Г.Ю. Риниченко - Лекции по математическим моделям в биологии 2011 (1123215), страница 94
Текст из файла (страница 94)
В последующие годы появилось множество работ, посвяшенных изучению молекулярных механизмов ускорения процессов мутации в состоянии стресса (См. 5]). Вот этн механизмы. 1. Гипермутации в субпопуляциях. В условиях стресса микробные клетки прекращают рост и деление. Большинство клеток претерпевают физиологические преобразования и впадают период «стазиса», когда они приобретают общую устойчивость к разного рода стрессам: голодному, тепловому, холодовому, кислотному и проч. Однако в меньшей части клеток (в 1/1(000 или даже И000000 от общего числа) включается механизм, генерирующий множественные мутации.
Либо одна из мутаций приводит к началу роста, либо вредные мутации накапливаются и делают клетки нежизнеспособными — они погибают. Скорость такого адаптивного мутагенеза в субпопуляциях в 100 — 200 раз выше, чем скорость обычного мутагенеза, проявляюшегося на стадиях нормального роста (А). 2. Стресс стимулирует генетический перенос. У микроорганизмов существуют особые плазмиды, которые живут внутри клеток, питаются внутриклеточными веществами и могут переходить из одной клетки (донорной) в другую (рецепиентную).
Плазмиды переносят генетический материал не только вертикально (из поколения в поколение при делении клеток обе дочерние получают плазмиды), но и горизонтально (к другим микробным клеткам). В обычных условиях большинство микробов имеют систему, защищаюшую от проникновения чужеродных генов.
Однако в условиях стресса эта система подавляется. При этом также срабатывает механизм, снимающий межвидовые генетические барьеры. Клетки становятся открытыми для чужеродной генетической информации; таким образом стимулируется межвидовой генетический перенос, который повышает вероятность найти выход из безнадежной стрессовой ситуации, вырваться из стадии В в новую стадию А.
Г. Ю. Ризниченко 556 3. Проявление скрытых мутаций. Одним из крупных открытий молекулярной генетики была идентификация стрессовых белков. Наиболее хорошо изучены белки теплового шока — шапероны, предохраняющие белки клетки от денатурации. В нормальных условиях стрессовые белки блокируют проявление неблагоприятного действия мутаций, шапероны «резервируют» мутации в морфогенетических генах. В работе (3) и целой серии более поздних работ показано, что при стрессе этот блок снимается и в популяции происходит массовое проявление ранее накопленных мутаций, приводящее к резкому изменению морфогенеза. Изучение мутаций в дискретных стохастических системах показало, что для того, чтобы преимущество жизненной стратегии проявилось на уровне отбора, необходимо, чтобы оно было значительным и составляло как минимум десятки процентов [11].
При этом выживает не один конкретный наиболее успешный вид, а целая группа видов, обладающих близкими свойствами. Легко найти аналогии этих механизмов в процессах, происходящих при социальных кризисах, — общественных стрессах. Здесь также активизируются небольшие группы людей, выбирающих различные, часто далекие от традиционных, жизненные стратегии, в то время как основную часть населения охватывает социальная апатия и растерянность.
Начинается активное взаимодействие между социальными слоями — передача идей и практического опыта не от поколения к поколению в рамках одной профессии или одного социального слоя, а горизонтально — между современниками разных социальных слоев. Также проявляются скрывавшиеся до времени тенденции развития, например, проявляются типы деятельности, ранее находившиеся в тени.
История России Картинку, подобную лестнице эволюции Северцова (рис. 2) можно нарисовать для жизни каждого отдельного человека, коллектива, страны. На рис. 6 приведена такая картинка, иллюстрирующая эволюции России в ХХ веке. Попытаемся охарактеризовать ее в терминах стадий (А — порядок, устойчивый рост;  — беспорядок, выбор нового пути; и С вЂ” катастрофа). Нам представляется, что Первая мировая война была «внешней» катастрофой (Сз), которая «опустила» Россию, уже после событий 1905 и находившуюся на спщии В, в пучину Февральской, а затем Октябрьской революций и последовавшей затем Гражданской войны. НЭП и индустриализация ценой огромных человеческих жертв вывели страну на стадию роста А; и Вторая мировая война была «внешней» катастрофой (Сз), которая снова опустила Россию, но в отличие от времени, последовавшего за Первой мировой, после окончания Великой Отечественной войны Россия продолжала успешно развиваться еще в течение двух десятков лет.
