отчет Отделения теоретической физики им.И.Е.Тамма
- ms word file (342КБ)
- pdf file (595КБ)
отчет сектора взаимодействия радиоволн с плазмой
отчет сектора теории сверхпроводимости
отчет сектора теории твердого тела
отчет сектора квантовой теории поля и квантовой статистики
отчет сектора теории элементарных частиц
отчет сектора физики высоких энергий
отчет группы советника РАН В.Гинзбурга
|
Отчет сектора теоретической биофизики |
Заведующий сектором - Д.С.Чернавский.
В секторе работает 5 сотрудников, среди них 3 доктора наук,
а также 1 аспирант и 2 студента.
Опубликовано или направлено в печать 13 научных работ,
сотрудники приняли участие в 8 конференциях и сделали 12 докладов
- Было продолжено исследование механизмов развития неустойчивости однородного пространственного
распределения нелинейных подвижных взаимодействующих между собой элементов и их перехода в
неоднородное пространственно-распределенное состояние. Ранее на примере пространственно
одномерной модели нами было показано, что направленные навстречу друг другу конвективные
потоки ингибиторной переменной могут приводить к нарушению устойчивости однородного состояния
в пространственно-распределенной системе. На настоящем этапе был рассмотрен более реалистичный
двумерный случай. Исследования проводились на конкретном примере разработанной нами модели
электро-химических структур, возникающих на поверхности клетки водоросли Chara под действием
света. Переменными модели являются концентрации ионов водорода во внеклеточной среде и молекул
АТФ и СО2 внутри клетки. Существенной особенностью модели является то, что она
учитывает наличие в клетке потоков цитоплазмы (циклозиса), наблюдаемых в эксперименте.
Именно эти потоки, как было показано нами, способствуют развитию неустойчивости однородного
распределения трансмембранных потоков ионов и возникновению перемежающихся кислотных и
щелочных зон. Численно были исследованы особенности возникающей структуры в зависимости от
геометрии области, а именно от длины и диаметра клетки. Было показано, что стационарные
структуры возникают в случае достаточно узкой области (малого диаметра клетки), что
соответствует ее реальным размерам. Численные расчеты модели показали, что если бы толщина
клетки была больше, то вместо стационарных кислых и щелочных зон на поверхности клетки
возникали бы дрейфующие навстречу друг другу структуры.
- Продолжены исследования динамики систем, в которых отдельные элементы одинаковы (или почти
одинаковы), двумерны и могут находиться как в автоколебательном, так и в возбудимом состояниях.
В этом году была детально изучена динамика цепочки из четырех осцилляторов ФХН в широком
интервале сил связи. Помимо ожидаемых антифазных решений, обнаружены три семейства устойчивых
предельных циклов, представители которых различаются числом вспышек быстрой переменной как
у соседних элементов, так и в течение одного периода. Вычислены границы устойчивости
аттракторов и обнаружены области их сосуществования. При относительно слабых связях большим
бассейном притяжения обладает аттрактор, условно обозначаемый 2112, в котором период состоит
из двух существенно разных межвспышечных интервалов первого и четвертого осцилляторов и
одного интервала во втором и третьем элементе цепочки. При больших связях, исследования
которых вблизи бифуркации раньше вообще не встречались в литературе, сосуществуют два
типа аттракторов: 3223 и N11N, где N-нечетное число, максимальное значение которого
определяется близостью параметра А к границе генерации колебаний. При больших N периоды
колебаний очень велики, и существуют такие интервалы сил связи, где второй и третий
осцилляторы вообще не генерируют вспышек (режим 1001), совершая небольшие противофазные
колебания вблизи точки генерации вспышки. Роль таких решений в реальных процессах еще
предстоит выяснить.
- С помощью двумерной многокомпонентной феноменологической модели роста опухоли в гетерогенном
окружении было показано, что направленный рост и движение опухоли в ткани возможно и в
отсутствии хемотактической подвижности ее клеток. Этот результат дает альтернативное
объяснение хорошо известному в медицине явлению прорастания злокачественных новообразований
в сторону кровеносных сосудов. Предложен механизм, объясняющий это явления не за счет
направленного движения опухолевых клеток по градиенту хемоаттрактанта, а за счет
гетерогенности окружения опухоли, в котором из равномерно распространяющихся клеток
опухоли выживают только клетки находящиеся в более благоприятных условиях - вблизи сосудов.
- В условиях голодания популяции амеб Dictyostelium discoideum агрегируют, образуя
многоклеточные ансамбли, вследствие возникновения в среде волн циклического АМФ, производимого
самими клетками. Как правило, наблюдается два типа волн: спиральные и концентрические,
при этом иногда происходит переход от одного вида структур к другому. На основе предложенной
нами ранее модели агрегации D. discoideum дается объяснение механизма такого перехода.
