АСФАЛЬТИРОВАНИЕ, устройство асфальтобетонных покрытий на автомобильных дорогах, улицах, аэродромах и т. п. путём укладки и уплотнения асфальтобетонной смеси по предварительно подготовленному основанию. В зависимости от назначения покрытия асфальтобетонную смесь (асфальтобетон) укладывают в один или два слоя на основание из щебня, гравия (нежёсткое основание) или бетона (жёсткое основание). Нижний слой толщиной 4-5 см устраивают из крупно- или среднезерни-стой смеси с остаточной пористостью 5-10% ; верхний слой толщиной 3-4 см-из средне- или мелкозернистой смеси (остаточная пористость 3-5%). При тяжёлых нагрузках и интенсивном движении транспорта покрытия устраивают 3-4-слойными общей толщиной 12-15 см. АСФАЛЬТИРОВАНИЕ начинается с очистки основания от пыли и грязи механич. дорожными щётками и поливомоечными машинами, исправления неровностей основания, обработки его поверхности жидким битумом или битумной эмульсией. Асфальтобетонная смесь приготовляется в асфальтобетоно-смесителях на стационарных или полустационарных заводах (установках), доставляется на место автомобилями-самосвалами и загружается в приёмный бункер асфалътобетоноукладчика, к-рый укладывает, разравнивает и предварительно уплотняет смесь. Окончат. уплотнение осуществляется катками дорожными. .
КОММУНАЛЬНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО, отрасль строительства, занятая сооружением объектов, связанных с обслуживанием жителей городов, посёлков городского типа, районных сельских центров и населённых пунктов сельской местности. В числе этих объектов: системы водоснабжения и канализации с очистными сооружениями и сетями; сооружения городского электрического транспорта с путевым, энергетическим хозяйством, депо и ремонтными предприятиями; сети газоснабжения и теплоснабжения с распределительными пунктами, районными и квартальными котельными; электрические сети и устройства напряжением ниже 35 кв; гостиницы; городские гидротехнические сооружения; объекты внешнего благоустройства населённых мест, озеленения, дороги, мосты, путепроводы, ливнестоки; предприятия санитарной очистки, мусороперерабатывающие и др. Планомерное развитие КОММУНАЛЬНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА в СССР началось ещё в 1-й пятилетке и осуществлялось нарастающими темпами до начала Великой Отечеств, войны 1941-45. В годы 4-й пятилетки (1946-50) проводились работы по восстановлению объектов коммунального назначения, разрушенных во время нем.-фаш. оккупации. В последующие годы КОММУНАЛЬНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО велось высокими темпами в связи с бурным развитием промышленности, культуры, увеличением численности городов и посёлков городского типа .
ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО, теория и практика планировки и застройки городов (см. Город). ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО определяют социальный строй, уровень развития производственных сил, науки и культуры, природно-климатичие условия и национальные особенности страны. ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО охватывает сложный комплекс социально-экономических, строительно-технических, архитектурно-художественных, а также санитарно-гигиенических проблем. Общим для ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО досоциалистических формаций является большее или меньшее влияние на него частной собственности на землю и недвижимое имущество..
ЗЕЛЁНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО, составная часть современного градостроительства. Городские парки, сады, скверы, бульвары, загородные парки (лесопарки, лугопарки, гидропарки, исторические, этнографические, мемориальные), национальные парки, народные парки, тесно связанные с планировочной структурой города, являются необходимым элементом общегородского ландшафта. Они способствуют образованию благоприятной в санитарно-гигиеническом отношении среды, частично определяют функциональную организацию городских территорий, служат местами массового отдыха трудящихся и содействуют художественной выразительности архитектурых ансамблей. При разработке проектов садов и парков учитывают динамику роста деревьев, состояние и расцветку их крон в зависимости от времени года.
| есятков г/м2. Б. зообентоса часто меньше Б. зоопланктона. В более продуктивных озёрах она достигает 10-30 г/м2, т. е. 100-300 кг/га. Б. рыб в озёрах средней и высокой продуктивности-порядка 75-150 кг/га.
Закономерности географич. распределения и продуцирования Б. интенсивно изучаются в связи с решением вопросов рационального использования биологич. продуктивности и охраны биосферы Земли.
В. И. Вернадский в своём учении о биосфере и геологич. роли живой природы привлёк внимание к определению общей Б. всех форм жизни на Земле. Об этой величине можно судить только по грубым оценкам, подлежащим дальнейшему уточнению. Наиболее велика Б. лесов; так, общий запас древесины исчисляют примерно в 300 млрд. т сухого вещества. Среди наземных животных Б. почвенных животных близка к 0,5 млрд. m сухого вещества, общая Б. всех прочих животных суши на 1-2 порядка величин меньше. Согласно расчётам сов. гидробиолога В. Г. Богорова, общая Б. всех растит, организмов океана - 1,7 млрд. т, животных -32,5 млрд. т сырого вещества, т. е. в круглых цифрах 0,3 и 6 млрд. т сухого вещества. Общая Б. бактерий и других микроорганизмов ещё не поддаётся определению, но, несомненно, она выражается значит, величинами и в биоценозах суши превосходит Б. животных.
Лит.: Зенкевич Л. А., Биология морей СССР, М., 1963; Родин Л. Е. и Базилевич Н. И., Динамика органического вещества и биологический круговорот зольных элементов и азота в основных типах растительности земного шара, М.- Л., 1965; Дювиньо П. и Ганг М., Биосфера и место в ней человека, пер. с франц., М , 1968. Г. Г. Винберг, Ю. И. Чернов.
БИОМЕТРИЯ (от био... и ...метрия), раздел биологии, содержанием к-рого являются планирование и обработка результатов количеств, экспериментов и наблюдений методами математической статистики. При проведении биологич. экспериментов и наблюдений исследователь всегда имеет дело с количеств, вариациями частоты встречаемости или степени проявления различных признаков и свойств. Поэтому без специального статистич. анализа обычно нельзя решить, каковы возможные пределы случайных колебаний изучаемой величины и являются ли наблюдаемые разницы между вариантами опыта случайными или достоверными. Математико-статистич. методы, применяемые в биологии, разрабатываются иногда вне зависимости от биологич. исследований, но чаще в связи с задачами, возникающими в биологии, с. х-ве и медицине.
Б.как самостоятельная дисциплина сложилась к концу 19 в. в результате работ ф. Гальтона (Англия), внёсшего большой вклад в создание корреляционного и регрессионного анализа (см. Корреляция, Регрессия), и К. Пирсона - основателя крупнейшей биометрич. школы, подробно проанализировавшего, в частности, осн. типы распределений, встречающиеся в биологии; он предложил один из самых распространённых статистич. методов -"хи-квадрат" критерий, и развил теорию корреляции. Методология совр. Б. создана гл. обр. Р. А. Фишером (Англия), основавшим свою биометрич. школу. Фишер впервые показал, что планирование экспериментов и наблюдений и обработка их результатов - две неразрывно связанные задачи статистич. анализа. Он заложил основы теории планирования эксперимента, предложил ряд эффективных статистич. методов (в первую очередь, дисперсионный анализ), естественно вытекающих из своеобразия биологич. эксперимента, и развил теорию малых выборок, начатую англ, учёным Стьюдентом (В. Госсетом). Значит, роль в распространении биометрич. идей и методов сыграли рус. учёные В. И. Романовский, А. А. Сапегин, Ю. А. Филипченко, С. С. Четвериков и др.
