоничных форм [2]. Обращается особое внимание на резонансы волн прострaнcтва, которые возникают на частотах с коэффициентами ряда Фибоначчи: 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144..., и, благодаря которым, происходит уплотнение волн и образование вещественных форм [1, 2]. Обращается особое внимание на спираль Фибоначчи, золотое ветвление (ветка отстоит от дерева на 42°5¢, таков же раствор между пальцами рук). Исследуется формула ряда Фибоначчи (ряда размножения), по которой можно найти любой ее члeн:

где Ф = 1,618... - золотое число, полученное при делении отрезка в крайнем отношении (φ = X = 0,618... - золотое число полученное при делении отрезка в среднем отношении) [2].

В работах [3, 4] мы обратили особое внимание на закон гомологических рядов Н.И. Вавилова. Во внутривидовой наследственной изменчивости линнеевский вид подчиняется закону гомологических рядов. Под линнеонами Н.И. Вавилов понимал обособленные, подвижные морфологические системы, связанные в своем генезисе с определенной средой и ареалом.

Линнеевский вид - сложная система - это есть целое, состоящее из связанных друг с другом частей. Изменчивость в форме может быть сведена к геометрическим схемам. В работах [1, 2] мы подробно говорили о гармонической связи целого и части по принципу золотого отношения, по ряду Фибоначчи. Построенные Н.И. Вавиловым таблицы, из которых выведен закон гомологических рядов, дают возможность сравнивать их с таблицей Менделеева. В работе [1] указано, что таблица Менделеева соткана из золотых отношений. По-видимому, и в законе гомологических рядов, в котором принцип подобия и ритмичность являются основой, можно найти резонансы, связанные с золотыми числами [1].

Посредством скрещивания можно комбинировать одни признаки с другими и получать константные формы с новыми признаками, равно как в таблице Менделеева заполнять пустые клетки. В образовании новых видов, в частности, злаковых - важнейших в хозяйственном отношении семейств - на наш взгляд, одним из важных условий является бифуркационный переход из одного фазового состояния в другое. Назовем малыми бифуркационными переходами те, которые меняют второстепенные признаки растений и большими - основные, видовые признаки. Под изменчивостью понимается способность организмов приобретать новые признаки и свойства благодаря изменению молекул ДНК, в результате чего и возникает разнообразие. Спирали ДНК подчиняются принципам строения форм по золотой пропорции [4].

Ритмичность в поведении целых организмов и их частей, включая растения, в частности, злаковые культуры; животных и человека, сказывается не только в формообразовании (например, по золотому числу), размножении (рост количества зерен в подсолнухе, колосе, шишке по ряду Фибоначчи), а также в вариациях, соответствующих прострaнcтвенным и временным колебаниям геомагнитного поля Земли (ГМП) (Модель ГМП Кутимской М.А. [1]). Во времени асимметрия проявляется благодаря тому, что причина и следствие не находятся в одной точке, что позволяет скорости достижения причиной следствия вести себя неравномерно и в результате образуется энергия [5].

В живой природе четко соблюдаются основные принципы синергетики, в частности, Бытия: гомеостатичность и иерархичность [1]. В работе [6] и нашей [1] указывается на тот факт, что регуляция уровня любого компонента гомеостаза осуществляется и страхуется согласованными действиями групп факторов в соответствии с принципами кибернетики как теории управления. Под иерархией понимается соподчинение различных подсистем. При рассмотрении Становления, для которого выполняются «3 не»: нелинейность, неустойчивость, незамкнутость системы, а также эмерджентность и наблюдаемость, применяются математические модели типа модели Лотки-Вольтерра «хищник-жертва» [1]. В наших работах [1] показаны возможности решения данной модели для широкого класса задач, включая медицинские проблемы взаимодействия «антиген-антитело». Для описания автоволновых процессов для разного рода задач нами были выбраны дифференциальные уравнения вида[1].

Затем эти уравнения были видоизменены [7]:

где y, z - число антигенов и антител; t_r - время запаздывания выработки антител; k - коэффициент скорости репродукции антигена (АГ); Q и R - коэффициенты взаимодействия АГ и АТ. A_r - коэффициент производства АТ, S - скорость распада АТ и

.

Решение данной системы представимо в виде образов на фазовой плоскости. Данная теория и численные модели, на ней основанные, позволяют обосновать тактику лечения инфекционных заболеваний. Строгое теоретическое доказательство существования автоволн не только в организмах, среде их существования, но и в космическом прострaнcтве, а также экспериментальное подтверждение может пролить свет на происхождение Вселенной, т.е. первопричину существования всего и, тем самым, открыть новую страницу в изучении целого ряда явлений в биологии, экологии, естествознании в целом.

Биофизика, с учетом всего сказанного выше, формирует новое научное мировоззрение на основе процесса интеграции знаний, а также формирует новый тип мышления, направленный на активные, инновационные преобразования в обществе, природе и технике.

---