Системы управления в биологии

Изучение взаимодействия производства с обслуживающим персоналом и со всем заводом, на котором оно расположено, как экологической проблемы явится плодотворным занятием, если вы знакомы с биологией. Для начала рассмотрим вопрос о резком усложнении системы управления при масштабном переходе. [c.213]

Это фундаментальное общее положение означает перекресток двух главных путей развития теоретической биологии кибернетического и молекулярного. Кибернетика — наука об управлении и информации — занята общим феноменологическим описанием свойств живого организма как целостной сложной системы. Молекулярная биология выясняет конкретную природу процессов, ответственных за поведение такой системы. [c.301]

Системы управления в биологии [c.400]

В последние годы в развитии вычислительной техники и оборудовании вычислительных центров (ВЦ) биотехнологических институтов страны произошли существенные изменения. Большинство ВЦ оснащено универсальными современными ЭВМ. Для решения задач автоматизации научных исследований в области биотехнологии (и физико-химической биологии) и технологических процессов разрозненные и морально устаревшие мини-ЭВМ (типа Днепр , М—3000, М—6000 и другие) заменяются универсальной единой системой мини-машин типа СМ ЭВМ (система малых или мини-ЭВМ). С середины 70-х годов нашего столетия началось производство микропроцессоров и микро-ЭВМ, которые сейчас находят широкое применение во многих отраслях биотехнологии. ЭВМ все чаще объединяются в многомашинные и многопроцессорные комплексы, создаются вычислительные сети ЭВМ, многоуровневые системы управления. Все большее распространение получают современные методы обработки информации и управления технологическими процессами на основе систем с разделением времени, телеобработки и ВЦ коллективного пользования, представляющие собой единые семейства или единые системы машин (табл. 4). К таким системам относятся ЕС ЭВМ (Единая система электронных машин) [c.25]

В теоретической биологии складывается противоположная традиция пассивные механизмы относятся к системам управления. Термин пассивная система управления введен У. Р. Эшби 259] и вошел в учебники по теории управления для биологов 130]. Пассивный характер управления в живых системах означает, что если заданы всеобщие химические и физические законы, а также компоненты и организация живой системы..., то для поддержания стационарного состояния или возникновения характерных ответов системы не требуется какой-либо метаболической работы [216, стр. 15]. [c.24]

В настоящее время газохроматографические методы анализа широко используются в химической и нефтехимической промышленности, где они применяются не только для научно-исследовательских работ и заводского контроля, но и в качестве датчиков состава технологических потоков в системах автоматического управления многотоннажными процессами. В последние годы область применения этих методов интенсивно расширяется их успешно используют в своих работах медики, биологи, работники сельского хозяйства, геологи, фармацевты, работники пищевой промышленности, металлурги и специалисты многих других отраслей народного хозяйства. [c.83]

Следовательно, выбор и обоснование основной модели роста популяции являются в настоящее время узловой точкой в создании общей математической модели процесса микробиологического синтеза, логическим развитием и завершением которого является обоснование масштабного переноса процесса, создание теории ферментера и решение вопросов, связанных с управлением процесса. Наиболее плодотворным представляется построение кинетических моделей, базирующихся на конкретизации длж роста популяции фундаментальных положений биологии, физики и химии (законы сохранения для случая саморегулирующих систем), а не поиски аналогий, постулирование сомнительных положений или сведение целого в поведении системы высокой степени сложности к частному проявлению ее свойств. [c.105]

Во-первых, необходимо отметить, что явление релаксационных периодических переключений свойственно биологической кинетике, так как такие автоколебания возникают в результате взаимодействия триггерных систем. Последние же являются, как мы видели, основным элементом механизмов управления на уровне клетки. Хорошо известные механические и электрические автоколебания, в противоположность кинетическим релаксациям, часто определяются резонансным элементом — линейной колебательной системой с хорошей добротностью. Механизм автоколебаний при этом сводится к периодической подкачке энергии в колебательный контур (или к маятнику часов) и к ограничению роста амплитуды автоколебаний. Аналогия между автоколебательными процессами в биологии — такими, как релаксация в первичном жизненном цикле (гл. 3, [П47]) или автоколебания, возникающие при сосуществовании равноправных видов (гл. 2, 6),— и разрывными колебаниями электрических и механических систем возникает там, где последние не имеют частотно-избирательного резонансного элемента. К ним, например, относятся различные релаксационные электронные генераторы или гидродинамические объекты типа периодически извергающегося гейзера. [c.199]

