Теоретическая биология. Часть 1 - Васильев А.А.
Скачать (прямая ссылка):
Более узко для разрешения проблем описания в экономическом аспекте важна значимость представления о воспроизводстве живой системы как о приближенно стехиометрическом превращении. Для биологии представление о воспроизводстве как приближенно стехиометрическом превращении важно, прежде всего, в экономическом аспекте. В том же аспекте такое представление очевидно важно и для экономических наук, т. к. экономика также имеет дело с приближенно стехиометрическими, но не точно стехиометрическими превращениями объектов. Для теоретической экономики также имеет методический интерес использование понятия схемы воспроизводства и основанный на нем расчет связей количественных характеристик воспроизводящейся системы (гл. II, п.6.4-5) — опосредованно через восприимчивость к каждой характеристике коэффициента воспроизводства динамической системы, на которую наложены ограничения с точки зрения экономии ресурсов.
Кроме того, для разрешения проблем количественного описания в биологии исключительно важен постулат о недетерминированности как представление о том, что поведение
5
живых организмов <в принципе> не является полностью предсказуемым, т.е. при полностью заданном исходном состоянии живой системы и заданных внешних воздействиях конечное состояние живой системы хоть и не является совершенно произвольным, но может варьировать весьма значительно (в частности, несоизмеримо значительнее, чем варьируют термодинамические характеристики в статистической физике).
Такое представление чрезвычайно конструктивно при количественном описании поведения живых организмов. Во-первых, формально принимая недетерминированность поведения живых организмов как специфически присущее им свойство <и определяя ее экспериментально как наблюдаемый биологический разброс> приходим к представлению об особой геометрии «биологической кривой» (гл. I пп.1-3,5-6). Отсюда следует уже упомянутое различие «хороших» свойств для кривых в физике <сколько угодно большое число непрерывных и дифференцируемых производных> и в биологии <имеют смысл только низкие производные, а высокие производные не определены>. Отсюда конечное число различаемых вариантов поведения и оценка информационного потенциала (невырожденной информации) результатов биологических измерений.
Во-вторых, за счет неопределенности в описании не полностью детерминированного поведения живой системы удается построить последовательность приближений при описании этого поведения. В результате система большого числа уравнений редуцируется и ее оказывается возможным решить. Пример описания поведения целого растения иллюстрирует имеющиеся возможности -- установление взаимосвязи между количественными характеристиками стационарного газообмена листа, кинетики роста растения, онтогенеза листа, жизненной стратегии в зависимости от внешних условий и т. д.
Наконец, конструктивно представление о целесообразности недетерминированности как свойства, за счет которого возможна адаптация к изменениям условий среды, в т.ч. непредсказуемым. Это позволяет оценить ожидаемую рациональную недетерминированность и описать эволюцию организмов как эволюцию систем с прогрессирующе недетерминированным поведением (часть 2).
Следует упомянуть также отдельно о содержании второй части курса. Во второй части (после рассмотрения экономических ограничений на поведения живой системы в главе II из первой части) оказывается возможным рассмотрение всей совокупности ограничений на поведение живой системы:
- информационных ограничений,
- способности живого организма <как совокупности разнообразия составляющих> к изменению, включая баланс по многочисленным составляющим, выражаемый схемой воспроизводства (ее качественное и количественное замыкание),
- ожидаемой недетерминированности поведения живой системы как ее адаптивной характеристики,
- проведено выделение составляющих с различными функциями (регуляция, перемещения/превращения и т.д.),
- описаны возможности количественной реконструкции этапов эволюции живых систем.
Данная работа одновременно является оригинальным исследованием и учебным пособием. Она предназначена для широкого круга специалистов с базовой физикоматематической подготовкой, работающих во всех областях биологии, а также экономики, технологии, физики и химии сложных систем. Учебных пособий или монографий, дающих представление о рассматриваемом круге вопросов, в России или за рубежом в настоящее время не существует.
Курс теоретической биологии занимает особое место при системе преподавания биологических наук, принятой в МФТИ. Эта система построена на противопоставлении двух направлений. С одной стороны, биологические курсы демонстрируют разнообразие проявлений жизнедеятельности. С другой стороны, в Сопровождающих биологические курсы> биофизических семинарах и курсах рассмотрены подходы к физическому пониманию и количественному описанию этих проявлений.
6
Предлагаемый курс теоретической биологии сводит воедино эти два противостоящих друг другу направления. В нем практически целиком востребован стандартный курс обучения на факультете физико-химической биологии (а затем ФМБФ). Оказывается необходимым не только описание биологического разнообразия и специальные процедуры адаптации классических методов количественного описания с учетом особенностей биологических объектов в семинарах по биологии. Начало понимания потребности в таких процедурах дают семинары первого семестра первого курса — семинар по «антиклассической биофизике» и далее.
