Отделение теоретической физики им.И.Е.Тамма Об Отделении
сотрудники
научные отчеты структура
исследования
семинары, события

отчет о научной деятельности в 2004г.
Сектор теоретической биофизики (заведующий - 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
 

Основные научные результаты, полученные в 2004 г.:
  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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".
  6. 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.
  7. 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.
  8. Продолжено исследование перемешивающего слоя с целью обнаружения признаков момента выхода из него ("момента истины"). В рамках этого подхода рассмотрены примеры научного творчества.
     

Проекты, выполнявшиеся в 2004 году:
1. РФФИ N 02-01-00064
"Математическое моделирование пространственно-временной эволюции многоклеточных биологических систем". Руководитель: Полежаев А.А. (7 участников).

2. 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)

3. РГНФ № 01-03-00032а
"Генерация ценной информации, синергетический подход к проблемам принятия решения, творчества и мышления". Руководитель: Чернавский Д.С. (5 участников)

4. РГНФ № 04-03-00069а
"Эволюция условной информации в обществе". Руководитель: Чернавский Д.С. (8 участников)

5. РФФИ № 03-04-04000-ННИО_а
"Регуляция формирования структур в биологических системах". Руководитель: Ризниченко Г.Ю. (10 участников)

6. РФФИ № 02-06-80219а
"Математическое моделирование демографических процессов". Руководитель: Капица С.П. (10 участников)

7. РФФИ № 04-06-80298а
"Математическое моделирование макроэкономических процессов". Руководитель: Чернавский Д.С. (8 участников)
 

Участие в конференциях:

1. Международная конференция "Математика, компьютеры, образование", 26-31 января 2004г., Дубна;
Д.С.Чернавский (пленарный доклад), Полежаев А.А. (доклад);

2. Всероссийский симпозиум "Системный анализ экономико-социальных процессов", 4–10 апреля 2004 г., Апатиты;
Д.С.Чернавский (доклад);

3. III Съезд биофизиков России, 24-29 июня 2004 г., Воронеж;
Д.С.Чернавский (пленарный доклад);

3. III Съезд биофизиков России, 24-29 июня 2004 г., Воронеж;
Д.С.Чернавский (пленарный доклад), А.А.Полежаев (2 доклада);

4. Всероссийская школа "Нелинейные волны-2004", 29 февраля - 7 марта 2004 г., Н.Новгород;
А.А.Полежаев (доклад), А.В.Колобов (доклад);

5. Международная конференция "Хаос-2004", 1-7 октября 2004 г., Саратов;
Е.И.Волков (доклад);

6. I Международная конференция "Динамическое развитие России, единство, самоорганизация, управление", 16-18 июня 2004 г., Москва;
Д.С.Чернавский (пленарный доклад);

7. Школа-интенсив РДР центра;
Д.С.Чернавский (доклад);

8. 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 в 2004 году:
  1. E.I.Volkov, E.Ullner, A.A.Zaikin, J.Kurths
    "Frequency-dependent stochastic resonance in inhibitory coupled excitable systems", Phys.Rev.E68, 061112, 2003;
  2. 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);
  3. 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;
  4. 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 в 2004 году:
  1. 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;
  2. 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;
  3. 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;
  4. 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;
  5. Колобов А.В., Полежаев А.А.
    "Моделирование роста и прогрессии опухоли", Тезисы докладов III Съезда биофизиков России, Воронеж, 2004. Том 1, стр.345-346;
  6. Полежаев А.А.
    "Структурообразование, обусловленное встречными конвективными потоками", Математическое моделирование, 2004, т.16(4), сс.41-46;
  7. 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;
  8. 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;
  9. Чернавский Д.С., Чернавская Н.М., Малков С.Ю., Малков А.С.
    "Модель борьбы условных информаций", Биофизика (в печати);
  10. 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;
  11. Чернавская Н.М., чернавский Д.С., Тихонов А.Н.
    "Коцепция "Белок--Машина", Биологические молекулярные конструкциии", Труды III-его Съезда биофизиков России. Воронеж, 2004;
  12. 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;
  13. 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".
  14. 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.;
  15. 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);
  16. Е.И.Волков
    "Образование предельных циклов в цепочке одинаковых релаксационных осцилляторов, обменивающихся ингибитором, вблизи порога генерации автоколебаний", "Изв. Вузов: Радиофизика" (принято к печати);


 

главная страница научные отчеты как нас найти полезные ссылки карта сайта/поиск top
© 2004, Отделение теоретической физики им.И.Е.Тамма