В биологии наиболее известный и исследованный пример генетического управления — система синтеза белка. Она является примером динамической регуляции. Действительно, расположение нуклеотидов в структурном гене является начальным условием для синтеза информационной РНК и последующего синтеза белкового полимера в соответствии с кодом. Именно таким способом записана в ДНК информация о белках — ферментах базового метаболизма. [c.255]

Другие подходы диктуются физикой и химией. Многие из молодых исследователей, интересующихся фундаментальными законами материи или же молекулярными основами жизни, приходят к необходимости обращаться к нервным клеткам. По традиции такие работы проводятся в рамках биофизики и биохимии, а также в русле одного из направлений биохимии — нейрохимии. В последнее время арсенал нейробиологов пополнился целым рядом методов, разработанных в молекулярной биологии и молекулярной генетике. Эти новые методы позволили в последние годы добиться определенных успехов в понимании работы нервной системы. Они обещают также новые достижения в области раскрытия молекулярных и генетических механизмов, связанных с управлением работой нервной клетки. [c.22]

Структура автоматизированной системы научных исследований в области физико-химической биологии и биотехнологии включает использование ЭВМ как в вычислительном режиме, так и в режиме управления процессами и сложными приборами. [c.48]

Теория управления в последние годы все шире применяется для изучения процессов в биологических системах, и книги в этой области находят новых читателей в лице биологов и медиков. [c.2]

Эта книга рассчитана на широкий круг читателей, интересующихся проблемами управления в биологических системах, хотя используемый в ней аппарат и нельзя всегда считать простым. Изложение построено так, что все идеи даются не столько на языке формул, сколько на языке, понятном специалистам-биологам, не имеющим специальных знаний в области теории управления. [c.11]

Применение математических методов в биологии существенно ускорилось, облегчилось и, что самое важное, получило твердую теоретическую базу в связи с появлением и развитием кибернетики (Винер, 1958). Одной из основных идей кибернетики является установление общности процессов управления в сложнейших системах как биологических, так и технических, искусственно созданных. Это открывает широчайшие возможности для применения метода моделирования в изучении биологических систем. Иными словами, появляется возможность изучать не сам биологический объект, который во многих своих частях может быть принципиально недоступен для наблюдения, а некоторую техническую систему, существенные свойства которой совпадают со свойствами изучаемого биологического объекта. [c.7]

В связи с использованием математической модели при разработке системы управления техническими объектами в области теории управления возникло новое направление, охватывающее методы построения математической модели объекта управления. Это направление, которое менее десяти лет назад было названо теорией идентификации (отождествления объекта моделью), довольно быстро развивалось во многих странах мира. Были получены значимые теоретические и практические результаты. В настоящее время теория идентификации наряду с теорией оптимизации составляет важнейщий раздел в теории управления и интенсивно развивается у нас в стране и за рубежом. При этом следует указать, что результаты теории идентификации нашли широкое применение и в таких областях, как медицина, биология и сельское хозяйство, что свидетельствует об универсальности разрабатываемых методов и их практической значимости. [c.11]

Теория управления и регулирования сделала большие успехи в исследовании различных систем связи и автоматических устройств. Затем было обращено внимание (Н. Винер) [251) на глубокое сходство между системами управления связи в технике и системами, обеспечивающими регулирование в живых организмах. Эта концепция, получившая развитие в тех областях, которые именуются применением кибернетики к биологии , ценна потому, что устанавливает взгляд на организм именно как на машину, а не как на собрание статистических единиц с весьма проблематичными перспективами самоорганизации. Правда, по-прежнему, остается неясным, почему хаотизированная и открытая среда породила столь сложные машины, но по крайней мере внимание направляется на свойства самих машин, а это дает надежду на отыскание законов, которые описывали бы не только среду или организм в отдельности, но и среду и организм как целое. [c.66]

