Митрохин В.Н. Электродинамические свойства материальных сред (2006) (1247706), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Она получила название биизотропной. Если в материальных уравнениях (9.19) параметры ε, µ, ξ являются тензорными величинами, то среду принято называть бианизотропной.В биизотропной среде, как и в киральной, нормальными волнамиявляются волны с право- и левокруговыми поляризациями, обладающие различными волновыми числами k R , L = k0 ( n 2 − η2 ± K ).Киральная среда является частным случаем биизотропной среды, когда параметр невзаимности η = 0.10.
БИОЛОГИЧЕСКИЕ СРЕДЫВсе живые существа, включая человека, представляют собойбиологическую среду различной структурной организации и разного уровня соподчинения или согласованности.Известно, что все живые организмы состоят из клеток. Клеткаможет представлять собой целый организм или быть частью многоклеточного растения или животного.
Строение клетки бывает довольно простым, как у бактерий и сине-зеленых водорослей, илиболее сложным, как у зеленых растений, грибов, животных. Бактерии, как и простейшие, представляют собой целые одноклеточныеорганизмы, способные выполнять все необходимые для обеспечения жизнедеятельности функции. Клетки, входящие в состав многоклеточного организма, специализированны, т. е.
могут осуществлять только одну какую-нибудь функцию и не способны к самостоятельному существованию вне организма. У многоклеточныхорганизмов взаимосвязь многих клеток приводит к созданию новогокачества, неравнозначного простой их сумме. Элементы организма– клетки, ткани, органы, в сумме еще не представляют собой целостный организм. Лишь соединения их в сложившемся в ходе эволюции порядке образуют целостный организм, способный существовать в окружающей среде в динамическом равновесии с ней.10.1. Основные свойства живых системРассмотрим основные свойства живых систем:Особенности химического состава. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживойприроды.
Однако соотношение различных элементов в живой и98неживой природе неодинаково. Элементарный состав неживойприроды наряду с кислородом представлен в основном кремнием,железом, магнием, алюминием и т. д. В живых организмах 98 %массы приходится на четыре элемента: водород, кислород, углероди азот.Обмен веществ. Все живые организмы способны к обменувеществ с окружающей средой, поглощению из нее веществ, необходимых для питания, и выделению наружу продуктов жизнедеятельности.
В отличие от обменных процессов, происходящих внеживой природе, у живых организмов эти процессы имеют качественно иной уровень. В круговороте органических веществ самыми существенными являются процессы синтеза и распада.Самовоспроизведение (репродукция). Способность к размножению, т. е. воспроизведению нового поколения особей тогоже вида, является одним из основных свойств живых организмов. В основе самовоспроизведения лежат реакции матричногосинтеза, т. е. образование новых молекул и структур происходитна базе информации, заложенной в последовательности нуклеотидов ДНК.Наследственность.
Это свойство, которое заключается вспособности организмов передавать свои признаки, свойства иособенности развития из поколения в поколение. Наследственность обусловлена стабильностью, т.е постоянством строениямолекул ДНК.Изменчивость. Это свойство как бы противоположно наследственности, но вместе с тем тесно связано с ней, так как при этомизменяются наследственные задатки – гены, определяющие развитие тех или иных признаков. Следовательно, изменчивость – способность организмов приобретать новые признаки и свойства.
Воснове ее лежит изменение биологических матриц.Рост и развитие. Способность к развитию – всеобщее свойство материи. Под развитием понимают необратимое, направленное,закономерное изменение объектов живой и неживой природы. Врезультате развития возникает новое качественное состояние объекта, вследствие которого изменяется состав или структура объекта. Развитие живой формы существования материи представленоиндивидуальным развитием (или онтогенезом) и историческимразвитием (или филогенезом).Развитие сопровождается ростом – увеличением массы индивида. Оно обусловлено репродукцией макромолекул, а также элементарных структур клеток и самих клеток.99Филогенез (или эволюция) – это необратимое и направленноеразвитие живой природы, сопровождающееся образованием новыхвидов и прогрессивным усложнением форм жизни.Раздражимость. Любой организм неразрывно связан с окружающей средой: извлекает из нее питательные вещества, подвергается воздействию неблагоприятных факторов среды, вступает вовзаимодействие с другими организмами и существами.
В процессеэволюции у живых организмов выработалось и закрепилось свойство избирательно реагировать на изменения внешней или внутренней среды. Это свойство и есть раздражимость.Дискретность. Отдельный организм или иная биологическая система состоит из отдельных изолированных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурноефункциональное единство.