Применение математико-статистич. методов в биологии по существу представляет выбор нек-рой статистич. модели, проверку её соответствия эксперимент, данным и анализ статистич. и биологич. результатов, вытекающих из её рассмотрения. Выбор той или иной модели в значит, мере определяется биологич. природой эксперимента. Любая модель содержит ряд предположений, к-рые должны выполняться в данном эксперименте; обязательно предположение о случайности выбора объектов из общей совокупности; очень распространено предположение об определённом типе распределения исследуемой случайной величины. Планирование эксперимента стало самостоят, разделом Б., располагающим рядом методов эффективной постановки опыта (различные схемы дисперсионного анализа, последоват. анализ, планирование отсеивающих экспериментов и т. д.). Эти методы позволяют резко сократить объём эксперимента для получения того же кол-ва информации. При обработке результатов экспериментов и наблюдений возникают 3 осн. статистич. задачи: оценка параметров распределения - среднего, дисперсии и т. д. (напр., установление пределов случайных колебаний процента больных, у к-рых наблюдается улучшение состояния при лечении каким-то испытываемым лекарств, препаратом); сравнение параметров разных выборок (напр., решение вопроса, случайна или достоверна разница между средними урожаями изучаемых сортов пшеницы); выявление статистич. связей - корреляция, регрессия (напр., изучение корреляции между размерами или массой разных органов животного или изучение зависимости частоты повреждения клеток от дозы ионизирующих излучений). Для решения экспериментальных задач наиболее эффективно применение методов многомерной статистики, позволяющих одновременно оценить не только влияние неск. разных факторов, но и взаимодействие между ними; эти методы находят всё большее применение и для решения задач систематики. Широкое распространение получили и непараметрические методы, не содержащие предположений о характере распределения случайной величины, но уступающие по эффективности параметрич. методам. В связи с запросами практики интенсивно разрабатываются методы изучения наследуемости, выборочные методы и изучение динамич. процессов (временные ряды).
Работы по Б. публикуются в журналах "Biometrica" (L., 1901 -); "Biometrics" (Atlanta, 1945-); "Biometrische Zeitschrift" (В., 1959-), а также в различных биологич., с.-х. и мед. журналах.
Лит.: Б е й л и Н., Статистические методы в биологии, пер. с англ., М., 1963; Рокицкий П. Ф., Биологическая статистика, 2 изд., Минск, 1967; Снедекор Дж. У., Статистические методы в применении к исследованиям в сельском хозяйстве и биологии, пер. с англ., М., 1961; Урбах В. Ю., Биометрические методы, 2 изд., М., 1964; Финни Д. Д., Применение статистики в опытном деле, пер. с англ., М., 1957; его ж е, Введение в теорию планирования экспериментов, пер. с англ., М., 1970; Фишер Р. А., Статистические методы для исследователей, пер. с англ., М., 1958; X и л л Б., Основы медицинской статистики, пер. с англ., М., 1958; Хикс Ч., Основные принципы планирования эксперимента, пер. с англ., М., 1967; Fisher R. A., The design of experiments, Edinburgh-L., 1960. Н. В. Глотов, А. А. Ляпунов, Н. В. Тимофеев-Ресовский.
БИОМЕХАНИКА (от био... и механика), раздел биофизики, изучающий меха-нич. свойства живых тканей, органов и организма в целом, а также происходящие в них механич. явления. Термином "Б." ранее также наз. отрасль эмбриологии - механику развития, чаще называемую экспериментальной эмбриологией. Обычно термин "Б." применяют к учению о движениях человека и животных. Однако в сер. 20 в. границы исследований по Б. расширились: Б. дыхательного аппарата (см. Дыхание) изучает его эластич. и неэластич. сопротивление, кинематику (т. е. геометрич. характеристику движения) и динамику дыхат. движений, а также др. стороны деятельности дыхат. аппарата в целом и его частей (лёгких, грудной клетки); Б. кровообращения изучает упругие свойства сосудов и сердца, гидравлич. сопротивление сосудов току крови, распространение упругих колебаний по сосудистой стенке, движение крови, работу сердца и др. (см. Гемодинамика); Б. движений, основываясь на данных анатомии и теоретич. механики, исследует структуру органов движения, характер приложения мышечных сил, вызывающих движения в суставах, кинематику сочленений, распределение массы тела по его звеньям, закономерности движения этих звеньев и тела в целом, определяет характер, направление и значение действующих сил. Биомеханич. характеристика движения составляется на основе данных структурного, кинематич. и динамич. анализа. При структурном анализе определяют кол-во степеней свободы кинематич. цепей тела, их характер (открытые, замкнутые); кинематич. анализ даёт характеристику движения (траектории, скорости и ускорения); динамический - выявляет картину взаимодействия внутр. и внеш. сил. Чаще всего задача биомеханич. исследования сводится к определению картины действующих сил по кинематич. характеристикам движения. Это позволяет оценить экономичность движения, степень использования как внеш., так и мышечных сил и судить о механизмах координации и регуляции движений. В этой части Б. тесно соприкасается с физиологией движений. Др. задача биомеханич. исследования - изучение отд. положений тела (стояние, сидение и др.). При этом определяют значения статич. моментов, положение общего центра тяжести тела по отношению к опоре, степень устойчивости тела в данном положении, т. е., по существу, устанавливают и характер взаимодействия внутр. и внеш. сил. Решение таких задач также связано с физиологией, с учением о положении и равновесии тела в пространстве.
В исследованиях по Б. используются разнообразные методы регистрации перемещений, скоростей, ускорений изучаемых движений. Наиболее употребительны оптич. методы: ускоренная киносъёмка, циклография, кимоциклография и др. С их помощью определяют пространств, перемещения тела, перемещения его звеньев друг относительно друга, рассчитывают линейные и угловые скорости и ускорения, действующие силы. Используются в Б. также методы электрич. регистрации механич. величин с помощью механотронов, датчиков угловых перемещений, опорных динамографов.