Так же как биолог не довольствуется созданием теории эволюции видов н стремится на практике взять в свои руки управление выведением новых сортов и видов живых существ, так и химик в настояи ее время не ограничивает уже себя теорией прошлого—эволюции, химических элементов на звездах, но на практике осуществляет трансмутацию и за последние годы синтезировал более десятка новых заурановых элементов, раздвинув границы Периодической системы и использовав громадную энергию, выделяющуюся при превращениях элементов друг в друга. [c.373]

С развитием и совершенствованием систем автоматического регулирования и управления определился еще один признак классификации, по которому системы разделяют на жесткие (неприспосабливающиеся) и адаптивные (приспосабливающиеся). К жестким системам относятся системы автоматического регулирования и управления, свойства которых в процессе эксплуатации не претерпевают контролируемых изменений. Адаптивные системы характеризуются тем, что в них в зависимости от внешних условий происходят контролируемые изменения свойств регулятора или управляющей-системы. Этой особенностью объясняется и название таких систем, аналогичное соответствующему понятию в биологии и означающее приспособление растения или животного к изменившимся внешним условиям. Адаптивные системы делят на экстремальные, самонастраивающиеся, самоорганизующиеся и самообучающиеся, в которых по различным показателям осуществляется корректирование характеристик регулятора (управляющей части) или изменение его структуры [1 ]. [c.17]

Поскольку дисперсное состояние материи универсально и объекты изучения К. х. чрезвычайно многообразны, К. х. тесно связана с физикой, биологией, геологией, почвонеде-нием, медициной и др. Различные дисперсные системы (порошки, суспензии, пасты, эмульсии, пены, аэрозоли) шир )-ко используются в пром-сти и с. х-ве, поэтому К. X. служит науч. основой мн. производств, и технол. процессов. Среди средств, используемых К. х. для управления этими процессами, наиб, действенным и универсальным является применение ПАВ последние также широко использ. для регулирования поверхностных взаимодействий — смачивания, моющего действия, смазочного действия, адгезии и др. К. X. рассматривает механазмы ряда прир. явлений, в т. ч. образование и распад облаков, образование осадочных пород, разрушение и выветривание горных пород, отд. стадии минерало- и рудообразования, ионного обмена в почвах, ветровой и водной эрозии почв. К. х. исследует процессы, происходящие на границах раздела фаз в растениях и живых организмах, в т. ч. в биомембранах выявляет роль поверхностной активности и ее связь с физиол. активностью белков, липидов и др. [c.267]

Однако основные закономерности, составляющие научную базу метода атомно-абсорбционного анализа, при дальнейшем развитии исследований вряд ли будут нуждаться в пересмотре. Это относится, например, к материалу, изложенному в первой главе книги. Все же в последнее время большое внимание уделялось направлениям, непосредственно связанным с практическими задачами. Активно развивались работы по созданию новых моделей аппаратуры. Используя по большей части принципиально известные, хорошо зарекомендовавшие себя модели аппаратуры, приборостроительные фирмы начали налаживать выпуск простых в обслуживании и надежных в работе приборов, более удобных для нужд контроля производства и проведения массовых анализов (медицине, биологии, геофизике и т. д.). Темпы модернизации были порой столь высоки, что за прошедший короткий срок некоторые описанные во второй главе приборы были сняты с производства и заменены новыми моделями. Вот пример спектрофотометр марки 373 фирмы Perkin — Elmer снят с производства и заменен новой моделью (2380). В ней использована усовершенствованная модель микро-ЭВМ, благодаря чему упрощено управление блоком питания и получения градуировочных характеристик (по трем образцам сравнения вместо двух) улучшена конструкция распылительной системы. Конструктивные изменения, однако, не затронули принципиальную схему прибора. Полностью сохранена его оптическая часть. Поэтому приведенное на стр. 135, 136 описание принципиального устройства прибора полностью сохраняет силу и для модели 2380 (вместо 373). [c.217]

