Стохастическая модель "хищник-жертва" и модель морфогенеза

         Волпер ввел понятие  восприятия и интерпретации, которой  создается план развития. Клетки могут  передвигаться, они ориентируются  в пространстве и интерпретируют свое окружение в соответствии с  генетической программой, поэтому различия в строении организмов определяются относительным расположением клеток. Специальные белковые молекулы – морфогены – сообщают Пи, действуя на регуляторные гены. Создаются морфополя, направляющие развитие организмов. Клетки в таких полях могут перемещаться и взаимодействовать друг с другом. Между различными веществами с разной скоростью происходят диффузия через мембрану и автокаталитические реакции. При этом даже малые изменения в такой неустойчивой системе морфогенов, приводящие к изменению места и времени действия регуляторных генов, значительно меняют строение целого организма.

         М. М. Камшилов, определив  процесс развития как «синтез  рассеянной информации», считает, что  это определение приложимо не только к эволюции органического  мира, которая осуществляется при помощи накапливающего наследственную информацию естественного отбора, но и к онтогенезу многоклеточных организмов. Специфика этой разновидности развития в том, что синтез внешней информации происходит в соответствии с унаследованной программой. Опарин отмечал, что свойство «целесообразности» строения «пронизывает весь живой мир сверху донизу, до самых элементарных форм жизни», и это – результат истории взаимодействия между организмом и окружающей его средой, её истоки кроются в фундаментальном различии между человеком и машиной. Машина обладает целесообразностью строения, но её вносит человек.

         С точки зрения «функционалистов», организм является своеобразным «черным  ящиком», внутренняя структура которого или неизвестна, или неинтересна. Поэтому они исследовали сохранение и передачу информации, основываясь на представлениях школы Ляпунова и Колмогорова о процессах в гомеостатических системах. Основные отличительные особенности живых организмов – в наличии «управляемых процессов» передачи информации. На этом пути и возникли гипотезы существования небелковых форм жизни.

         Морфогенез –  это процесс образования тканей и органов, создание всей сложной  структуры организма в процессе его эмбрионального развития. Как  и в случае физических систем, в  развитии зародыша последовательно возникают нарушения симметрии. Яйцеклетка имеет форму шара, и эта совершенная, симметричная форма сохраняется до того, как клетки начнут дифференциацию, а сферическая симметрия перейдет в цилиндрическую. Затем нарушится и эта симметрия – брюшная полость отделится от спинной, появится три типа тканей: эндодерма, эктодерма, мезодерма. Но процессы роста и дифференциации клеток будут продолжаться. Эти нарушения симметрии происходят скачками, спонтанно из – за неустойчивости симметричного состоянии. После скачка, перестройки, зарождения новой фазы наступают плавные этапы. Перед скачком возникают предвестники новой формы – распределение веществ вдоль тела становится нерегулярным, стохастичным. Затем скачком возникает новая упорядоченная форма, а распределение веществ плавно меняется.

         Можно сказать, что  в ходе морфогенеза реализуется  определенная последовательность бифуркаций, развитие проходит через фазы неустойчивости. Именно в это время изменение  управляющих параметров – здесь  это химические вещества окружающей среды – может эффективно воздействовать на формирование зародыша, на его развитие, искажая его ход. Поэтому во время беременности не следует использовать химические препараты (снотворное и др.). Образование нового вида, как и переход от клетки к многоклеточному организму, можно рассматривать как фазовый переход.

         В микробиологии  используют для изучения колоний  простейшие виды организмов типа дрожжей  или инфузорий, а для изучения морфогенеза – гидру. Это организм из 100 тысяч клеток 15 различных типов размеров несколько миллиметров. Биологи один конец называют головой, а другой – хвостом, поэтому гидру можно назвать полярным организмом. При опытах с гидрой было замечено, что при удалении части головной области и пересадке её в другое место новая голова образуется только в месте, достаточно удаленном от старой головы.

         Исследования показали, что процессы образования и роста  тканей тесно связаны с пространственными  биохимическими структурами, с расположением  и диффузией веществ, играющих роль активаторов и ингибиторов. В районе головной части производятся вещества ингибиторы: там рост новой головы подавляется. Ингибитор диффундирует по телу гидры, как и активатор, производящийся вдали от головы. Они взаимодействуют и создают периодическую структуру, называемую морфогенетическим полем. Это поле и влияет на гены – ведь в клетках информация о том, как развиваться и дифференцироваться, не заложена, она поступает из внешней среды. Согласованность и кооперативность деления клеток связаны с биохимическими автоволновыми процессами.

         Морфогенез как  последовательность кинетических фазовых  переходов изменения симметрий  содержит информацию о предшествующих этапах эволюции. Все эти факты  и положены в основу построения модели морфогенеза, математической теории самоорганизации от первичного бульона до простейших живых систем. Действия нейронных цепей (например, в коре головного мозга) также управляются взаимодействием между короткой активацией и дальнодействующим ингибированием, только активаторами и ингибиторами являются нейроны. Вероятно, что эта аналогия не случайна. Усложнение модели нейронных цепей должно пойти по пути введения необратимого накопления информации, то есть образования долговременной памяти или, в более широком смысле, процесса обучения и его связи с возникновением определенных химических структур в мозге. В рамках полученной модели типа активатор – ингибитор моделируется и структура листьев. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

         Заключение. 

         Таким образом, можно  сделать следующие выводы: выявление  механизмов превращения энергии и негэнтропии в живых организмах позволило с единых позиций оценить закономерности эволюции биосферы; круговорот органического вещества позволяет объяснить длительное существование и развитие жизни. Каждый биотический круговорот может быть представлен состоящим из нескольких круговоротов, как биосфера в целом – из биоценозов, несмотря на их относительную самостоятельность.

         Выделение биоценозов позволяет использовать математическое моделирование биосистем. При таком  моделировании чаще всего встречаются ситуации: конкуренции и сосуществования; симбиоза; «хищника – жертвы».

         Для понимания процессов  эволюции живого необходимо разобраться  в процессах образования новых  тканей и органов, моделировать морфогенез. Математическая модель морфогенеза как последовательности фазовых переходов содержит информацию о предшествующих состояниях и учитывает возникновение кооперативных взаимодействий между клетками, связанных с биохимическими автоволновыми процессами. 
 
 
 
 
 
 
 

         Список  используемой литературы: 

         1. Алтухов Ю. П.  Вид и видообразование // Соровский  образовательный журнал. 1997. №4. ст.2 – 9.

         2. Васильев Ю. М.  Клетка как архитектурное чудо // Соровский образовательный журнал. 1996. №4. ст.4 – 10.

         3.  Воронцов Н.  Н. Развитие эволюционных идей  в биологии. – М.: Издат. Отдел УНЦ ДО МГУ, Прогресс – Традиция,АБФ,1999. – 640 ст..

         4.  Грин Н., Стаут  У., Тейлор Д. Биология: В 3-х  т. Т.2.: Пер. с англ./Под ред.  Р. Сопера. – М.: Мир, 1990. – 325 ст..

         5.  Попов Е. М.  Специфика живого на молекулярном  уровне//Природа.1993.№6. – ст. 59-67.

         6.  Фаворова О.  О. Сохранение ДНК//Соровский образовательный  журнал.1996,№4. – ст. 11-17.

         7.  Хлебопрос Р.  Г., Фет А. И. Природа и общество: модели катастроф. Новосибирск,  Сибирский хронограф, 1999. – 344 ст..