научная статья по теме ТРЕХМЕРНАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССОВ ЭНДОГЕННОГО ГОЛОГРАФИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЕМ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЫ БИОСИСТЕМ Энергетика

Текст научной статьи на тему «ТРЕХМЕРНАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССОВ ЭНДОГЕННОГО ГОЛОГРАФИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЕМ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЫ БИОСИСТЕМ»

Теория и проектирование датчиков,

приборов и систем

удк 575.17

ТРЕХМЕРНАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССОВ ЭНДОГЕННОГО ГОЛОГРАФИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЕМ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЫ БИОСИСТЕМ

И.В. Прангишвили, П.П. Гарнсв, Г.Г. Тертышный, Л.В. Мологии, Е.Л. Леонова, Э.Р. Мудаашев

Предложена модификация плоской 2-мерной транспарантно-гопографической модели пространственного развития биосистем с учетом объемных трехмерных процессов в ходе эндогенного (организменного) управления собственным биоморфогенезом. *

Как л в работе [1], основываясь на данных [2], допустим существование в генешко-информацнонных процессах полярнзационно-волнового кода, что развивает ранее предложенную [3,4] модель волнового самоуправления в бносистемах. Нам представляется вероятным наличие в пространстве оптически активного хромосомного жидкокристаллического континуума многоклеточных организмов когерентных световых излучений хромосом некоторого гено-биознакового дискретного динамического диапазона частот и углов поляризации векторов Умона-Пойтинга. Огносительно реальности таких излучении in vivo не приходится сомневаться [10], что подтверждается нашей работой по прямой лазерной накачке ДНК и хромосом in vitro [6]. В биосистеме при таких по-ляризационно- и частотно модулированных пространством организма излучениях происходит резонансный информационно-волновой обмен и кодовое оптическое узнавание волновых сигналов, несущих как генетическую,* так и метаболическую информацию. Нарушения в механизмах такого узнавания, например, при зашумле-нии объемного топографического считывания и распознавания образов, ведут к информационно-хаотическому состоянию волновых систем управления организмом и, прежде всего, в генетическом аппарате. В этом плане важно понять, как голохрафическое кодирование на уровне хромосомного континуума биосистем работает в объемном варианте. Вероятно, основные закономерности оптики [7] должны выполняться и объяснял, сверхслабые знаковые световые процессы, происходящие в организмах. Это один »13 этапов волнового управления биосистемой на фотонном уровне. Однако волновая рефляция метаболизмом организмом этим не ограничивается, но включает в себя также и управление поляризациями радиоволн, связанными с модуляционными поляри-

зациями фотонных полей при квантово-нелокалыюм переходе фотоны —» радиоволны. Этот механизм подробно рассмотрен нами в [ 11 ].

Учитывая многослойное строение топографических транспарантов, известных в технике, и многослойные жидкокристаллические упаковки хромосом [5], рассматриваемые нами как аналоги транспарантов, можно представить многократное и избыточное наложение одних и тех же восстановленных образов, каждый 1« которых является одновременно и голограммой-транспарантом и просто транспарантом для случая его повреждения. Причем, при существенной степени повреждения транспарант реконструирует изображение с меньшим разрешением, чем тог, который не был поврежден. При суммарном нарастании объемной массы в процессе развития из яйцеклетки биоснстема приобретает новые калибровочные (разметочные) градиенты света при его дифракции на ее клеточно-тканевых (в том числе хромосомных) объемных структурах-аналогах голограмм (биоголограмм). При этом длины реконструирующих волн могут существенно возрастать, достигая в упругих волнах сантиметрового и дециметрового диапазонов. Градиенты этих волн управляют геометрическими параметрами растущих и развивающихся структур эмбриона.

Для классификации голограмм используют параметр

О = 2тди1 / (пА7),

1де л - средний коэффициент преломлении хромосомного транспаранта;

с! - толщина транспаранта; А - длина волны голографирования транспаранта; Д-расстояние между интерференционными плоскостями.

Принято считать голограмму толстой (объемной) при значении ()> 10, а при значении Q< 1 - тонкой (шюс-

Датчини и Системы • №1, 2001

3

кой). При средних значениях, когда 1 < Q< 10,гочофам-мы обладают свойствами как плоской, так и объемной голофаммы.

Рассмотрим процесс амплитудной и фазовой записи как тонких, так и толстых биоголограмм. Пространственное изменение амплитудного пропускания света через клеточно-тканевые биослои можно выразить в виде: х(х) = Uy/U0. Это выражение характеризует амплитудную биоголограмму.

Амплитудное пропускание в оптике определяют обычно как отношение интенсивностей прошедшею и падающего лучей когерентного света: Т- /у / /0.

Обе величины связаны соотношением: Г = I т |2.

Линейная запись может быть описана выражением x=T+{dxldW)4(W-W). (1)

Производная (dx/dlV)? определяет кругизну характеристики вблизи рабочей точки так называемой передаточной характеристики, определяемой уравнением (1).

Пространственная модуляция интенсивности света в интерференционном иоле

/ = А* + Aj + 2А,А2 cos(Ф2 - Ф,)

в результате воздействия на регистрирующий транспарант фиксируется как пространственная модуляция амплитудного пропускания развивающейся послойно биоткани.

В соответствии с выражением (1) можно записать т = т + (dx / dW )т 2 Ах Лг t cos (Ф2 - Ф,) (2)

поскольку W = A,J + А\.