Другим методом является рассмотрение объекта исследования как некоторого комплекса или системы. В химической технологии этот метод, предложенный теорией рециркуляции, имеет иное назначение, чем теория систем в детерминированных методах оптимизации или управления. Детерминированными методами нельзя исследовать комплексный процесс и понять многие трудности, возникающие вследствие взаимодействия отдельных элементов сложной химической или еще более сложной биологической системы. Этими методами не проводят системное исследование, в полном смысле этого слова, а скорее совершают нечто адекватное тому, что делается при традиционном медицинском исследовании, которое удачно обозначил профессор П. Вейс термином супрамолеку-лярная биология [c.75]

Научно-исследовательские работы в химико-фармацевтических 1тнститутах в 1966—1970 гг. будут направлены на решение актуальных вопросов здравоохранения, в первую очередь на создание и внедрение в производство лекарственных средств для лечения болезней сердечно-сосудистой системы, злокачественных новообразований, туберкулеза, нервно-психических, инфекционных, вирусных и грибковых заболеваний и др. В планах химизации народного хозяйства, принятых на декабрьском (1963) Пленуме, немало вопросов связано с использованием достижений биологических наук. Союз биологии с химией привел ко многим открытиям. На основе познания жизненных функций организмов и управления ими, возникли новые направления и способы использования химических средств в медицине. [c.200]

Однако положение не так безнадежно, как может показаться на первый взгляд. Еще в звездный лас всеобщего увлечения химией выпестовалась комплексная система защиты растений, ставшая, по существу, первой попыткой управления в конкретном биоценозе взаимоотношениями между культурными растениями и вредными насекомыми, возбудителями болезней и сорняками, с одной стороны, и между вредителями и полезными видами — с другой. Технически это выглядело как календарно-фенологический перечень дополняющих друг друга приемов селекции, агротехники, химии, биологии и организационно-хозяйственных мероприятий, направленных на уничтожение основных вредителей, болезней растений и сорняков. Если какие-то приемы теряли эффективность, в систему вводились новые, и это обеспечивало постоянную высокую результативность мероприятий в целом как против отдельных вредных видов, так и против их комплексов. Но самым важным звеном любой такой системы оставалась агротехника, почти идеальным воплощением которой можно считать севообороты. Действительно, чередование и пространственное размещение сельскохозяйственных растений не только повышает урожай, но и ограничивает возможность накопления вредителей и возбудителей болезней, снижает засоренность полей сорняками. Поэтому в большинстве комплексных систем только 38 процентов всех мероприятий по защите растений выполнялось пестицидами, а 28 процентов — приемами агротехники, 8 процентов — биологическими средствами и 4 процента — физико-техническими методами. [c.152]

Современная биология достигла значительных успехов в познании многообразных проявлений живого фундаментальных основ, общих закономерностей организации и эволюции жизни на Земле. Дальнейший прогресс науки о жизни требует не только все более глубокого проникновения в сущность процессов взаимодействия вещества и энергии, но и исследования информационных взаимодействий в биологических системах. Основоположник этого нового направления в изучении свойств живого А. Г. Гурвич но азал возможность передачи информации из одной клетки в другую фотонами электромагнитного поля н высказал гипотезу о существовании в живых системах полей, которые он назвал биологическими . К сожалению, это направление в наше время развивается недостаточно интенсивно. Проблемы передачи биологической информации, записи и хранения ее как в клетках, таки мея ду клетками и органами в настоящее время приобретают первостепенное значение. Управление известными обменно-трофическими процессами, преобладающими как внутри клеток, так и в целом организме животных и человека, невозможно объяснить только нейрогормональными и гуморальными (биохимическими), а также известными биофизическими факторами (изменение различных потенциалов, градиентов и др.). Необходимы поиски иных, более эффективных каналов связи. Вместе с тем егце в ранних работах отечественных ученых (А. Г. Гурвич, Э. С. Бауэр, В. И. 13ериад-ский, А. Л. Чижевский и др.) обоснованно поднимались вопросы термодинамической характеристики процессов жизни, предпринимались попытки изучения информационных механизмов, специфически присущих жизненным явлениям. Факт существования сверхслабого электромагнитного излучения в настоящее время общепризнан и экспериментально обнаружен у всех исследованных клеток растений и животных. Как оказалось, так называемое спонтанное свечение биологических объектов является универсальным свойством живых клеток [Тарусов, 4965 Журавлев и др., 1961, 1975 Мамедов, 1976 Баренбойм, 1966 Владимиров, 1966 Марченко, 1973 Коиев, 1965 Рорр, 1979]. Дискуссионным остается положение о сигнальной функции этого излучения. [c.3]