История Б. Начало исследованиям по Б. было положено итал. учёным Леонардо да Винчи, изучавшим движения человека с позиций анатомии и механики. Значит, влияние на развитие Б. оказал итал. натуралист Дж. Борелли, к-рый рассматривал организм как машину и стремился объяснить дыхание, движение крови и работу мышц с позиций механики. В книге "О движении животных" (1680-81) он даёт механич. анализ движений звеньев тела человека и животных при ходьбе, беге, плавании. Экспериментальное изучение ходьбы человека осуществили нем. учёные Э. и В. Веберы (1836), В. Брауне и О. Фишер (1895), франц. учёный Э. Марей (1894), амер.-У. О. Фенн (1935), X. Элфтмен (1938). Изучению механики живых тканей посвящены работы амер. учёных Ф. Г. Эванса (1957), Г. Фроста (1964); Б. дыхания исследовал амер. учёный Дж. Л. Клеменс (1965), гемодинамику изучали его соотечественники Г. М. Тейлор (1953), Э. О. Эттингер (1964). Развитие Б. в России связано с работами по теоретич. анатомии П. Ф. Лесгафта (1905) и книгой И. М. Сеченова "Очерк рабочих движений человека" (1901), содержащей сводку важнейших биомеханич. характеристик движений человека. Исследования по Б. носили вначале прикладной характер и были направлены на рационализацию рабочего места, рабочей позы, формы инструмента, приёмов работы. Они базировались на методике циклографии и циклограмметрии. Детальные исследования локомоций человека были осуществлены Н. А. Бернштейном и его сотрудниками. Проведён биодина-мич. анализ ходьбы здоровых людей, её эволюции у детей и стариков, а также бега, прыжков, марша.
Практич. значение. Исследования в области Б. представляют существенный интерес для разных областей знаний: физиологии труда и спорта, воен. и клинич. медицины, в т. ч. неврологии, ортопедии, травматологии, протезирования. Так, изучение Б. физич. упражнений и спортивных движений способствует раскрытию основ мастерства и разработке научно обоснованной системы тренировки. Изучение рабочих движений человека даёт возможность оценить экономичность того или иного варианта движений и совершенствовать их структуру. Изучение прочности костей, суставов, связок, упруговязких свойств мышц и др. тканей важно для травматологии и ортопедии, для понимания механизмов действия повреждающих факторов и предупреждения травм.
Значит, интерес представляет Б. для протезирования, являясь основой конструирования протезно-ортопедич. изделий. Мн. характеристики опорно-двигат. аппарата используются при проектировании др. технич. систем (см. Бионика).
Так, данные о структуре и механизмах управления -"живыми кинематич. цепями" со мн. степенями свободы (напр., рука, начиная от ключично-лопаточного сочленения, имеет 33 степени свободы, что обеспечивает возможность чрезвычайно разнообразных движений и поворотов) применяются при создании автоматов-манипуляторов и роботов, используемых в различных областях техники.
Ряд биомеханич. показателей состояния кровообращения (см. Баллистокардиография, Динамокардиография) и дыхания учитывают при диагностике и определении показаний к операциям на сердце и лёгких. Исследования Б. дыхания и кровообращения использованы при создании аппарата "сердце - лёгкие".
Лит.: Сеченов И. М., Очерк рабочих движений человека, М., 1901; Лесгаф т П. Ф., Основы теоретической анатомии, 2 изд., ч. 1, СПБ, 1905; Б е р н-ш т е и н Н. А., Общая биомеханика, М., 1926 (имеется библ.); Исследования по биодинамике локомоций, под ред. Н. А. Бернштейна, М.- Л., 1935; Исследования по биодинамике ходьбы, бега, прыжка, под ред. Н. А. Бернштейна, М., 1940; Николаев Л. П., Руководство по биомеханике в применении к ортопедии, травматологии и протезированию, [ч. 1-2], К., 1947-50; Лёгкие. Клиническая физиология и функциональные пробы, пер. с англ., М., 1961; Weber W., Weber Ed., Mechanik der menschlichen Gehwerkzeuge, Gott., 1836; Pulsatile blood flow, ed. E. O. Attinger, N. Y., 1964; Burton A. C., Physiology and biophysics of the circulation, Chi., 1965; Frost Н. М., An introduction to biomechanics, Springfield (111.), 1967. В. С. Гурфинкелъ.
БИОНАВИГАЦИЯ (от био... и навигация), способность животных выбирать направление движения при регулярных сезонных миграциях (на зимовки или к местам размножения). Обеспечивается способностью к ориентации в окружающем пространстве с помощью органов чувств и наследственно закреплёнными реакциями - инстинктами. Значение инстинктов особенно велико в тех случаях, когда перелёты совершают молодые птицы, ни разу ещё не летавшие па зимовку (см. Перелёты птиц). Помимо пернатых, поразительная способность к Б. присуща нек-рым млекопитающим, совершающим дальние сезонные кочёвки (напр., северным оленям, мор. котикам, китам), а также нек-рым пресмыкающимся (напр., морским черепахам). Огромную роль в выборе правильного направления и пути играет взаимодействие животных в кочующей группе; поэтому, напр., перелёты обычно совершаются стаями. Механизмы Б. весьма разнообразны (астронавигация, навигация по наземным ориентирам и т. п.) и изучены ещё недостаточно. Н. П. Наумов.
БИОНИКА (от греч. bion - элемент жизни, букв.- живущий), наука, пограничная между биологией и техникой, решающая инженерные задачи на основе анализа структуры и жизнедеятельности организмов. Б. тесно связана с биологией, физикой, химией, кибернетикой и инженерными науками - электроникой, навигацией, связью, мор. делом и др.
Идея применения знаний о живой природе для решения инженерных задач принадлежит Леонардо да Винчи, к-рый пытался построить летательный аппарат с машущими крыльями, как у птиц,-орнитоптер. Появление кибернетики, рассматривающей общие принципы управления н связи в живых организмах и машинах, стало стимулом для более широкого изучения строения и функций живых систем с целью выяснения их общности с технич. системами, а также использования полученных сведений о живых организмах для создания новых приборов, механизмов, материалов и т. п. В 1960 в Дайтоне (США) состоялся первый симпозиум по Б., к-рый официально закрепил рождение новой науки.
Осн. направления работ по Б. охватывают следующие проблемы: изучение нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток - нейронов - и нейронных сетей для дальнейшего совершенствования вычислит, техники и разработки новых элементов и устройств автоматики и телемеханики (н е й р о б и о н и к а); исследование органов чувств и др. воспринимающих систем живых организмов с целью разработки новых датчиков и систем обнаружения; изучение принципов ориентации, локации и навигации у различных животных для использования этих принципов в технике; исследование морфологич., физиологич., биохимич. особенностей живых организмов для выдвижения новых технич. и научных идей.
Исследования нервной системы показали, что она обладает рядом важных и ценных особенностей и преимуществ перед всеми самыми совр. вычислит, устройствами. Эти особенности, изучение к-рых очень важно для дальнейшего совершенствования электронно-вычислит. систем, следующие: 1) Весьма совершенное и гибкое восприятие внешней информации вне зависимости от формы, в к-рой она поступает (напр., от почерка, шрифта, цвета текста, чертежей, тембра и др. особенностей голоса и т. п.). 2) Высокая надёжность, значительно превышающая надёжность технич. систем (последние выходят из строя при обрыве в цепи одной или неск. деталей; при гибели же миллионов нервных клеток из миллиардов, составляющих головной мозг, работоспособность системы сохраняется). 3) Миниатюрность элементов нервной системы: при количестве элементов 1010 - 1011 объём мозга человека 1,5 дм3. Транзисторное устройство с таким же числом элементов заняло бы объём в неск. сот, а то и тысяч м3. 4) Экономичность работы: потребление энергии мозгом человека не превышает неск. десятков вт. 5) Высокая степень самоорганизации нервной системы, быстрое приспособление к новым ситуациям, к изменению программ деятельности.
