Введение к работе
Актуальность темы. В последние года некоторые традиционные для физики, химии и биологии объекты исследования рассматриваются преимущественно с точки зрения синергетики. Примерами могут служить процессы фазового перехода, горешія, генерации и распространения нервного импульса.
Заметный интерес к синергетическому подходу возник и поддерки-вается вследствие значительного прогресса в понимании и возыокно-ста математического описания фундаментальных процессов в открытых системах вдали от равновесия. Достижения в этой области связаны прежде всего с работами Шредингера, Тюринга, Пригожіша, Хакена.
Особое внимание исследователей привлекают периодические во времени или в пространстве процессы и вообще самоподдерживающиеся золновые процессы, которые называют автоволновыми (АВП). Система тредставлений об общих закономерностях АВП, методы их описания и анализа составляют предмет синергетики. Сейчас эта новая дисципли-ш только формируется. Тем не менее, в рамках синергетики данные )б АВП в традиционных системах дают дополнительные возможности для обобщений и прогнозов.
В настоящей работе представлены экспериментальные данные о пе-ізвастзшх ранее автоволновых процессах в системе, по-новому сочетающей традиционные для физики процессы фазового перехода и диффу->ии. Дан теоретический анализ взаимодействий, определивших харак-'ерные особенности наблюдавшихся явлений. Выводы обобщены на широ-* :о представленные в природе системы-регуляторы потока (С-РП). В :еою очередь теория С-РП использована для анализа известных экспе-шентвлышх данных, не находивших удовлетворительного объяснения.
Таким образом, обнаружение и исследование новых АВП предостави-;0 возможность как для дальнейшего развития синергетики, так и для олее полного понимания известных биофизических результатов.
Целью работы было экспериментальное и теоретическое исследована автоволновых процессов в системах, авторегулирупцих свою про-ицаемость в потоке.
Новизна. 1.Сконструирована, реализована и исследована новая ав-оволновая система фазовый переход-диффузия;
- 2 -2.Обнаружены новые автоволновые процессы: а) периодический фазовый переход при постоянных внешних условиях - температуре, давлении, концентрации примеси; 0) поверхностные локализованные волны плавления (экситоны); в) образование фрактальной структуры фронта волны кристаллизации;
3. Построена и исследована математическая модель кинетики изме
нения размера уединенного кристаллического зародыша в диффузионном
потоке примеси - базового процесса в системе фазовый переход-
диффузия при автоволновых режимах;
4. Теоретически проанализирована роль конструкции систем-
регуляторов потока в формировании авторегуляторных связей. Для
случаев, когда характерные времена процессов, составлявших С-РП,
сильно различаются, получено уравнение, описывающее эффекты авто
ре гуляшш;
5. Полученное в рамках представлений о С-РП уравнение авторегу
ляции использовано для анализа ряда экспериментальных результатов,
не имевших удовлетворительного объяснения: а) потенциалзависимость
проводимости бислойной липидной мембраны (БЛМ), модифицированной
митохондриалышм белком поршюм, б) образование и последувдая эво
люция метастабильных состояний, возникавдих при электропробое БЛМ,
в) феномен возбудимости в системе ионных каналов аксона.
Научная и практическая значимость. Обнаружение новых автоЕОЛно-еых процессов стимулирует поиск автоволновых режимов за параметрической границей устойчивости плоского' фронта в известных автоволновых системах и их математических моделях. Кроме того, представленные экспериментальные данные мохно рассматривать как основание для разработки принципиально новых базовых моделей синергетики, і которых возможны решения типа экситона. Первая такая работа опубликована в 1993 году А.Н.Заикизшм.
Значение теории систем-регуляторов потока иллюстрируется ef приложениями и достаточно продемонстрировано в настоящей работе.
Из прикладных результатов можно отметить математическую моделі авторегуляции проводимости мембраны аксона - единственное пок; объяснение возбудимости как результата действия физических законої в совокупности известных элементов мембранной структуры и составляющую, таким образом, конкуренцию широко распространенным имитационным моделям.
К зашите препстявлвнч:
-
Система фазовий переход-диффузия.
-
Результати экспериментального наблюдения кристаллизации поверхности водного раствора аммиака в системе фазовый переход-диффузия.
-
Результаты теоретического анализа физического механизма автоволновых процессов, наблюдавшихся при кристаллизации поверхности водного раствора аммиака в системе фазовый переход-диффузия.
-
Теория авторегуляции С-РП.
5. Приложения теории авторегуляции С-РП (примеры анализа в рамках представлений о С-РП известных экспериментальных данных, не находивпшх удовлетворительного объяснения).
Апробация работы. Основные результаты, выносимые на защиту, неоднократно обсуждались на семинарах в НИВЦ, ИБФ, ИХФ, Института электрохимии РАН и на кафедре биологической физики физического факультета МТУ. Они доложены на I Всесоюзном биофизическом съезде (Москва, 1982г), Международном симпозиуме "Синергетика-83: автоволновые процессы в физике, химии и биологии" (Пущино, 1983г.), 4-ой Школе-семинаре по взаимодействующим марковским процессам (Пущино, 1984г.), Все союзном совещании "Теплофизика мотастабильных Еидкостей в связи с явлениями плавления и кристаллизации" (Свердловск, 1985г.), II Всесоюзном совещании "Метастабилыше фазовые состояния -теплофизические свойства и кинетика релаксаций" (Свердловск, 1989г.), 3-ей Международной школе-конференции молодых ученых соц. стран (Приерос, ГДР, 1989г.), X Международном биофизическом конгрессе (Ванкувер, Канада, 1990г.), 8-ой Генеральной Конференции Европейского Физического Общества "Достижения в физике" (Амстердам, Нидерланды, 1990г.), Международной конференции по поверхностным силам (Москва, 1990г.), Международной конференции "Пространственные группы симметрии и их современное развитие" и симпозиуме "Симметрия в современной кристаллографии" (Ленинград, 1991г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 26 работ.
Структура работы. Диссертация состоит из Введения, трех глав и Заключения. Объем работы 145 страниц, включая 44 рисунка и библиографию из 111 наименований.