Материал: В.П.Олейник ОВФПсБО учебное пособие

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского "Харьковский авиационный институт"

В.П. Олейник

ОСНОВЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ С БИОЛОГИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ

Учебное пособие

Харьков “ХАИ” 2006

ВВЕДЕНИЕ

С естественно-научных позиций все изменения, происходящие в окружающем нас пространстве, являются результатом действия и взаимодействия физических полей. Изменения могут носить как макроскопический характер (не затрагивающие в основном строение вещества), так и микроскопический. Общей причиной для этих изменений можно считать изменение энергетического состояния рассматриваемого объекта. Поэтому будем основываться на следующем опре-

делении физического поля. Физическое поле – это особая форма материи, посредством которой осуществляется энергетическое или силовое взаимодействие материальных объектов.

Всовременной физике выделяют два вида фундаментальных физических полей – электромагнитное и гравитационное. Особен-

ностью этих полей является свойство обмена энергией между объектами вне зависимости от наличия вещества между ними. Для удобства рассмотрения явлений энергообмена в веществе вводят понятия акустического и теплового полей. По происхождению физические поля можно разделить на естественные и антропогенные (возникающие в результате деятельности человеческого сообщества).

Вданном учебном пособии объектом рассмотрения являются живые организмы, которые в процессе жизнедеятельности и эволюции как подвергаются действию внешних источников физических полей, так и сами являются их источниками. Поэтому наиболее общие вопросы взаимодействия физических полей с биологическими объектами рационально рассматривать с позиций экологии.

По использованию методов описания конкретных явлений рассматриваемые вопросы можно отнести к биофизике. Начало развития таких подходов относят к теории о цветном зрении, выдвинутой еще в восемнадцатом веке М.В. Ломоносовым. Дальнейший вклад в биофизику внесли опыты Л. Гальвани по изучению «животного электричества», исследования французского физиолога и физика, основателя первой кафедры биофизики Д’арсонваля в области воздействия переменных токов на биологические объекты (что положило начало методу дарсонвализации – лечению импульсным током высокой частоты, высокого напряжения и малой силы). Среди выдающихся достижений биофизики ХХ века следует выделить расшифровку пространственных структур белка и двойной спирали ДНК.

Поэтому предметом изучения будет совокупность явлений, возникающих при воздействии физических полей на биологические объекты, а целью изучения – использование возникающих явлений в качестве методологической основы для создания диагностических медицинских приборов, конструирования терапевтических аппаратов и систем, определения допустимых доз воздействия физических полей на биологические объекты, включая человека.

3

1. ФИЗИЧЕСКИЕ ПОЛЯ КАК ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Напомним, что экология – это наука о закономерностях формирования и функционирования биологических систем при их взаимодействии с окружающей средой. Поэтому рассматриваемые вопросы (будучи по сути биофизическими) являются составляющей частью экологии и детализируют ее отдельные разделы.

В пределах Земли биологические объекты сосредоточены в биосфере. Биосфера – это оболочка Земли, включающая в себя как область распространения живого вещества, так и само это вещество. Границы биосферы Земли условно изображены на рис.1.1. Общая биомасса Земли составляет около 2,4·1012 т, однако распределена в биосфере неравномерно. До 95 % биомассы сосредоточено в приповерхностном слое, так называемой пленке жизни.

Рис. 1.1. Структура биосферы Земли

Причиной неравномерного распределения живого вещества в пределах биосферы являются экологические факторы. Экологические факторы – это любые условия, оказывающие прямое или косвенное влияние на биологический объект. Выделяют абиотические и биотические факторы.

Абиотические факторы обуславливают действие на биологические объекты неживой природы. К ним относят климатические (тепловой режим, влажность, освещенность), эдафогенные (почвогрунт), орографические (рельеф, высота, глубина), химические (химический состав грунта, воды, воздуха).

4

Биотические факторы – это совокупность влияния жизнедеятельности одних биологических объектов на другие. Среди них различают фитогенные, зоогенные; микробогенные; антропогенные факторы.

Эти две группы экологических факторов в явной, а в большинстве случаев в опосредствованной форме связаны с качественными и количественными характеристиками физических полей.

Пространственные границы пребывания того или иного биологического объекта определяет закон лимитирующего фактора, из которого следует, что недостаток или избыток одного фактора нельзя компенсировать изменением других. Совокупность лимитирующих факторов для данного живого организма формирует экологическую нишу.

Экологическая ниша – это множество лимитирующих экологических факторов, определяющих существование биологического объекта и его функциональные характеристики. Модель экологической ниши можно представить как часть многомерного пространства, положение которого определяется совокупностью координат факторов. Модель экологической ниши для трехмерного случая в координатах атмосферного давления, температуры окружающей среды и ускорения свободного падения показана на рис. 1.2.

P, мм рт. ст.

800

640

243

Т, К 340

Рис. 1.2. Модель трехмерной экологической ниши

Способность биообъектов адаптироваться к изменению границ экологической ниши (изменению экологических факторов) называют экологической валентностью, или пластичностью.

Существуют следующие формы адаптации:

-морфологические – изменение строения организма;

-физиологические – приспособление к составу пищи, газовому составу воздуха или составу воды;

5