Попытки моделирования нервной системы человека и животных были начаты с построения аналогов нейронов и их сетей. Разработаны различные типы искусств, нейронов (рис. 1). Созданы искусств. "нервные сети", способные к самоорганизации, т. е. возвращающиеся в устойчивые состояния при выводе их из равновесия. Изучение памяти и др. свойств нервной системы - осн. путь создания "думающих" машин для автоматизации сложных процессов производства и управления. Изучение механизмов, обеспечивающих надёжность нервной системы, очень важно для техники, т. к. решение этой первоочередной технической проблемы даст ключ к обеспечению надёжности ряда технических систем (напр., оборудования самолёта, содержащего 105 электронных элементов).
[0352-3.jpg]
Рис. 1. Схематическое изображение нейрона (слева), его модели (в середине) и электрическая схема искусственного нейрона (справа): 1-тело клетки; 2 - дендриты; 3-аксон; 4-коллатерали; 5- концевое разветвление аксона; Рп, Pi, Р2, P1 - входы нейрона; Sn, S1, S2, S1 - синаптические контакты; Р - выходной сигнал; К - пороговое значение сигнала; R1 - R6, Rm - сопротивления; С1-С3 Сm - конденсаторы; Т1 - Т3 - транзисторы; D - диод.
Исследования анализаторных систем. Каждый анализатор животных и человека, воспринимающий различные раздражения (световые, звуковые и др.), состоит из рецептора (или органа чувств), проводящих путей и мозгового центра. Это очень сложные и чувствительные образования, не имеющие себе равных среди технич. устройств. Миниатюрные и надёжные датчики, не уступающие по чувствительности, напр., глазу, к-рый реагирует на единичные кванты света, термочувствительному органу гремучей змеи, различающему изменения темп-ры в 0,001°С, или электрич. органу рыб, воспринимающему потенциалы в доли микровольта, могли бы существенно ускорить ход технического прогресса и научных исследований .
Через наиболее важный анализатор -зрительный - в мозг человека поступает большая часть информации. С инженерной точки зрения интересны следующие особенности зрит, анализатора: широкий диапазон чувствительности - от единичных квантов до интенсивных световых потоков; изменение ясности видения от центра к периферии; непрерывное слежение за движущимися объектами; адаптация к статичному изображению (для рассматривания неподвижного объекта глаз совершает мелкие колебат. движения с частотой 1-150 гц). Для технич. целей представляет интерес разработка искусств, сетчатки. (Сетчатка- очень сложное образование; напр., глаз человека имеет 108 фоторецепторов, к-рые связаны с мозгом при помощи 106 ганглиозных клеток.) Один из вариантов искусственной сетчатки (аналогичной сетчатке глаза лягушки) состоит из 3 слоев: первый включает 1800 фоторецепторных ячеек, второй -"нейроны", воспринимающие положительные и тормозные сигналы от фоторецепторов и определяющие контрастность изображения; в третьем слое имеется 650 "клеток" пяти разных типов. Эти исследования дают возможность создать следящие устройства автоматического распознавания. Изучение ощущения глубины пространства при видении одним глазом (монокулярном зрении) дало возможность создать определитель глубины пространства для анализа аэрофотоснимков.
Ведутся работы по имитации слухового анализатора человека и животных. Этот анализатор тоже очень чувствителен -люди с острым слухом воспринимают звук при колебании давления в слуховом проходе ок. 10 мкн/м2 (0,0001 дин/см2). Технически интересно также изучение механизма передачи информации от уха к слуховой области мозга. Изучают органы обоняния животных с целью создания "искусственного носа" - электронного прибора для анализа малых концентраций пахучих веществ в воздухе или воде [нек-рые рыбы чувствуют концентрацию вещества в неск. мг/м3 (мкг/л)]. Мн. организмы имеют такие анализаторные системы, каких нет у человека. Так, напр., у кузнечика на 12-м членике усиков есть бугорок, воспринимающий инфракрасное излучение, у акул и скатов есть каналы на голове и в передней части туловища, воспринимающие изменения темп-ры на 0,1°С. Чувствительностью к радиоактивным излучениям обладают улитки и муравьи. Рыбы, по-видимому, воспринимают блуждающие токи, обусловленные электризацией воздуха (об этом свидетельствует уход рыб на глубину перед грозой). Комары двигаются по замкнутым маршрутам в пределах искусственного магнитного поля. Нек-рые животные хорошо чувствуют инфра- и ультразвуковые колебания. Нек-рые медузы реагируют на инфразвуковые колебания, возникающие перед штормом. Летучие мыши испускают ультразвуковые колебания в диапазоне 45-90 кгц, мотыльки же, к-рыми они питаются, имеют органы, чувствительные к этим волнам. Совы также имеют "приёмник ультразвука" для обнаружения летучих мышей.
Перспективно, вероятно, устройство не только технич. аналогов органов чувств животных, но и технич. систем с биологич. чувствительными элементами (напр., глаза пчелы - для обнаружения ультрафиолетовых и глаза таракана -для обнаружения инфракрасных лучей). Большое значение в технич. конструировании имеют т. н. персептроны -"самообучающиеся" системы, выполняющие логич. функции опознавания и классификации. Они соответствуют мозговым центрам, где происходит переработка принятой информации. Большинство исследований посвящено опознаванию зрительных, звуковых или иных образов, т. е. формированию сигнала или кода, однозначно соответствующего объекту. Опознавание должно осуществляться независимо от изменений изображения (напр., его яркости, цвета и т. п.) при сохранении его осн. значения. Такие самоорганизующиеся познающие устройства работают без предварит, программирования с постепенной тренировкой, осуществляемой человеком-оператором; он предъявляет изображения, сигнализирует об ошибках, подкрепляет правильные реакции. Входное устройство персептро-на - его воспринимающее, рецепторное поле; при опознавании зрит, объектов - это набор фотоэлементов.
После периода "обучения" персептрон может принимать самостоят, решения. На основе персептронов создаются приборы для чтения и распознавания текста, чертежей, анализа осциллограмм, рентгенограмм и т. д.
Исследование систем обнаружения, навигации и ориентации у птиц, рыб и др. животных - также одна из важных задач Б., т. к. миниатюрные и точные воспринимающие и анализирующие системы, помогающие животным ориентироваться, находить добычу, совершать миграции за тысячи км (см. Миграции животных), могут помочь в совершенствовании приборов, используемых в авиации, мор. деле и др. Ультразвуковая локация обнаружена у летучих мышей, ряда морских животных (рыб, дельфинов). Известно, что морские черепахи уплывают в море на неск. тысяч км и возвращаются для кладки яиц всегда к одному и тому же месту на берегу. Полагают, что у них имеются две системы: дальней ориентации по звёздам и ближней ориентации по запаху (химизм прибрежных вод). Самец бабочки малый ночной павлиний глаз отыскивает самку на расстоянии до 10 км. Пчёлы и осы хорошо ориентируются по солнцу. Исследование этих многочисленных и разнообразных систем обнаружения может многое дать технике.