Бурное развитие физики в XX в., проникновение как ее подходов к сложным проблемам, так и ее методов и интерпретаций результатов исследований в биологию породили быстро прогрессирующую ветвь знання — биологическую физику. Объектами исследований биофизики являются низко- и высокомолекулярные соединения, важные в биологическом отношении, разнообразные одно-и многоклеточные организмы животиого и растительного мира, биоценозы. Исследуются самые общие закономерности функционирования биологических структур и осуществления биологических процессов с точки зрения физики и математики, на основе которых в дальнейшем изучаются более конкретные вопросы. Среди этих закономерностей природа сил взаимодействия, кинетика процессов, самоорганизация и эволюция систем, механизмы преобразования энергии, механизмы подвижности, восприятия, переработки и хранения информации, механизмы влияния физических факторов, пути управления системами (рис. 1). [c.3]

Книга рассказывает о современных методах теории управления и их пр 1-менении для исследования живых систем. В ней рассматриваются основные идеи метода пространства состояний н компартментального моделирования биосистем. Эти методы использованы для анализа сохранительных свойств биологических систем. Изложение сопровождается примерами из области физиологии (системы терморегуляции, кислородного режима, энергетического баланса) и других областей биологии. [c.2]

Общеизвестно, как трудно определить понятие живого ,— лучщего комментария к приведенным выше определениям живых систем, чем это высказывание, принадлежащее известному американскому специалисту по молекулярной биологии Ф. Крику [285], дать нельзя. Тем не менее ясно, что многие основные, фундаментальные свойства живых систем связаны с процессами управления (самоуправления, саморегуляции), протекающими в открытых системах — системах, обменивающихся с окружающей средой веществами и энергией. С этими процессами мы и будем иметь дело в данной книге. [c.17]

Целостность всякого, в том числе и растительного, организма обеспечивается системами регуляции, управления и интеграции. В технике под регуляцией обычно понимают поддержание значений параметров системы в заданных границах. Управление - это процесс перевода системы из одного состояния в другое путем воздействия на ее переменные. Однако в более широком смысле термин регуляция включает в себя и процессы управления. В таком более широком смысле этот термин употребляется и в биологии. Регуляция обеспечивает гомеостаз организма, т. е. сохранение постоянства параметров внутренней среды, а также создает условия для его развития (эпигенеза). На всех уровнях организации гомеостаз обеспечивается отрицательными обратными связями, эпигенез — преимущественно Аеложительными обратными связями. [c.31]

Ю. Б. Филиппович — заведующий кафедрой органической и биологической химии Московского педагогического государственного университета, доктор биологических наук, почетный профессор, заслуженный деятель науки Российской Федерации — широко известен в нашей стране как выдающийся ученый и педагог. Им лично и в ряде случаев совместно с сотрудниками кафедры создан комплект учебников и учебных пособий, в полной мере обеспечивающих подготовку по биологической химии студентов, обучающихся по направлению химия и(или) биология. Комплект состоит из взаимосвязанных системой ссылок пяти руководств общим объемом 92,6 печ.л. (учебник, практикум, задачник, спецкурс, сводные вопросы для самоконтроля) и огранично вписывается в современную триаду (бакалавриат магистратура — аспирантура), повышая мотивацию к обучению и гарантируя самостоятельность студентов в выборе литературы для дальнейшего углубленного изучения молекулярных основ жизни. Постоянно совершенствуясь в процессе переизданий, комплект результативно и эффективно используется в практике высшей педагогической школы в течение трех десятилетий (начиная с выхода в свет его учебника "Основы биохимии в 1969 г.). На посту председателя Научно-методического совета по химии при Управлении учебных заведений Министерства высшего и среднего образования (1969—1991) им осуществлена экспериментально обоснованная работа по совершенствованию учебных планов факультетов и отделений, готовящих учителей химии и биологии. [c.518]