Затем постепенно пришло «насыщение», и 80-е годы демонстрируют типичную стадию  — беспорядка и разложения. В начале 90-х наступила «внутренняя катастроф໠— переход к рыночной экономике, резкое падение всех показателей, стадия  — беспорядка, низкого уровня роста и отсутствия объединяющих нацию идей. С середины 2000-х годов Россия выбирается из кризиса, повысился уровень жизни, СТАДИИ ЭВОЛЮЦИИ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ 557 оживилось производство, стало увеличиваться население.
Мировой экономический кризис 2008 †20 годов снова сталкивает нас вниз с кривой «устойчивого роста». Удастся ли выйти на стадию типа А, или нас ждет новое падение? Схема истории России ХХ века й ййдустрйя, Иву ян, средняя лрсдолжвтельность а жизни а Первая Мировая Вторая Войн Мировая Переход к рыночной экономике 'в Окгя рево время (годгя) 1900 10 20 30 40 80 60 70 80 90 2000 Рнс. 6. Схема развития России в ХХ веке. Заключительные замечания Современная нелинейная наука существенно продвинулась в понимании процессов самоорганизации, рождения структур из первоначально гомогенных богатых энергией систем, процессов отбора.
На простых базовых моделях удалось показать, что нелинейные системы могут иметь области непредсказуемого поведения. Мы в общих чертах представляем себе, как может проходить развитие структуры от простой к сложной. Понимаем, как могут реализовываться сценарии самоорганизованной критичности. Но все так же находимся на уровне констатации фактов и описательных гипотез, когда речь идет о понимании процесса эволюции в целом. Мы далеки от понимания процессов рождения информации и связи процессов передачи и усвоения информации и механизмов, определяющих поведение как отдельной личности, так и социальных групп.
По-видимому, чтобы понять закономерности смены стадий эволюции, необходимо пытаться понять не только закономерности поведения простых базовых математических моделей, но и элементарные законы эволюции простых живых систем. Аналогия не является истинно научным методом, но именно аналогии чаще всего дают нам «чувство понимания» процессов и явлений. Г. Ю.
Ризниченко 558 Осознание того, насколько мапо мы знаем о себе и окружающем мире делает, как нам представляется, необоснованными опасения о «конце науки» [101. Слишком самонадеянно считать, что построенная к настоящему времени наука принципиально все объяснила. Гегель представлял историю человеческой мысли как самопознание высшего разума. История научных идей ХХ века, существенно расширивших горизонты нашего понимания законов природы, часть которой представляем мы сами, как нельзя лучше иллюстрирует великую гегелевскую метафору.
Литература 1. Сшгпз 3, ОчегЬопйЬ Е, М011ег 8. ТЬе оп8!и оГ ппйалгз. !чагиге, 1998, чо!. 335, р. 142-145. 2. О1еьсЬ 3. 1заа1с Ь!е»топ: Ропп й Езшге. 1.опс1оп — Ь!. У., 2003. 3. КЬпгег1оп$ Я., 1лпцп)з! Я. Нзр90 аз а сарасйог Гог пюгрЬо!орса1 ечо1пйоп. №- гиге, 1998, чо!. 396, р. 336-342. 4. К)хшсЬеп1со О., 1.еЬедеча О., Ройогйап 8., 81чсЬел1со М., КпЬ!и А. Нпогезсепсе 1пдпсг!оп спгчез герзгегед Ггот !псйчЫпа) ппсгоа18ае сепоЬшша !и гЬе ргосеза оГ рорп1абоп 8ючггЬ.
Р1югозупгЬегйз КезеагсЬ 49, 1996, 151-157. 5. Вельков В. В. Новые представления о молекулярных механизмах эволюции: стресс повышает генетическое разнообразие (обзор). Молекулярная биология, 2002,т. 36,№2,с. 1 — 9. 6. Воронцов Н. Н.
Развитие эволюционных идей в биологии. Прогресс- Традиция, 1999. 7. Глейк Д. Хаос: Создание новой науки. СПб., Амфора, 2001. 8. Делез Ж. Складка: Лейбниц и барокко. М., Логос, 1998. 9. Ризниченко Г. Ю., Рубин А. Б. Биофизика продукционных процессов. М.— Ижевск, ИКИ, 2004.
