Ответы на вопросы к лекциям

Программа курса и рекомендованные учебные пособия на странице http://mathbio.ru/lectures/
На этом форуме Вы можете получить консультацию преподавателей и ответить на лекционные вопросы.
Правила форума
Пожалуйста, не пишите здесь ответы на домашние задания! Для этого есть соответствующий раздел: http://forum.biophys.msu.ru/viewforum.php?f=14!

Ответы на вопросы к лекциям

Сообщение colovratka » 20 дек 2019 01:30

Одной из самых интересных областей науки я считаю микробиологию, потому что объект этой науки чрезвычайно пластичен и разнообразен. Микроорганизмы, несмотря на свою простоту, демострируют интересное поведение и к тому же очень важны с практической точки зрения.
Математические модели играют важную роль в микробиологии, так как позволяют предсказать поведение микроорганизмов при культивации, описывать микроэволюционные процессы в популяциях, моделировать внутриклеточные процессы и многое другое.
В свою очередь моделирование структуры и динамики популяций микроорганизмов интересно потому, что многие биотехнологические процессы, такие, как получение биологически активных веществ, сбраживание различных продуктов, даже синтез ракетного топлива и метана возможны именно благодаря деятельности микроорганизмов, и необходимо регулировать и поддерживать их численность на предусмотренном технологическими методиками уровне.
Опыт моделирования клеточных популяций с учётом возрастной структуры клеток наглядно демонстрирует, что такие модели лучше описывают реальные микробные популяции, по сравнению с моделями, игнорирующими возрастную структуру клеток. В подобных моделях обычно принимается, что есть "зрелые" размножающиеся клетки и "молодые", не участвующие в размножении.
В микробиологических системах существует иерархия времён: часть процессов, таких как ферментативные реакции внутри клеток, протекают очень быстро, клеточные циклы проходят в течении часов, а микроэволюционные процессы идут куда медленнее, в течении дней, недель или дольше.

Процесс
Характерное время
Биохимические реакции
Доли секунд
Размножение клеток
Часы
Микроэволюционные процессы
Недели и дольше

Скорость некоторых процессов определяется их лимитирующей стадией. Например, для скорости роста популяции в благоприятных условиях лимитирующей стадией является удвоение молекулы ДНК - субклеточный процесс, отдельные стадии которого длятся доли секунд.
Некоторыми быстрыми процессами можно пренебречь при рассмотрении систем. Например, при разложении микроорганизмами субстрата и выделении продукта вещества обычно проходят через сложные биохимические пути, но так как эти процессы длятся сравнительно недолго, мы можем считать концентрации интермедиатов квазистационарными.
Для многих биологических систем характерны колебания: для пейс-мейкерных зон сердца, для популяций взаимодействующих видов, для уровня гормонов в крови в зависимости от времени суток.
Некоторые микробиологические системы также демонстрируют колебательное поведение: например, это можно описать с помощью популяционных моделей, учитывающих возраст клеток.
В колебаниях важную роль может играть запаздывание: например, динамика микротрубочек характеризуется колебаниями, вызванными запаздыванием дефосфорилирования относительно роста микротрубочек.
Часто наших знаний о системе недостаточно для того, чтобы с точностью предсказать её поведение в зависимости от начальных условий. Тем не менее, система ведёт себя не случайным образом, а в соответствии с законами, которые нам пока неизвестны . Такие системы называются квазистохастическими детерминированными системами. Интересным примером такого поведения является взаимодействие бактерий и бактериофагов, которые могут спонтанно переходить к различным стадиям своего жизненного цикла.
Подводя итог, стоит сказать, что биологическую целесообразность колебательного и хаотичекого поведений можно охарактеризовать так: колебательные процессы отражают обратные связи в системе, а хаотические - действие различных случайных факторов на элементы системы.
Для микробиологических систем важными элементами пространственно-временной структуры являются автоволны. Их можно наблюдать, к примеру , на гниющих плодах яблони: плодовая гниль формирует автоволновые структуры на поверхности яблока.
colovratka

 
Сообщений: 1
Зарегистрирован: 23 окт 2019 08:31
Полное имя: Наталия Игоревна Пушкина

Вернуться в Математическое моделирование в биологии (2 курс)

cron