Показано, что плотность клеток может рассматриваться как эффективный бифуркационный параметр,
в определенных условиях переводящий активную среду из возбудимого в колебательное состояние,
причем частота колебаний пропорциональна квадратному корню величины плотности клеток.
Таким образом, области с наибольшей плотностью клеток, возникшие на предыдущих этапах
перераспределения клеток, начинают играть роль пейсмейкеров, порождающих кольцевые волны.
Эти аналитические результаты были подтверждены численными экспериментами.
- Продолжены работы по теоретическому исследованию макромолекулярных конструкций (белков-ферментов).
Проведен критический анализ новых экспериментальных данных. Показано, что они хорошо согласуются
с теоретической концепцией "Белок - Машина".
- Продолжено исследование туннельного переноса электрона в биологических объектах. Показано,
что в первичных стадиях фотосинтеза (в фемтосекундном диапазоне) должны возникать
квантовомеханические колебания. Теоретические результаты удовлетворительно согласуются с
полученными недавно экспериментальными данными.
- Продолжены работы по динамической теории информации. В рамках модели борьбы условных
информаций рассмотрен вопрос о возникновении биологической асимметрии. Та же модель применена
для описания макроисторических событий (образование и взаимодействие крупных государств в
течение столетий). Рассмотрен вопрос о функционировании денег, как условной информации.
- Продолжено исследование перемешивающего слоя с целью обнаружения признаков момента выхода из
него ("момента истины"). В рамках этого подхода рассмотрены примеры научного творчества.
Проекты:
- РФФИ N 02-01-00064
"Математическое моделирование пространственно-временной эволюции многоклеточных
биологических систем". Руководитель: Полежаев А.А.
(7 участников).
- РФ № НШ-2071.2003.4
"Математическое моделирование автоколебательных и автоволновых процессов в
биологических системах". Руководители: Чернавский Д.С. и Романовский Ю.М.
(проект поддержки научных школ, 25 участников)
- РГНФ № 01-03-00032а
"Генерация ценной информации, синергетический подход к проблемам принятия
решения, творчества и мышления". Руководитель: Чернавский Д.С.
(5 участников)
- РГНФ № 04-03-00069а
"Эволюция условной информации в обществе".
Руководитель: Чернавский Д.С.
(8 участников)
- РФФИ № 03-04-04000-ННИО_а
"Регуляция формирования структур в биологических системах".
Руководитель: Ризниченко Г.Ю.
(10 участников)
< - РФФИ № 02-06-80219а
"Математическое моделирование демографических процессов".
Руководитель: Капица С.П.
(10 участников)
- РФФИ № 04-06-80298а
"Математическое моделирование макроэкономических процессов".
Руководитель: Чернавский Д.С.
(8 участников)
Участие в конференциях:
- Международная конференция "Математика, компьютеры, образование",
26-31 января 2004г., Дубна;
Д.С.Чернавский (пленарный доклад), Полежаев А.А. (доклад);
- Всероссийский симпозиум "Системный анализ экономико-социальных процессов",
4–10 апреля 2004 г., Апатиты;
Д.С.Чернавский (пленарный доклад);
- III Съезд биофизиков России,
24-29 июня 2004 г., Воронеж;
Д.С.Чернавский (пленарный доклад), А.А.Полежаев (2 доклада);
- Всероссийская школа "Нелинейные волны-2004", 29 февраля - 7 марта 2004 г., Н.Новгород;
А.А.Полежаев (доклад), А.В.Колобов (доклад);
- Международная конференция "Хаос-2004", 1-7 октября 2004 г., Саратов;
Е.И.Волков (доклад);
- I Международная конференция "Динамическое развитие России, единство, самоорганизация, управление",
16-18 июня 2004 г., Москва;
Д.С.Чернавский (пленарный доклад);
- Школа-интенсив РДР центра;
Д.С.Чернавский (доклад);
- Конференция "Системные проблемы надежности",
4–10 октября 2004 г., Сочи;
Д.С.Чернавский (доклад);
Совместная работа:
- Университет им. Отто фон Герике, Магдебург, ФРГ (группа проф. S.C.Muller'а)
Моделирование регуляции формообразования в химических и биологических системах
(в рамках совместного гранта РФФИ-DFG)
Преподавание:
Три сотрудника являются преподавателями МФТИ:
- А.А.Полежаев, Е.И.Волков - "Нелинейные волны и диссипативные структуры",
- Д.С.Чернавский - "Динамическая теория информации",
- Д.С.Чернавский - профессор Кафедры биофизики Биологического факультета МГУ
курсы - "Молекулярная биофизика" и "Биоинформатика"
Список литературы, опубликованной и принятой в печать
в иностранных журналах
- E.I.Volkov, E.Ullner, A.A.Zaikin, J.Kurths
"Frequency-dependent stochastic resonance in inhibitory coupled excitable systems",
Phys.Rev.E68, 061112, 2003;
- A.A.Polezhaev, C.Hilgardt, T.Mair, S.C.Muller
"Transition from an excitable to an oscillatory state in Dictyostelium discoideum",
Systems Biology (in press);
- N.M.Chernavskaya, D.S.Chernavskii, R.F.Polishchul
"Origin of the Biological Chirality",
in “Progress in Diological Chirality”, Ed. G.Palyi, C.Zuochi, L.Caglioti, Elsevier, 2004, pp.257-261,
Amsterdam-Boston-Heidelberg-London-N.York-Sydney-Tokio;
- E.I.Volkov, E.Ullner, J.Kurths
"Stochastic multi-resonance in the coupled relaxation oscillators",
Phys.Rev.E (submitted)
Список литературы, опубликованной и принятой в печать
в российских журналах:
- Полежаев А.А.
