Информация.
Система получения
биологической
информации Слово «информация» означает совокупность сведений, данных, передачу сообщений. Источником информации может служить всякое явление или событие, однако оно должно иметь смысл и являться сигналом к действию. Представление о том, что информацию получает только человек, является субъективным. На самом деле это понятие имеет более широкий смысл. Так, непрерывное регулирование работы внутренних органов животных и систем развития растений связано с передачей информации.
Передача, получение и переработка информации свойственны системам достаточно сложно организованным, специфическая особенность которых заключается в наличии процессов управления. Замечательной особенностью информации является то, что она уничтожает незнание, уменьшает неопределенность. Физическим носителем информационного сигнала могут быть всевозможные виды материи. Сами сигналы должны удовлетворять требованиям изоморфизма — соответствия физически различных явлений, при котором не искажается содержание передаваемого сообщения. Нарушение изоморфизма приводит к искажению информации. Информационные процессы имеют место при работе любых систем управления — от процессов передачи наследственных признаков до процессов общения между людьми и машинами.
Для получения и фиксации информации о состоянии и параметрах биологической системы применяются датчики биологической информации. В некоторых случаях биоинформация связана с электрическим сигналом, использование которого предпочтительнее, так как электронные устройства позволяют его усиливать, передавать на расстояние и регистрировать. Снятый и усиленный электрический сигнал передается к регистрационному (измерительному) прибору. Во многих случаях датчики, усилитель и регистрирующий прибор конструктивно оформлены как единое устройство. Однако измерительная часть может находиться и на расстоянии от биологической системы, такие измерения относят к биотелеметрии. Датчики информации подразделяются на генераторные, которые под воздействием измеряемого сигнала генерируют напряжение или ток, и параметрические, у которых под воздействием какого-либо фактора изменяется параметр датчика. Однако к информации удобнее подойти как к неэлектрической величине. В этом случае используют измерительные преобразователи — устройства, преобразующие измеряемую или контролируемую величину в сигнал, удобный для передачи, дальнейшего преобразования или регистрации, конечным элементом технической системы является измерительное устройство, отображающее или регистрирующее биоинформацию.
Датчики характеризуются функцией преобразования — функциональной зависимостью выходной величины от входной, которая описывается аналитическим выражением  или графиком. Чувствительность датчика  показывает, в какой мере выходная величина реагирует на изменение входной:  . При работе с датчиками следует учитывать погрешности, причинами которых могут быть: температурная зависимость функции преобразования; непостоянство функции преобразования во времени; обратное воздействие датчиков на биологическую систему, приводящее к изменению показаний; инерционность датчика.
Физические измерения в биологии. Большинство измерений в биологии является измерениями физических или физико-химических величин. В количественных измерениях — давления крови, временной зависимости биопотенциалов, оптической силы глаза, вязкости крови, концентрации сахара, соли, дозы ионизирующего излучения, отсутствие информации подобного рода может повлиять на состояние биологического объекта, причинить вред. Количественная оценка параметров среды, окружающей человека и биологических объектов (влажность воздуха, температура, атмосферное давление), является необходимым условием профилактики заболеваний. Всевозможные физические измерения в биологии могут быть классифицированы либо по функциональному признаку, либо по принадлежности к соответствующему разделу физики. Физическая классификация более близка структуре нашего курса, поэтому она и приведена ниже в таблице 12.
Таблица 12
Физические измерения в биологии
|
Физическое измерение
|
Измеряемые величины
|
Механическое
|
Антропометрические параметры тела, перемещение скорость и ускорение частей тела, крови, воздуха, акустические измерения, давление крови и жидкостей в организме и окружающей среде, вибрации и др.
|
Теплофизическое
|
Температура органов, частей тела и окружающей среды, калориметрические измерения биологических объектов, продуктов питания и т.д.
|
Электрическое и магнитное
|
Биопотенциалы, индукция магнитного поля сердца, концентрация ионов и т.д.
|
Оптическое
|
Оптические характеристики биологических сред, характеристики ультрафиолетового, инфракрасного и видимого света, колориметрические измерения, и т.д.
|
Атомное и ядерное
|
Ионизирующее излучение (дозиметрия) и защита от него, скорости кровотока и работы внутренних органов — методом ядерного магнитного резонанса
|
Заключение Физико-математические знания являются существенным элементом высшего биолого-экологического образования. Изучение физических явлений и закономерностей не только позволяет получить определенный фактический материал, способствующий формированию будущего специалиста, но и иллюстрирует процесс познания природы.
Содержание пособия, хочется надеяться, будет способствовать пониманию многих физических явлений, результаты научного изучения которых легли в основу создания методов исследования, применяемых в биологической науке. Естественно, что малый объем учебного времени, отводимого на изучение данной дисциплины, не позволил раскрыть физику многих явлений природы, и ощущение того, что содержание пособия страдает ограниченностью, совершенно естественно. Автор постарался минимизировать содержание излагаемого материала, поскольку время, отводимое государственным образовательным стандартом на изучение этой дисциплины, составляет всего 30 часов.
Но это должно пробуждать в читателе желание самому принять участие в изучении физики непознанных явлений и процессов природы, которые могут стать объектами исследования для молодых естествоиспытателей, особенно в настоящее время, когда открытия совершаются на стыке различных наук. В современной науке накоплен достаточно большой объем знаний в области физики и биологии. Хочется надеяться, что знание физики природных явлений и процессов позволит разрешить проблемы, существующие перед человечеством.