В теле высокоорганизованной особиможно выделить пространственно ограниченные органы, которые, в свою очередь, состоят из отдельных клеток. Дискретностьстроения организма – основа его структурной упорядоченности.Она создает возможность постоянного самообновления путемзамены «износившихся» структурных элементов (молекул, органоидов клетки, целых клеток) без прекращения выполняемойфункции.Саморегуляция (авторегуляция). Это способность живых организмов, обитающих в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды, поддерживать постоянство своего химическогосостава и интенсивность течения физиологических процессов. Так,недостаток поступления каких-либо питательных веществ мобилизует внутренние ресурсы организмов, а избыток вызывает запасание этих веществ.Ритмичность. Это свойство присуще как живой, так и неживой природе.
Оно обусловлено различными космическими и планетарными причинами: вращение Земли вокруг Солнца, сменавремен года, фазы Луны. Периодические изменения в окружающей среде оказывают глубокое влияние на живую природу и насобственные ритмы живых организмов.В биологии под ритмичностью понимают периодическое изменение физиологических функций с различными периодами колебаний (от нескольких секунд до года и столетия).Энергозависимость. Живые тела представляют собой открытые для поступления энергии системы. Под открытыми понимаютсистемы, в которых непрерывно происходит поступление и удаление веществ, а также осуществляется обмен энергии со средой.100Живые организмы существуют до тех пор, пока в них поступаетэнергия и материал в виде пищи из окружающей среды.Таким образом, живые организмы резко отличаются от объектов неживых систем своей исключительной сложностью и высокой структурной и функциональной упорядоченностью.
Этиотличия придают жизни качественно новые свойства. Живоепредставляет собой особую ступень развития материи. Труднодать строгое определение понятию «жизнь». Ф. Энгельс писал,что жизнь – способ существования белковых тел, и этот способсуществования состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел. В этом высказывании подчеркнуты два важных положения: а) жизнь тесносвязана с белковыми телами; б) непременное условие жизни –постоянный обмен веществ, с прекращением которого прекращается и жизнь.Более глубокое определение понятия жизни дал известныйрусский физик М.В. Волькенштейн, который написал, что живыетела, существующие на Земле, представляют собой открытые саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот.10.2. Электродинамические свойства живых организмов10.2.1. МембранаОсновной структурной единицей любого живого организма является клетка.
Средний размер клеток – 1…100 мкм. Каждая клеткаимеет оболочку, отделяющую внешнюю среду от внутреннего содержания клетки. Это мембрана клетки – фактически ее «кожа» –толщиной 0,01 мкм.Клеточная мембрана избирательно снижает скорость движениямолекул в клетку и из нее. Она определяет, каким молекулам можно проникнуть в клетку. Это сопряжено с большими затратамиэнергии, следовательно, концентрации некоторых ионов внутри ивне клетки могут различаться в 1 000 раз. Например, концентрацияионов калия K + в клетке в 30 раз больше, чем во внеклеточнойжидкости, а концентрация ионов натрия Nа+ внутри клетки в 10раз меньше чем снаружи. Оказывается, различия в концентрацияхионов калия и натрия по обе стороны мембраны необходимы длясуществования электрических полей в живых организмах.101В состоянии покоя клеточная мембрана проницаема практическитолько для ионов калия.
При возбуждении на малое время (10 –³ с)мембрана становится проницаемой также для некоторых другихионов (нервные клетки и клетки скелетных мышц начинают пропускать внутрь себя ионы натрия; клетки сердца – ионы натрия икальция; клетки мышечных тканей – только ионы кальция). Такоеповедение мембраны объясняется наличием в ней огромного числа(от 10 до 500 шт.
на 10 −6 мм²) пор или каналов нескольких видов,предназначенных для пропускания различных ионов. Лучше всегоизучены каналы для ионов натрия и калия. Различная проницаемость мембраны для этих ионов связана с их способностью поразному притягивать к себе молекулы воды: один ион натрия Nа+притягивает пять молекул воды, а один ион калия K+ – только три.Поэтому диаметр ионов калия вместе с «шубой» из молекул водыоказывается меньше соответствующего диаметра ионов натрия.Площадь поперечного сечения ионного канала в мембране близкак 1,5х10–13 мм².10.2.2. Потенциал покояПредположим, что клетка с мембраной, проницаемой толькодля ионов калия, опущена в электролит, где их концентрацияменьше, чем внутри клетки. Сразу после соприкосновения мембраны с раствором ионы калия начнут выходить из клетки наружу.Каждый ион несет с собой положительный электрический заряд.Чем больше ионов калия K+ покинут клетку, тем более электроотрицательным станет ее содержимое.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
