ХАРАКТЕРНІ ПРОСТОРОВІ І ТИМЧАСОВІ МАСШТАБИ БІООБ'ЄКТІВ

Для кількісного опису біооб'єкту необхідно не тільки провести поділ системи на елементи, а й вибрати просторово-часові масштаби, відповідні даному рівню класифікації. Приклад вибору просторового масштабу - аналіз біооб'єкту на молекулярному, тканинному або популяційному рівні.

Вибір масштабу характерних інтервалів часу (наносекунди, секунди, годинник, добу, роки) залежить від швидкості процесів, що протікають як на даному рівні, так і на взаємопов'язаних рівнях.

Просторові масштаби біооб'єкту можна визначити за допомогою принципу енергетичної диференціювання (див. Гл. 1). Разом з тим вибір масштабів може також залежати і від специфіки вирішуваних завдань.

Найбільш складна проблема - опис станів і процесів, що характеризуються взаємодією різних рівнів. При цьому має місце перетин просторово-часових масштабів, які відповідають цим рівням.

Наприклад, при взаємодії технічного пристрою з біооб'єктів - м'язову тканину - слід розглядати три рівні. До нижнього мікроскопічному рівня відносяться біомолекули і ор- ганелли, до мезоскопические (проміжного) рівню - клітини, до макрорівня - клітинні популяції, що формують біотканини. В цьому випадку просторово-часові масштаби, в межах яких «працює» модель взаємодії технічного пристрою з біооб'єктів, залежать від ступеня деталізації системи. Масштаби визначаються просторовими розмірами підсистем і характерними інтервалами часу, протягом яких відбуваються помітні на даному рівні зміни вектора стану.

Поділ часових масштабів поряд зі структурною (просторової), енергетичної та організаційної ієрархіями грає величезну роль в живих системах.

У табл. 2.2 наведені значення часу звернення проміжних продуктів клітинного метаболізму в біооб'єктах різних рівнів складності (по Гессові). Діапазон характерних інтервалів часу надзвичайно великий: 10 ... 10 ⁸ с.

Поділ часових масштабів різних процесів - одна з характерних особливостей живих систем, що має важливе значення для моделювання біооб'єктів. Воно дозволяє виділити повільні процеси на тлі швидких змін станів біоб'екта. В результаті вдається розділити по тимчасовим масштабами складне різноманіття взаємопов'язаних біологічних процесів, зменшити розмірність фазового простору і істотно спростити модель біоб'екта.

Таблиця 2.2. Значення часу звернення проміжних продуктів клітинного метаболізму в біооб'єктах різних рівнів складності

Поділ часових масштабів кількісно обгрунтовано теоремою Тихонова (принцип квазістаціонарності в кінетиці). Наприклад, в квазіхіміческіх моделі зростання клітинних популяцій за допомогою теореми Тихонова можна звести четирехстадійний процес росту клітин до двостадійна, що істотно спрощує опис цього фундаментального біологічного процесу (див. Гл. 4).