Исследование морфологических особен н осте и живых организмов также даёт новые идеи для технич. конструирования. Так, изучение структуры кожи быстроходных водных животных (напр., кожа дельфина не смачивается и имеет эластично-упругую структуру, что обеспечивает устранение турбулентных завихрении и скольжение с минимальным сопротивлением) позволило увеличить скорость кораблей. Создана специальная обшивка - искусств. кожа "ламинфло" (рис. 2), к-рая дала возможность увеличить скорость морских судов на 15-20%. У двукрылых насекомых имеются придатки-жужжальца, которые непрерывно вибрируют вместе с крыльями. При изменении направления полета направление движения жужжалец не меняется, черешок, связывающий их с телом, натягивается, и насекомое получает сигнал об изменении направления полёта. На этом принципе построен жиротрон (рис. 3) - вильчатый вибратор, обеспечивающий высокую стабилизацию направления полёта самолёта при больших скоростях. Самолёт с жиро-троном может быть автоматически выведен из штопора. Полёт насекомых сопровождается малым расходом энергии. Одна из причин этого - особая форма движения крыльев, имеющая вид восьмёрки.
[0352-4.jpg]
Рис. 2. Искусственная кожа - обшивка "ламинфло": а - боковой I разрез; б - срез через слой палочек по линии АБ; 1 - верхний слой; 2 - средний слой; 3 -гибкие палочки среднего слоя; 4 - пространство между палочками, заполненное демпфирующей жидкостью (чёрного цвета); 5 - нижний слой; б - корпус модели.
[0352-5.jpg]
Рис. 3. а - схема летящей мухи с колеблющимися по обе стороны тела жужжальцами; б - жужжальце; в - схема жиротрона; ток от генератора посылается попеременно то во внешние, то во внутренние электромагниты, что вызывает колебания вильчатого жировибратора.
Разработанные на этом принципе ветряные мельницы с подвижными лопастями очень экономичны и могут работать при малой скорости ветра. Новые принципы полёта, бесколёсного движения, построения подшипников, различных манипуляторов и т. п. разрабатываются на основе изучения полёта птиц и насекомых, движения прыгающих животных, строения суставов и т. п. Анализ структуры кости, обеспечивающей её большую лёгкость и одновременно прочность, может открыть новые возможности в строительстве и т. п.
Новая технология на основе биохимич. процессов, происходящих в организмах,-также, по существу, проблема Б. В этом плане большое значение имеет изучение процессов биосинтеза, биоэнергетики, т. к. энергетически биологические процессы (напр., сокращение мышц) чрезвычайно экономичны. Одновременно с прогрессом техники, к-рый обеспечивается успехами Б., она приносит пользу и самой биологии, т. к. помогает активно понять и моделировать те или иные биологич. явления или структуры (см. Моделирование). См. также Кибернетика, Биомеханика, Биоуправление.
Лит.: Моделирование в биологии, пер. с англ., под ред. Н. А. Бернштейна, М., 1963; Парин В. В. и Баевский Р. М., Кибернетика в медицине и физиологии, М., 1963; Вопросы бионики. Сб. ст., отв. ред. М. Г. Гаазе-Рапопорт, М., 1967; Мартена В., Бионика, пер. с англ., М., 1967; Крайзмер Л. П., С о ч и в к о В. П., Бионика, 2 изд., М., 1968; Б р а и н е с С. Н., Свечинский В. Б., Проблемы нейроки-бернетики и нейробионики, М., 1968; Библиографический указатель по бионике, М., 1965. Р. М. Баевский.
БИОНОМИЯ (от био... и греч. nomos -закон), отрасль биологии, изучающая образ жизни организмов и их место в экономике природы. Б.- малоупотребительный термин, почти полностью охватываемый понятием экология.
БИОНТ (от греч. bion, род. падеж biontos, букв.- живущий), отдельно взятый организм (индивидуум), приспособившийся в ходе эволюции к обитанию в определённой среде (биотопе). Обычно различают аэробионтов (обитателей суши и воздуха), гидробионтов (водные организмы), геобионтов (обитателей почвы) и паразитов (обитающих в др. организмах). Организмы, способные жить в различных условиях, наз. эврибионтами; организмы, обитающие только в строго определённых условиях,- стенобионтами. Примерами стенобионтов являются - п с а м м о б и о н т ы (обитатели песков), п е т р о б и о н т ы (организмы, живущие на каменистом грунте), ботрибионты (обитатели нор) и т. д.
БИООПТИКА (от био... и оптика), раздел биологии, изучающий совокупность явлений, связанных с использованием живыми организмами света для ориентации (см. Биоориентация). Б. охватывает круг вопросов, рассматриваемых обычно морфологией, физиологией (в т. ч. и нейрофизиологией), оптикой, экологией, этологией.
Определённая ориентация по отношению к источнику света свойственна не только животным, но и растениям и простейшим; нек-рые из простейших уже обладают специализированными органами восприятия света (см. Зрения органы). У высокоорганизованных животных глаз обеспечивает не только восприятие света, но и предметное видение. Глаза могут быть построены по разным принципам. Насекомым и ракообразным свойствен сложный фасеточный глаз, состоящий из мн. омматидиев. В камерных глазах позвоночных животных, головоногих моллюсков, пауков и нек-рых червей оптические элементы - роговица и хрусталик - создают изображение на светочувствительном дне глаза. В глазу морского моллюска гребешка изображение создаётся вогнутым "зеркалом", расположенным позади светочувствительных элементов. Для характеристики глаза как фоторецептора существенны его разрешающая способность, аппарат аккомодации, абсолютная чувствительность, цветоразличение. Наряду со строением, функцией оптич. рецепторного и нервного механизмов глаза и зрительных центров животных, Б. изучает зрительно воспринимаемые средства внутривидового и межвидового общения и сигнализации организмов - световые сигналы; сигнальные раскраски; язык поз, жестов и мимики; предупреждающие и отпугивающие окраски, формы и поведение животных; привлекающие окраски цветов, плодов и ягод. Оптич. средства сигнализации играют огромную роль во мн. ситуациях, требующих от животных координированных действий - в стайной жизни, в согласовании поведения брачных партнёров, родителей и потомства и т. д. Возможность использования зрительного аппарата и его свойства взаимосвязаны с определёнными особенностями среды обитания (интенсивность и спектральный состав освещения, прозрачность воздушной или водной среды и т. д.).
Лит.: Мазохин - Поршняков Г. А., Зрение насекомых, М., 1965; Протасов В. Р., Зрение н ближняя ориентация рыб, М., 1968; Тинберген Н., Поведение животных, пер. с англ., М., 1969.
О. Ю. Орлов.
БИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, научное направление, сложившееся на стыке ряда отраслей химии и биологии. Б. х. возникла во 2-й пол. 20 в. и развивается в тесной связи с молекулярной биологией, биохимией и др. биол. дисциплинами, к-рые одновременно исследуют ряд важнейших типов веществ. Б. х. изучает вещества, лежащие в основе процессов жизнедеятельности, в непосредств. связи с познанием их биол. функции. Осн. объекты Б. х.- биополимеры (белки и пептиды, нуклеиновые к-ты и нуклеотиды, липиды, полисахариды и т. д.), превращения к-рых составляют химич. сущность биол. процессов, и биорегуляторы (ферменты, витамины, гормоны, в т. ч. и фи-тогормоны, и др., а также синтетич. биологически активные соединения, напр, лекарств, препараты, ростовые вещества, инсектофунгициды, гербициды и т. д.), к-рые химически регулируют обмен веществ. Б. х. занимается получением этих веществ в химически чистом состоянии, установлением строения, синтезом, выяснением зависимостей между строением и биол. свойствами, изучением хим. аспектов механизма биол. действия биополимеров, а также природных и синтетич. биорегуляторов. Характерная особенность Б. х.- использование всего комплекса хим. и физ. методов индивидуализации веществ (хроматографич. и электро-форетич. методы, противоточное распределение и др.) и выяснение их строения (ультрафиолетовая, инфракрасная, а также Раман-спектроскопия, ядерный магнитный резонанс, электронный и протонный резонанс, химич. масс-спектрометрия, рентгеноструктурный анализ и т. д.). Решение осн. проблем Б. х. важно для дальнейшего прогресса биологии. Без выяснения строения и свойств важнейших биополимеров и биорегуляторов нельзя познать сущность жизненных процессов, а тем более найти пути управления такими сложными явлениями, как размножение и передача наследственных признаков, нормальный и злокачественный рост клеток, иммунитет, память, передача нервного импульса и мн. др. В то же время изучение высокоспециализированных биологически активных веществ и процессов, протекающих с их участием, может открыть принципиально новые возможности для развития химии, хим. технологии и техники. .К проблемам, решение к-рых связано с исследованиями в области Б. х., относятся: создание строго специфичных высокоактивных катализаторов (на основе изучения строения и механизма действия ферментов), прямое превращение хим. энергии в механическую (на основе изучения мышечного сокращения), использование в технике хим. принципов хранения и передачи информации, осуществляемых в биол. системах, принципов саморегулирования многокомпонентных систем клетки в первую очередь избират. проницаемости биол. мембран, и мн. др. Перечисленные проблемы лежат далеко за пределами собственно Б. х.; однако она создает осн. предпосылки для разработки этих проблем, обеспечивая главные опорные пункты для развития биохимич. исследований, относящихся уже к области молекулярной биологии. Широта и важность решаемых проблем, разнообразие методов и тесная связь с др. науч. дисциплинами обеспечили быстрое развитие Б. х.
Лит.: Шемякин М. М., Современные проблемы биоорганической химии, М.. 1965; Развитие органической химии в СССР, М., 1967, с. 509 - 73; Хохлов А. С., Овчинник о в Ю. А., Химические регуляторы биологических процессов, М., 1969; Bioorga-nic chemistry, S. F., 1968. А. С. Хохлов.
БИООРИЕНТАЦИЯ (от био... и ориентация), способность организмов определять своё местонахождение в пространстве, выбирать оптимальное положение по отношению к действующим на него силам (факторам среды) и определять биологически целесообразное направление движения. Б.- одно из осн. условий приспособления организмов к окружающей среде (адаптации), что может осуществляться тремя путями: изменением состояния организма в соответствии с меняющимися условиями (морфо-физиол. адаптация); сменой мест обитания (см. Кочёвки животных, Миграции животных): изменением обстановки путём образования скоплений (стай, стад и т. п.) или постройки убежищ (нор, гнёзд и т. п.). Б. основана на свойстве раздражимости и восприятия внеш. воздействий физич., химич. и биол. природы. У высших беспозвоночных (членистоногие, моллюски) и у позвоночных животных восприятие, или рецепция, внеш. воздействий (сигналов) осуществляется спец. органами чувств, а их реакции Б. приобретают характер сложных инстинктов, лежащих в основе бионавигации. Выбор направления при передвижениях осуществляется на основании рецепции химич., механич. (тактильных), акустич., электрич. или оптич. раздражителей (сигналов) и их локации, т. е. определения положения по отношению к животному (см. Биолокация). Работа большинства механизмов локации обеспечивается парностью органов чувств (зрения, слуха, равновесия и др.), позволяющей сравнивать сигналы, сопоставляя силу, частотную характеристику и др. параметры сигналов, поступивших в правый и левый органы чувств, и т. о. определять направление их источника.
Лит.: Протасов В. Р., Биоакустика рыб, М., 1965; Бионика. [Сб. ст.], М., 1965; Мазохин-Поршняков Г. А., Зрение насекомых, М., 1965; Глезер В. Д., Механизмы опознания зрительных образов, М.- Л., 1966; Райт Р. X., Наука о запахах, пер. с англ.. М., 1966; Мили Л. Дж. и М и л н М. Д ж., Чувства животных и человека, пер. с англ., М., 1966; С л о н и м А. Д., Инстинкт загадки врожденного поведения организмов, Л., 1967; Вопросы бионики. [Сб. ст.], М., 1967; Мартека В., Бионика, пер. с англ., М., 1967; Протасов В. Р., Зрение и ближняя ориентация рыб, М., 1968; Тинберген Н., Поведение животных, пер. с англ., М., 1969.
Н. П. Наумов.
БИОПОЛИМЕРЫ, высокомолекулярные природные соединения, являющиеся структурной основой всех живых организмов и играющие определяющую роль в процессах жизнедеятельности. К Б. относятся белки, нуклеиновые кислоты и полисахариды; известны также смешанные Б.- гликопротеиды, липопротеяды, гликолипиды и др.
Биологические функции Б. Нуклеиновые кислоты выполняют в клетке генетич. функции. Последовательность мономерных звеньев (нуклеотидов) в дезоксирибонуклеиновой кислоте -ДНК (иногда в рибонуклеиновой кислоте - РНК) определяет (в форме генетического кода) последовательность мономерных звеньев (аминокислотных остатков) во всех синтезируемых белках и, т. о., строение организма и протекающие в нём оиохим. процессы. При делении каждой клетки обе дочерние клетки получают полный набор генов благодаря предшествующему самоудвоению (репликации) молекул ДНК. Генетич. информация с ДНК переносится на РНК, синтезируемую на ДНК как на матрице (транскрипция). Эта т. н. информационная РНК (и-РНК) служит матрицей при синтезе белка, происходящем на особых органоидах клетки - рибосомах (трансляция) при участии транспортной РНК (т-РНК). Биол. изменчивость, необходимая для эволюции, осуществляется на молекулярном уровне за счёт изменений в ДНК (см. Мутация).