"Теория структур Лизеганга",
В кн.: Математика, компьютер, образование. Выпуск 10, часть 2. (Ред. Г.Ю.Ризниченко) Москва-Ижевск, 2003, сстр.308-319;
- Колобов А.В., Полежаев А.А.
"лияние клеточной подвижности на устойчивость формы опухоли на начальной стадии ее роста",
В кн.: Математика, компьютер, образование. Выпуск 10, часть 2. (Ред. Г.Ю.Ризниченко) Москва-Ижевск, 2003, стр.320-329;
- Полежаев А.А., Булычев А.А., Ризниченко Г.Ю., Мюллер С.
"Экспериментальное и теоретическое исследование электрохимических структур на поверхности клеток водоросли Chara",
Тезисы 11-той международной конференции "Математика, компьютер, образование", Дубна, 2004, стр.222;
- Полежаев А.А., Булычев А.А., Ризниченко Г.Ю., Мюллер С.
"Экспериментальное исследование и математическое моделирование механизма образования электрохимических структур на поверхности клетки водоросли Chara",
Тезисы докладов III Съезда биофизиков России, Воронеж, 2004. Том 1, стр.364-365;
- Колобов А.В., Полежаев А.А.
"Моделирование роста и прогрессии опухоли",
Тезисы докладов III Съезда биофизиков России, Воронеж, 2004. Том 1, стр.345-346;
- Полежаев А.А.
"Структурообразование, обусловленное встречными конвективными потоками",
Математическое моделирование, 2004, т.16(4), сс.41-46;
- Чернавский Д.С., Малков С.Ю., Щербаков А.В., Малков А.С.
"Модель устойчивости функционирования предприятия оборонно-промышленного комплекса",
Межвузовский сборник статей, Вып.1 часть 2, Москва, МГИУ, 2004, стр.47-52;
- Чернавский Д.С., МалковС.Ю, Старков Н.И., Коссе Ю.В.
"Оборонно-промышленный комплекс и развитие экономики России",
Стратегическая стабильность, №1, 2004, стр.37-47;
- Чернавский Д.С., Чернавская Н.М., Малков С.Ю., Малков А.С.
"Модель борьбы условных информаций",
Биофизика (в печати);
- Чернавский Д.С., Щербаков А.В.
"Проблемы и перспективы отечественной обрабатывающей промышленности и безопасность России",
Труды I-ого Международного симпозиума ЭЛМАШ, том I, стр.21-34;
- Чернавская Н.М., чернавский Д.С., Тихонов А.Н.
"Коцепция "Белок--Машина", Биологические молекулярные конструкциии",
Труды III-его Съезда биофизиков России. Воронеж, 2004;
- Чернавский Д.С., Чернавская Н.М.
"К онтологии научного творчества, синергетический подход",
Эпистомология и философия науки, Из-во Института Философии РАН, том I, №1, стр.114-130, 2004;
- Чернавский Д.С., Чернавская Н.М., Карп В.П., Никитин А.П.
"Распознавание и мышление (синергетический подход)",
в сб. "Синергетическая парадигма, когниоивно-коммуникативная стратегия современного
научного познания", стр. 184-207, 2004, Москва, Из-во "Прогресс-Традиция".
- Чернавский Д.С., Чернавская Н.М., Карп В.П., Родштат И.В.,Никитин А.П., Чернавская Н.М.
"Распознавание, аутодиагностика, мышление",
монография 17 п.л., Из-во "Радиотехника", Москва, 2004г.;
- Коротаев А.В., Малков А.С., Чернавский Д.С. Чернавская Н.М.
"Почему законы истории так долго не могли быть открыты (как микроуровневый хаос порождает высокодетерминированную динамику на макроуровне)",
"Общественные науки и современность" (принято к печати);
- Е.И.Волков
"Образование предельных циклов в цепочке одинаковых релаксационных осцилляторов,
обменивающихся ингибитором, вблизи порога генерации автоколебаний",
"Изв. Вузов: Радиофизика" (принято к печати);
|