10. Хорган Дж. Конец науки: Взгллд на ограниченность знания на закате века науки. СПб., Амфора, 2001. 11. Эбелинг В., Энгель А., Файстель Р. Физика процессов эволюции. УРСС, 2001. 12. Чернавский Д. С. Синергетика и информация. Динамическая теория информации. М., Изд. УРСС, 2004. 13. Романовский Ю. М., Степанова Н. В., Чернавский Д. С. Математическое моделирование в биофизике. Изд. РХД вЂ” ИКС, М-Ижевск, 2004. 14. Эйген М., Шустер П. Гиперцикл. Принципы самоорганизации макромолекул.
М., 1982. 15. Малинецкий Г. Г., Потапов А. Б. Современные проблемы нелинейной динамики. М., УРСС, 2002. 16. Князева Е. Н. Курдюмов С. П. Основания синергетики. Алитейя. С.-Петербург, 2002. 17. Са!гпз 3, ОчегЬапйй 3. апд Мй!ег Б. ТЬе оп8!и оГ шпгапгз. Ыашге 335 142-145, 1988. Ризниченкю Галина Юрьевна ЛЕКЦИИ ПО МАТЕМАТИЧЕСКИМ МОДЕЛЯМ В БИОЛОГИИ Издание второе, исправленное и дополненное Дизайнер А. Б.
Орешина Технический редактор А. В. Широбоков Компьютерная верстка О. А. Печина Корректор О. 3. Логунова Подписано в печать 22.04.2011. Формат 70х100 '/~». Гарнитура «Тцпев Хез«Коглап». Печать офсетная. Усл. печ. л. 45,15. Уч.-нзд. л. 47„34. Заказ № Р-610. Научно-издательский центр «Регулярная и хаотическая динамика» 426034, г. Ижевск, ул. Университетская, 1. Ьпр://вйор.гсд.гп Ечпа11: гпа11(фсг1.гп Отпечатано в полном соответствии с качеством предоставленного электронного оригинал-макета в типографии филиала ОАО «ТАТМЕДИА» «ПИК «Илел-Пресс».
420066, г. Казань, ул. Декабристов, 2. Уеалсаемые читатели! Интересующие Вас книги нашего издательства можно заказать через наш Интернет-магазин Ьвтр://вЬоржсд.гп или по электронной почте внЬвспЬефгсй.гп Книги можно приобрести в наших представительствах: МОСКВА Инсппуг машиноведения им.
А. А. Благонравова РАН ул. Бардина, д. 4, корп. 3, к. 414, телз (499) 135 — 54-37, (495) 641-69 — 38 ИЖЕВСК Удмуртский государственный университет ул. Университетская, д. 1, корп. 4, 2 эт., к. 211, тел./факс: (3412) 50-02 — 95 Также книги можно приобрести: МОСКВА Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова ГЗ (1 эт.), Физический ф-т (1 эт.), Гуманитарный ф-т (О и 1 эт.), Биологический ф-т (1 эг.). Российский государственный университет нефти и газа им.
И.М. Губкина ГЗ (3-4 эт.), книжные киоски фирмы «Аргумент». Магазины: МОСКВА: «Дом научно-технической книги» Ленинский пр., 40, тел.: 137 — 06-33 «Московский дом книги» ул. Новый Арбат, 8, тел.: 290-45-07 ДОЛГОПРУДНЫЙ: Книжный магазин «Физматкнига», новый корп. МФТИ, 1 эт., тел.: 409 — 93 — 28 САНКТ-ПЕТЕРБУРГ: «Санкт-Петербургский дом книги» Невский проспект, 28 Издательство СПбГУ, Магазин №1 Университетская набережная, 7/9 ЗАКЛЮЧЕНИЕ К ЛЕКЦИЯМ Книга «Лекции...» является одним из элементов курса «Математические модели в биологии», который постоянно развивается и модифицируется. Материалы по курсу представлены на сайте кафедры биофизики Биологического факультета МГУ ччзч.Ь1орйузлпзц.ги~ Теоретический материал н задачи к семинарам по курсу даны в учебном пособии П. В.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
