![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Семинар 4.Стр 1 из 12Следующая ⇒
Семинары по количественной биологии (весенний семестр) Обозначения 12-й кегль – основной текст 10-й кегль – вспомогательный (дополняющий) текст 9-й кегль – расширяющий (еще больше подробностей) курсив – внешние и внутренние связи (ссылки) + комментирующий текст (его можно полностью опустить при чтении) (О) – определение (П) – пример (М) – метод (Д) – данные (Г) – гипотеза (А) – аксиома (Т) – теорема (И) – интересно (К) – комментарий (З) – задача/задание РДФКО – рибулезодифосфаткарбоксилаза/оксигеназа ЭТЦ – электрон-транспортная цепь, ФСI, ФСII – фотосистемы I и II соответственно Hb – гемоглобин; Mb – миоглобин PA, Pa, Pv и P0 – давление кислорода соответственно в воздух легких и в равновесии с артериальной кровью, венозной кровью и тканевой жидкостью в местах потребления (в митохондриях) Используются в качестве единиц давления: мм.рт.ст. = Торр (1 атм = 105Па = 760 Торр)
Литература ФЖ = Шмидт-Ниельсен К. «Физиология животных» в 2-х т., 1982 БФХ = Кантор Ч., Шиммел П. «Биофизическая химия» в 3-х т., 1985 ОЖ = Шмидт-Ниельсен К. «К работает организм животного», 1976 Введение-1 = Васильев А.А. «Введение в количественную биологию» – семинары по количественной биологии (1-й/осенний семестр) (электронная версия) Статья Jones+ = Jones J.H., Longsworth K.E., Lindholm A., Conley K.E., Karas R.H., Kayar S.R., Taylor C.R. Oxygen transport during exercise in large mammals I. Adaptive variation in oxygen demand //J. Appl. Physiol. 67(2): 862-870, 1989. Статья Clark+ = Clark T.D. et al.”Factorial scopes…” Am. J. Physiol… 288: 992–997, 2005
Семинары 4–9. Количественная экологическая физиология животных (на основе анализа физико-химических ограничений и эмпирических зависимостей): общая технология понимания и расчета качественной и количественной организации + конкретная реализация Реализация применительно к конкретному типу организмов (животным): – активность, специфическая для данного типа организмов (движение и биомеханика – для животных) = 1-й семинар по этой теме (семинар 4) –общий подход к расчету и анализу данного (и любого) типа организмов – от связи активности (специфической и любой другой) с энергопотреблением = 2-й – центральная линия обсуждения энергопотребления – в связи с его организацией потока кислорода (который очень плохо растворим в воде (поэтому его очень сложно связать и доставить к месту потребления), основные качественные решения (физиологическая организация) в этой связи = 3-й – в целом цепочка этапов поступления кислорода, обоснование качественных решений и расчет количественных параметров (на пример жабр) = 4-й –материальные потоки, сопряженные с поступлением кислорода (на примере одного этапа – граница с внешней средой) = 5-й –организация высокой и низкой активности, включая регуляцию переключения между ними = 6-й
= минимальное представления и самые общие ориентиры для расчетов отдельных типов организмов и отдельных физиологических процессов (как рассмотрение материальных потоков) + есть информационные потоки, организация свободы поведения и ее использования и т.д. Для сравнения: биофизика (5-й семестр – для данного потока) – обсуждение (на основе физико-химических ограничений) широкого разнообразия качественных решений при биологической организации и биоразнообразия на уровнях от молекулярного до экологического Теоретическая биология (возможный факультатив по запросу студентов): сборка (синтез) биологического описания от общих ограничений жизнедеятельности, включая свободное поведение и биологическое воспроизводство в широком смысле Единая теория жизнедеятельности – объединенное описание жизнедеятельности в широком смысле (включая социально-экономические процессы) и единая наука в связи с общими ограничениями жизнедеятельности, отсюда в частности, индивидуальное эффективное поведение и выигрышные поведенческие стратегии во взаимодействиях (от личностных до международных)
Семинар 4. Движение животных как характерное для них проявление активности Механизм мышечного сокращения универсален (ФЖ, с. 569–78), отсюда КПД (20–25%) и характерное значение максимальной силы 40–50 Н/см2 (ФЖ, с. 579) поперечного сечения мышцы (для быстрой мускулатуры) Варианты движения представляет (в 1-м приближении) перемещение тела в целом – как материальной точки. Более подробное разделение: работа собственно мускулатуры биомеханика с разделением работы мышц и опорно-двигательной системы (рассматриваем в курсе биофизики и как темы предварительного индивидуального изучения в заданиях) = последовательные приближения при анализе – перемещение объекта в целом, разделение на этапы и типы движения + начинать анализ с наиболее простых и ясно интерпретируемых этапов + сначала фиксировать результат (как экспериментальные данные), а затем пытаться его объяснить (или определять ориентир теоретически, а затем проверять соответствие данным и уточнять дальше) Разделение составляющих развиваемой механической мощности: изменение активности + поддержание активности Иллюстрация применения к экспериментальным данным – работа студента (П) разгон лошади на скачках N = m a v + F v, N – развиваемая механическая мощность, m a v – механические затраты на разгон, F v – затраты на поддержание скорости, F – «сила сопротивления» (в прямом или переносном смысле (И) подъем вверх – «сила сопротивления» (затраты) не зависят от массы F = m g (Д) подтверждается (ФЖ, с.)
Затраты на движение – в зависимости от массы (m – масса в кг): типовые (на поддержание движения – отнесены к 1 кг массы животного) бег 2, 7 m -7/18 ккал/(кг км) полет 0, 9 m -5/18 ккал/(кг км) плавание 0, 4 m -5/18 ккал/(кг км) Как они определены? Эти величины определены путем измерения скорости потребления О2 (т.е. равны выделению энергии в форме теплоты, которое сопровождает движение, и, следовательно, уже учитывают КПД превращения химической энергии в механическую работу) за вычетом основного обмена (Д) такое разделение вполне корректно ФЖ, с. 286–7 (хотя точность не абсолютная) Скорость – предпочтительная (выбираемая как целесообразная) по соотношению эффект/затраты (П) ее можно определить для полета по данным для попугайчика (ФЖ, с. 289) (!) для специализированного организма (полет – для птицы, плавание – для рыбы, бег = бег на 4-х конечностях) (М) если данный организм не специализирован для данного типа движения (человек или птица – для плавания), то можно выразить в какой мере может использовать свои возможности, тогда можно получить количественное выражение (оценку) для него Задание (на основе работы «Плавание человека»): выразить эффект количественно и аналитически, получить оценку в сравнении с типовыми затратами + аналогично для птиц, которые, например, ныряя, ловят рыбу (см. научно-популярные фильмы) Объяснение (теоретический ориентир): изменение затрат на движение в аллометрических зависимостях (по сути, это «сила сопротивления» с учетом КПД), близкое к m 2/3 соответствует изменению геометрических характеристик. Для плавания и полета (с преодолением сопротивления среды) это соотношение S / V (площадь/объем) или аналогичное геометрическое соотношение для бега или ходьбы, если принять, что затраты – это подъем конечности на заданную высоту (грубо: определяемую например, характерной неровностью поверхности и поэтому одинаковой для животных любой массы) Более подробно – это предмет для заданий (с обсуждением общих подходов в курсе «Биофизика») В этой связи затраты на бег полезно соотнести с затратами на подъем вверх и интенсивностью обмена как энергопотреблением, определяющим механическую мощность (с учетом КПД) = полезное упражнение при подготовке к контрольной работе
|