English
!

Доклады

Модели самоорганизации в химии и биологии

Полежаев А.А.

Москва, Физический институт им. П.Н.Лебедева РАН

Неравновесные пространственно-временные структуры возникают в системах различной природы: физических, химических, биологических. Механизмы их возникновения зачастую сходны, что позволяет подходить к ним с единых, синергетических, позиций, с другой стороны, они достаточно многообразны. Цель моего выступления -- показать, как формировались представления о природе этих механизмов, и отразить современное состояние исследований явлений самоорганизации применительно, прежде всего, к химическим и биологическим системам.

Вначале будет дан обзор структур, возникающих в различных системах: структур Лизеганга, возникающих при выпадении осадка в результате химической реакции, вихрей Тейлора, автоволн в реакции Белоусова-Жаботинского, различных биологических структур. Будут сформулированы общие свойства систем, в которых возможны явления такого рода. Затем речь пойдет о том, как в исторической перспективе формировалось современное понимание процессов самоорганизации, начиная с работ Б.П. Белоусова по автоколебательной химической реакции, которые были продолжены и развиты А.М. Жаботинским, П. де Кепером, В.С. Зыковым, А.С. Михайловым, В.В. Ванагом и другими исследователями. Существенный вклад в эту область был внесен А.Тьюрингом, который показал, что при выполнении определенных условий в распределенной химической реакции может возникнуть устойчивое неоднородное распределение концентраций реагирующих веществ (диссипативная структура). Эта идея была использована для объяснения механизмов морфогенеза в некоторых биологических системах.

Будет дана теоретическая интерпретация наблюдаемых явлений самоорганизации на основе моделей реакционно-дффузионного типа. В частности, будут сформулированы условия возникновения диффузионной неустойчивости в реакционно-диффузионных системах, ответственной за формирование некоторых типов структур. При этом речь идет не только о хорошо известной тьюринговской неустойчивости, ответственной за возникновение стационарных структур, но и о менее изученной, волновой, неустойчивости, ответственной за возникновение стоячих волн, волновых пакетов и других структур. Последняя может возникнуть только в системе, размерность которой не меньше трех.

В заключение речь пойдет о том, что формообразование может происходить не только как результат возникновения диссипативных структур вследствие диффузионной неустойчивости, но и по другим механизмам. В частности, к формированию пространственных структур может приводить недиагональность матрицы диффузии, например, хемотаксис (направленное движение по градиенту вещества) у бактерий и у амеб D. Discoideum, конвекционные потоки веществ (``differential flow'' instability), которые, в частности, ответственны за электрохимические структуры на поверхности клеток харовых водорослей. Будет также продемонстрировано, что структуры могут возникать не только из-за потери устойчивости начального однородного состояния, но и вследствие неустойчивости самого процесса перехода в новое неоднородное состояние. По такому механизму формируются структуры Лизеганга, и некоторые биологические структуры, в частности, в колониях бактерий.

    Внимание: При оформлении заявки Вы не выбрали включение тезисов Вашего доклада в печатную версию сборника.

© 2004 Дизайн Лицея Информационных технологий №1533