Примерные темы для рефератов и докладов
Биологические проблемы космических полетов.
Биопотенциалы и их регистрация.
Биофизические основы действия ионизирующих излучений на организм.
Вестибулярный аппарат как инерциальная система ориентации.
Вероятностные закономерности в физике и биологии.
Влияние ускорений на живые организмы.
Голосовой и слуховой аппараты человека.
Действие тока на ткани организма.
Естественно-научные модели происхождения жизни.
Защита от проникающего излучения.
Защита от электромагнитных волн.
Исследование биологических тканей в поляризованном свете.
Оценка биологического действия ионизирующего излучения.
Модель Большого Взрыва и расширяющейся Вселенной.
Методы регистрации радиоактивного излучения.
Общенаучное значение энтропии.
Организм как открытая система.
Перенос ионов через биологические мембраны.
Процессы диффузии в живой природе.
Реактивное движение в природе.
Роль симметрии и асимметрии в научном познании.
Специальные приемы оптической микроскопии.
Усиление биоэлектрических сигналов.
Физические методы исследования в биологии.
Физические модели кровообращения.
Физические свойства и параметры биологических мембран.
Физические процессы в биологических тканях при воздействии электромагнитным полем.
Фотобиологические процессы.
Эволюция научных взглядов на природу вещества и поля.
Элементы механики опорно-двигательного аппарата человека.
Список рекомендуемой литературы
Борзенков, В.Г. Биология и физика / В.Г. Борзенков. — М.: Знание, 1982. — 45 с.
Вейнберг, С. Первые три минуты. Современный взгляд на происхождение Вселенной / С. Вейнберг. — М.: Мир, 1981. — 243 с.
Горелов, А.А. Концепции современного естествознания / А.А. Горелов. — М.: Центр, 1998. — 208 с.
Грин ,Н. Биология: В 3-х т.: Пер. с англ. / Н. Грин, У. Стаут, Д. Тейлор / Под ред. Р. Сопера. — М.: Мир, 1990. — 368 с.
Детлаф, А.А. Курс физики: Учеб. пособие для втузов / А.А.Детлаф, Б.М.Яворский. — М.: Высшая школа, 1989. — 608 с.
Ильченко, В.Р. Перекрестки физики, химии и биологии / В.Р. Ильченко. — М.: Просвещение, 1986. — 96 с.
Кац, Ц.Б. Биофизика на уроках физики: Кн. для учителя: Из опыта работы. — 2-е изд., перераб. / Ц.Б. Кац. — М.: Просвещение, 1988. — 159 с.
Ливенцев, Н.М. Курс физики для медвузов: Учебник. Изд. 5-е, перераб. / Н.М. Ливенцев. — М.: Высшая школа, 1974. — 648 с.
Мезенцев, В.А. В лабиринтах живой природы / В.А. Мезенцев. — М.: Моск. рабочий, 1983. — 243 с.
Морозов, В.П. Занимательная биоакустика / В.П. Морозов. — М.: Знание, 1983. — 45 с.
Муранов, А.П. В мире необычных и грозных явлений природы / А.П.Муранов. — М.: Знание, 1984. — 51 с.
Реброва, Л.В. Живые организмы в космосе / Л.В. Реброва. — М.: Просвещение, 1983. — 67 с.
Ремизов, А.Н. Медицинская и биологическая физика / А.Н.Ремизов. — М.: Высшая школа, 1987. — 638 с.
Суорц, Кл.Э. Необыкновенная физика обыкновенных явлений: Пер. с англ. В 2-х т. / Кл. Э. Суорц. — М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат лит., 1986. — 400 с.
Тарасов, Л.В. Физика в природе: Кн. для учащихся / Л.В. Тарасов. — М.: Просвещение, 1988. — 351 с.
Трофимова, Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова. — М.: Высшая школа, 1998. — 396 с.
Физики изучают жизнь: Сб. / Ред. Л.Н. Жукова. — М.: Знание, 1983. — 53 с.
Шредингер, Э. Что такое жизнь? С точки зрения физика / Э.Шредингер. — 2-е изд.— М.: Атомиздат, 1972. — 88 с.
Учебное издание
Валерий Ильич. Гриценко
Физика природных явлений и процессов
Учебное пособие
для студентов, обучающихся по специальности
«Биология»
Редактор М.Б. Иванова
Корректор Н.Н.Дробышева
Изд. л. ИД №01591 от 19.04.2000.
Подписано в печать 8.07.04. Формат 60х84 1/16.
Бумага офсетная. Гарнитура "Times". Уч.-изд.л. 5,26. Усл. печ.л. 6,5.
Тираж 100 экз. Заказ №.
Издательство "Николаев",
г.Балашов, Саратовская обл., а/я 55.
Отпечатано с оригинал-макета, изготовленного издательской группой
Балашовского филиала Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского.
412300, г. Балашов, Саратовская обл., ул. К. Маркса, 29.
Печатное агентство "Арья",
ИП " Николаев", Лиц. ПЛД № 68-52
412340, г. Балашов, Саратовская обл., ул. Советская, 164а,
E-mail: arya@balashov.san.ru
В.И. Гриценко
Физика
природных явлений
и процессов
Балашов 2004
|