Белки выполняют в клетке ряд важнейших функций. Белки-ферменты осуществляют все химич. реакции обмена веществ в клетке, проводя их в необходимой последовательности и с нужной скоростью. Белки мышц, жгутиков микробов, клеточных ворсинок и др. выполняют сократит, функцию, превращая химич. энергию в механич. работу и обеспечивая подвижность организма в целом или его частей. Белки - осн. материал большинства клеточных структур (в т. ч. в специальных видах тканей) всех живых организмов, оболочек вирусов и фагов. Оболочки клеток являются липопротеид-ными мембранами, рибосомы построены из белка и РНК и т. д. Структурная функция белков тесно связана с регуляцией поступления различных веществ в субклеточные органеллы (активный транспорт ионов и др.)и с ферментативным катализом. Белки выполняют и регуляторные функции (репрессоры), "запрещая" или "разрешая" проявление того или иного гена. В высших организмах имеются белки - переносчики тех или иных веществ (напр., гемоглобин - переносчик молекулярного кислорода) и иммунные белки, защищающие организм от чужеродных веществ, проникающих в организм (см. Иммунитет). Полисахариды выполняют структурную, резервную и нек-рые др. функции. Белки и нуклеиновые к-ты образуются в живых организмах путём матричного ферментативного биосинтеза. Имеются теперь и биохим. системы внеклеточного синтеза Б. с помощью ферментов, выделенных из клеток. Разработаны методы химич. синтеза белков и нуклеиновых к-т.
Первичная структура Б. Состав и последовательность мономерных звеньев Б. определяют их т. н. первичную структуру. Все нуклеиновые к-ты являются линейными гетерополимерами-сахарофосфатными цепочками, к звеньям к-рых присоединены боковые группы -азотистые основания: аденин и тимин (в РНК - урацил), гуанин и цитозин; в нек-рых случаях (гл. обр. в т-РНК) боковые группы могут быть представлены др. азотистыми основаниями. Белки -также гетерополимеры; молекулы их образованы одной или неск. полипептидными цепочками, соединёнными дисульфид-ными мостиками. В состав полипептидных цепей входит 20 видов различных мономерных звеньев - остатков аминокислот. Мол. масса ДНК варьирует от неск. млн. (у мелких вирусов и бактериофагов) до ста млн. и более (у более крупных фагов); бактериальные клетки содержат по одной молекуле ДНК с мол. массой в неск. млрд. ДНК высших организмов может иметь и большую мол. массу, ноизмерить её пока не удалось из-за разрывов в молекулах ДНК, возникающих при их выделении. Рибосомные РНК имеют мол. массу от 600 тыс. до 1,1 млн., информационная (и-РНК) - от сотен тысяч до неск. миллионов, транспортная (т-РНК) - ок. 25 тыс. Мол. масса белков варьирует от 10 тыс. (и менее) до миллионов; в последнем случае, однако, обычно возможно разделение белковой частицы на субъединицы, соединённые между собой слабыми, б. ч. гидрофобными, связями.
К о н ф о р м а ц и я, т. е. та или иная пространственная форма молекул Б., определяется их первичной структурой. В зависимости от хим. строения и внеш. условий молекулы Б. могут находиться либо в одной или в неск. преимущественных конформациях (обычно встречающиеся в природных условиях нативные состояния Б.: напр., глобулярное строение белков, двойная спираль ДНК), либо принимать многие б. или м, равновероятные конформации. Белки делят по пространственной структуре на фибриллярные (нитевидные) и глобулярные; белки-ферменты, белки-переносчики, иммунные н нек-рые др. имеют, как правило, глобулярную структуру. Для ряда белков -гемоглобин, миоглобин, лизоцим, рибонуклеаза и др.- эта структура установлена во всех деталях (с определением при помощи рентгеноструктурного анализа расположения каждого атома). Она определяется последовательностью аминокислотных остатков и образуется и поддерживается относительно слабыми взаимодействиями между мономерными звеньями полипептидных цепей в водносолевом растворе (кулоновские и диполь-ные силы, водородные связи, гидрофобные взаимодействия), а также дисульфидными связями. Глобула белка формируется так, что большинство полярных гидрофильных аминокислотных остатков оказывается снаружи и контактирует с растворителем, а большинство неполярных (гидрофобных) остатков находится внутри и изолировано от взаимодействия с водой. Молекулы белка, обладающие избытком неполярных групп, когда часть из них оказывается на поверхности глобулы, образуют высшую, т. ц. четвертичную структуру, при к-рой неск. глобул агрегируют, взаимодействуя между собой в основном неполярными участками (рис. 1). Пространств, структура каждого белка-фермента уникальна и обеспечивает необходимое для его функционирования расположение в пространстве всех звеньев Б., в особенности т. н. активных центров. В то же время она не абсолютно жестка и допускает необходимые в процессе функционирования (при взаимодействии с субстратами, ингибиторами и др. веществами) конформационные сдвиги и изменения.
[0353-1.jpg]
Рис. 1. Образование четвертичной структуры глобулярных белков. Заштрихованы редко -полярные (гидрофильные ) части белковых глобул, густо - неполярные (гидрофобные) области.
Пространств, структура нативной ДНК образована двумя комплементарными нитями и представляет собой двойную спираль Крика - Уотсона; в ней противоположные азотистые основания попарно связаны водородными связями - аденин с тимином и гуанин с цитозином. Устойчивость двойной спирали обеспечивается, наряду с водородными связями, также гидрофобным взаимодействием между плоскими кольцами азотистых оснований, расположенных стопкой (стопочное взаимодействие, или стакинг). Нити РНК спирализованы лишь частично. ДНК вирусов, бактериофагов, бактерий а также митохондриальная в ряде случаев представляет собой замкнутое кольцо; при этом наряду со спиралью Крика - Уотсона наблюдается ещё дополнительная т. н. сверхспирализация.
Денатурация Б. Нарушение нативной пространств, структуры Б. при различных воздействиях (повышение темп-ры, изменение концентрации металлов, кислотности раствора и др.) наз. денатурацией и в ряде случаев обратимо (обратный процесс наз. ренатурацией; рис. 2). Молекулы Б.- кооперативные системы; поведение их зависит от взаимодействий составляющих частей. Коопера-тивность молекул Б. определяется тем, что повороты отдельных звеньев из-за внутримолекулярных взаимодействий зависят от конформации соседних звеньев. В основе денатурации Б. при изменении внешних условий обычно лежат кооперативные конформационные превращения (напр., переходы сс-спираль - b-структура, а-спираль - клубок, b-структура -клубок для полипептидов, переход глобула - клубок для глобулярных белков, переход спираль - клубок для нуклеиновых к-т). В отличие от фазовых переходов (кипение жидкости, плавление кристалла), являющихся предельным случаем кооперативных процессов и происходящих скачком, кооперативные переходы Б. совершаются в конечном, хотя и сравнительно узком, интервале изменений внешних условий. В этом интервале одномерные, линейные молекулы (нуклеиновые к-ты,полипептиды), претерпевающие переход спираль - клубок, разбиваются на чередующиеся спиральные и клубкообразные участки (рис. 3).
[0353-2.jpg]
Рис. 2. Схема денатурации и ренатурации глобулярного белка (на примере фермента рибонуклеазы).
