Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Математические модели структур некоторых биологических систем Мумладзе, Малхаз Отарович

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Мумладзе, Малхаз Отарович. Математические модели структур некоторых биологических систем : автореферат дис. ... кандидата физико-математических наук : 05.13.16 / Киев. гос. ун-т им. Т. Г. Шевченко.- Киев, 1991.- 16 с.: ил. РГБ ОД, 9 92-1/913-4

Введение к работе

.- .Актуальность темы. Современное естествознание-неразрывно связано с развитием и использованием, математики, с процессами моделирования явлений природы. Наряду с физикой, механи-. кой, астрономией в настоящее время метода математического моделирования также начали быстро проникать з химию и биологию. Применение математических методов в биологии началось только в нашем, столетии. Это стало возмоис ад после создания подходящего математического ашарата и благодаря развитшо самой биологии. Одной из характерных черт современной биологии является проникновение методов и идей математики в задачи изучения жизни. Особенно характерны для современного этапа процессы моделирования явлений жизни. Идеи и методы математического моделирования придают единство всей биологической науке, .позволяют выделить совершенно новые . . черты организации живой материи на самых разных структурных уров-ных.

Обнаружение глубокого структурного изоморфизма, фундаментальной общности природы в самых непохожих друг на друга явлениях стало возможным после математизации науки. Современное биоло-г гическое знание быстро движется в направлении математической обработки основных его законов и анализа 'следствий,вытекающих из них.

-Развитие математики дает возможность привлечения в естест-вонаучных дисциплинах таких разделов современной математики как топология, теория категорий и функторов, теория множеств, теория динамических систем и других.

Первым, кто начал применять в биологических задачах топологические методы, был д'Арси Бенвэрт Томпсон (1917 г.), давший, науке уникальный труд "О росте и форме", открывающий эру в теоретической и математической биологии. В этой работе широко ис-поль^'ютоя как ге ометрические, так и топологические идеи для описания биологических форм. Его идеи нашли дальнейшее развитие-в работах американского ученого Н.Рашевского, который разработал теоретико-мнояественное описание живых систем, названное им "топологической биологией".. Основная идея Н.Рашевского состоит в том, ч1о системность организованности частей организма определя-этся множеством отношений, заданных на элементах организма. Применением теории графов он создал абстрактную теорию-организмов, доказал теоремы, которые отражают общие закономерности ор-

ганизаоди живой материи.

В шестидесятых годах французский тополог Р.Том в поисках, теории, сводящей воедино накопленное в биологии огромное коли-, честно данных наблюдений, создает теорію, которая получила наз- . ваше "Теория катастроф". Р.Том на основе теории катастроф объяснял такие явления как дифференциация клеток и.морфогенез, однако, это била попытка создания языка моделирования, нежели построения конкретных моделей. Развивая идеи Р.Тома, . Э.К.Зиман выдвинул интерпретации образования биохимической границы на основе катастрофы сборки. Эту интерпретацию он применил к гаструляцип и обра-т зовацию сомитов у амфибий, объяснял образование видов при эволюции.

УДофман в работе "Система аксиом для математической биологии" рассматривает любой орган ( организм) как гладкое, компактное многообразие, карты которого соответствуют клеткам, а ансамбль образущих ткань клеток представляется атласом соответствующего многообразия. Наряду с этим Хофмзн постулирует действие некоторой псевдогруппы на введенном многообразии, что может служить математической моделью биологической функции.

Применяются математические.методы и в теории систем, которую создал Р.Розен. Эта теория описывает .особенности, обусловленные, взаимосвязью метаболических и генетических процессов в живой клетке.

На основе современной теории бифуркации рождения цикла созданы модели популяции (Г.Остер, Дл.Гугенхеймер) и модели взаимодействия клеток в организме (С.Смейл), которые описывают явление дифференцировки как в популяции организмов одного вида, так и в популяции клеток одного организма. ' . - -

Е нашей стране публиковались работы,.посвященные прпмено-нш топологии к биологическим задачам. А.И.Грзгеров, СМ.Меркші описывают структуру JJffi с помощью теории узлов. Е.В.Преснов дал последовательный топологический анализ эволюционных и эмбриональных перестроек. B.Li.Mapecim для описания пространственного расположения бластомеров применяет теорию графой.

Е настоящей работе рассмотрены модели биологических систем, которые состроены на основе комбинаторной дифференциальной и алгебоанческой топологии.'

В задачу диссертационного исследования входило;

  1. Разработать путь введения подходящей топологической структуры на множестве элементов биологических систем. Предложить легко вычислимые характеристик!!, описывающие взашяюе расположение частей в биологической системе.

  2. .Найти подходящие инварианты для классификации пространства, занимаемого системой

.. 3. Описать соотношение между филогенезом и онтогенезом на
математическом языке. - - ,

4. Построить модель процесса формообразования.

В диссертации на защиту выносятся следующие ноше положения: I. Введена топологическая структура на множестве-элементов

биологических систем на основе их дифференциации и интеграции.

Предложен путь интерпретации системной иерархии»

2.. Показано, что локально уравновешенные взаимодействия

определяют степень дифференциации объектов системы.'

  1. Определено количество информации структуры на категории компактных гладких многообразий. . ..

  2. Математически доказано, что при эволюции онтогенез приближается к филогенезу. .. . .

  3. Построены модели формообразования и дифференциации клеток организма. -

-6. Показано, какой гомотопический тип может иметь простран
ство, занимаемое эмбрионом как до начала дифференциации клеток,
так и после нее. . . .

Практическая ценность. .Б основном диссертационная работа имеет теоретический характер.Практическое применение в приклад-' них задачах могут иметь те результаты, которые касаются вопро-. сов классификации, а также численные характеристики, описывающие взаимное" расположение частей биологических систем.

Структура работы. Диссертация соотоит из введения, двух глав, заключения и списка литературы.