Величины т и (dx/dlV)^ характеризуют определен-иую структурную (пространственную) конфигурацию того или иного фраз мента биосистемы, а т - это функция пространственных координат, равная в свою очередь Фг-Фг

Вещества, входящие в состав организма и составляющие его, различным образом взаимодействуют со светом (записывают информацию), что влияет па амплитуду проходящего через биоткани световой волны, а от фазовой структуры биоткани зависит фазовая задержка в этой биоструктуре. Такая фазовая задержка определяется разностью хода 5:

Ф = (2п/\П)Ь. (3)

где Хв-длина световой волны в пространстве рассматриваемой биоткани, // — коэффициент преломления этой биоткани.

Сопоставляя формулу (3) с известным уравнением

\п = V/v~(V/c)\ = \/п, получим Ф = (2п/\)5.

Фазовую структуризацию ноля световой волны бно-система осуществляет как путем пространственной модуляции коэффициента преломления локальной биоткани, т.е. ее вещественного состава, так и модуляцией длины оптического пути в биоткани, т.е. посредством изме-

нения толщины нарастающей) транспаранта (фрагаента биосистемы). Кроме того, фазовая структура может задаваться сложным построением поверхностного рельефа биомембран, эндоплазматичесиого ретикулума, фа-ниц раздела жидкокристаллических фаз жидких кристаллов хромосом и т.д. На такой поверхности свет; дифрагируя, создает сложный узор спекл-картины, которая также может являться информационно-голофафической системой управления ростом, развитием и поддержанием биосистемы в заданных рамках геометрической структуры.

Анализируя фазовую структуру биоголографических объемных транспарантов, офаничимся случаем линейного отклика формируемого биоматериала, т.е. линейной зависимостью фазы световой волны от количества внешнего и внутреннего освещения. При этом внешнее освещение носит естественный характер (например, солнечное освещение), а внутреннее формируется в биосистемах за счет эндогенных лазероподобных процессов в молекулах ДНК хромосом и в белках [4,6].

У = Ч7 + (сГ¥Ш )(1У - (4)

При этом амплитудное пропускание биотканей является комплексной величиной, т.е.:

т -е/Ч». (5)

Абсолютная величина пропускания рассматриваемых сред равна единице и изменяется только фазовый член.

Подставив уравнение (4) в (5), получим для случая небольших изменений пропускания света биотканями

т = [1 +1 (с/ "\4d\V) (1У - ЙО]ехр(/ Т), где показательную

функцию ехр[/(*/ -IV)] при необходимости

заменим первыми двумя членами разложения в ряд.

Рассмотрим процесс реконструкции волнового фронта на объемных биоголофаммах. Этот процесс происходит посредством дифракции на трехмерной дифракции Фраунгофера плоской волны на плоском фра|-менте объемной биорешетки, в качестве которых могут выступать жидкокристаллические среды биосистемы. Их можно рассматривать как совокупность равноудаленных изо-фазных плоскостей. При падении света на фра1мснт объемной бпоголофаммы под углом 0С. амплитуда дифрагированного излучения определяется согласно выражению (12), приведенному в нашей работе [1]: н/2

= ^ |т(.г')ехр[-/Л'(ш/-т^х^сЬс -н/2

В данном случае опускаются квадратичные члены в показателе экспоненты; коэффициент К содержит в себе все константы; х(х') - амплитудное пропускание фрагмента голофаммы биосистемы; т/ и тс направляющие косинусы реконструирующей и дифрагированных волн.

Приведенное уравнение описывает дифракцию Фраунгофера на плоском фрагменте объемной биоголофам-

мы. Для трехмерной решетки предположим, что это уравнение описывает дифракцию на элементарном слое, который можно считать биорешеткой из-за того, что тонкий слой производит такое же дифракционное рассеивание как на обычных топографических тонких решетках толщиной dz\ а результирующая амплитуда определяется суммой волн, дифрагированных на отдельных элементарных транспарантах. Подобный подход является решением задачи в первом приближении. В этом случае дан-нос уравнение необходимо дополнить дифракционным интегралом по сечению биофрагмента голограммы, перпендикулярному ее поверхности.

В результате получим

11/2 h/2

Ud(m,,l,) = K Jt /т(дг',z')x

хехр[/Л'(т/-mc)x']cxp[ik'(l, -tc)z'\dx'dz •

где/- направляющие косинусы.

В случае, если реконструирующая и дифрагированная бноволны образуют с осью z' углы 0(. и 0; соответственно условию падения волны на поверхность фрагмента под углом, направляющие косинусы будут равны:

lc - cos 0С. /, = cos О,

тс - sin 0( mt - sin 0,.

Функция т(.*\ z') выражает «амплитудное пропускание объемной бнорешетки» и употребляется но аналогии с luiocKoñ гол©1раммой, хотя такая аналогия является первым приближением к реальной ситуации.

Интенсивность интерференционного поля, образованного референтной и объектной волнами, как обычно определяется следующим образом [7]:

/ = (ис+ил)(ис + М*)* = 4 + 4 + 2 ASAK С0Б(фк-<1>S)U)

Разность фаз Ф - <I\определена соотношением Фк-Ф5-k\\s ¡п0я - si n 0?) + te'(cos О* - eos О v). (8)

В последнем уравнении тригонометрические функции можно заменить направляющими косинусами:

lK~ cosGft ls = cos 0S

тя m sin 0Д ins = sin 0Д.

Тепе

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Энергетика»