[0353-3.jpg]
Рис. 3. Схема перехода спираль - клубок для ДНК: 1 -нативное состояние (вместо двойной спирали для простоты изображена "верёвочная лестница"); 2 - состояние ДНК в области перехода; 3 - денатурированное состояние (однонитевые клубки).
[0353-4.jpg]
Рис. 4. Кривые перехода спираль - клубок (денатурации) нуклеиновых кислот из различных организмов: 1 - бактериальная ДНК; 2 - ДНК из зобной железы телёнка; 3 - РНК вируса табачной мозапки.
Переход спираль - клубок в ДНК наблюдается при повышения темп-ры, добавлении в раствор к-ты или щёлочи, а также под влиянием др. денатурирующих агентов. Этот переход в гомополи-нуклеотидах происходит при нагревании в интервале десятых долей °С, в фаговых и бактериальных ДНК - в интервале 3-5°С (рис. 3), в ДНК высших организмов - в интервале 10-15°С. Чем выше гетерогенность ДНК, тем шире интервал перехода и меньше способность молекул ДНК к ренатурации. Переход спираль - клубок в различных видах РНК носит менее кооперативный характер (рис. 4) и происходит в более широком интервале темп-рных или др. денатурирующих воздействий.
Б.- полимерные электролиты, их пространственная конформация и кооперативные переходы зависят как от степени ионизации молекулы, так и от концентрации ионов в среде, что влияет на электростатич. взаимодействия как между отдельными частями молекулы, так и между Б. и растворителем.
Строение и биологи ч. функции Б. Строение Б.- результат длит, эволюции на молекулярном уровне, вследствие чего эти молекулы идеально приспособлены к выполнению своих биологич. задач. Между первичной структурой, конформацией Б. и конформационными переходами, с одной стороны, и их биол. функциями - с другой, существуют тесные связи, исследование к-рых - одна из гл. задач молекулярной биологии. Установление таких связей в ДНК позволило понять осн. механизмы репликации, транскрипции и трансляции, а также мутагенеза и нек-рых др. важнейших биологич. процессов. Линейная структура молекулы ДНК обеспечивает запись генетич. информации, её удвоение при матричном синтезе ДНК и получение (также путём матричного синтеза) мн. копий с одного и того же гена, т. е. молекул и-РНК. Сильные ковалентные связи между нуклеотидами обеспечивают сохранность генетич. информации при всех этих процессах. В то же время относительно слабые связи между нитями ДНК и возможность вращения вокруг простых химич. связей обеспечивают гибкость и лабильность пространств. структуры, необходимые для разделения нитей при репликации и транскрипции, а также подвижность молекулы и-РНК, служащей матрицей при биосинтезе белка (трансляция). Исследование пространств, структуры и конформационных изменений белков-ферментов на разных стадиях ферментативной реакции при взаимодействии с субстратами и коферментами даёт возможность установить механизмы биокатализа и понять природу огромного ускорения хим. реакций, осуществляемого ферментами.
Методы исследования Б. При исследовании строения и конфор-мацнонных превращений Б. широко используются как очищенные природные Б., так и их синтетич. модели, к-рые проще по строению и легче поддаются исследованию. Так, при изучении белков моделями служат гомогенные или гетерогенные полипептиды (с заданным или случайным чередованием аминокислотных остатков). Моделями ДНК и РНК являются соответствующие синтетич. гомогенные или гетерогенные полинуклеотиды. К методам исследования Б. и их моделей относятся рентгеноструктурный анализ, электронная микроскопия, изучение спектров поглощения, оптич. активности, люминесценции, методы светорассеяния и динамич. двойного лучепреломления, седиментационный метод, вискозиметрия, физико-химич. методы разделения и очистки и ряд др. Все методы, разработанные для изучения синтетич. полимеров, применимы и к Б. При трактовке свойств Б. и их моделей, закономерностей их конформационных превращений используются также методы теоретич. физики (статистич. физики, термодинамики, квантовой механики и др.).
Лит.: Б р е с л е р С. Е.. Введение в молекулярную биологию, М. - Л., 1966; В о л ь к е н ш т е й н М. В., Молекулы и жизнь, М., 1965; Уотсон Дж., Молекулярная биология гена, пер. с англ., М., 1967; Физические методы исследования белков и нуклеиновых кислот, М., 1967. Ю. С. Лазуркин.
БИОПСИЯ (от био... к греч. opsis -вид, зрелище), иссечение кусочка болезненно изменённой ткани живого организма с последующим микроскопич. исследованием его для определения характера патологического процесса (воспаление, опухоль и т. д.). Б. позволяет не только уточнить клинич. диагноз, но и установить границы поражения.
БИО - САВАРА ЗАКОН - закон, определяющий напряжённость магнитного поля, создаваемого электрич. током. Б.- С. з. был открыт франц. учёными Ж. Б. Био (J. В. Biot) и Ф. Саваром (F. Savart) в 1820 и сформулирован в общем виде П. Лапласом (P. Laplace). Согласно этому закону, малый отрезок проводника дельта l (см. рис.), по к-рому течёт ток силой I, создаёт в данной точке пространства М, находящейся на расстоянии r
[0353-5.jpg]
от отрезка
[0353-6.jpg]
магнитное поле напряжённостью
[0353-7.jpg]
Здесь 0 - угол между направлением тока в отрезке дельта l и радиусом-вектором r, проведённым от отрезка к точке наблюдения М, a k - коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц. В системе СГС (Гаусса) k = 1/с, где с = 3*1010 см/сек - скорость света в вакууме, в системе СИ k = 1/4 Пи.
Напряжённость магнитного поля ДЯ перпендикулярна плоскости Р, содержащей дельта l и r, и её направление определяется правилом буравчика: если вращать рукоятку буравчика (с правой нарезкой) от дельта l к r, то поступательное движение буравчика укажет направление дельта Н.
Полная напряжённость магнитного поля Н, создаваемого проводником с током в точке М, равна векторной сумме величин дельта Н, обусловленных всеми элементами дельта l проводника. В частности, напряжённость Н магнитного поля на расстоянии d от длинного (много больше d) прямого провода, по к-рому течёт ток силой I, равна; H = k2I/d: в центре кругового контура (радиуса R), по которому течёт ток силой I, H = k*2ПиI/R, a на его оси в точке, отстоящей от плоскости контура на расстоянии d>>R, H = k*2ПиR2I/d3; на оси соленоида из я витков Н = k*4ПипI.
Б.- С. з. можно рассматривать также как закон, определяющий магнитную индукцию ДВ. В системе СГС для этого нужно выражение для ДН умножить на магнитную проницаемость среды ц, а в системе СИ, кроме того,- на магнитную проницаемость вакуума n0 = 4Пи*10-7гн/м.
Г. Я. Мякишев.
БИОСИНТЕЗ (от био... и синтез), образование органич. веществ из более простых соединений, протекающее в живых организмах или .вне их под действием биокатализаторов - ферментов. Б.- часть процесса обмена веществ растений, животных и микроорганизмов. Непосредственным источником энергии для Б. служат богатые энергией соединения (см. Биоэнергетика), а в конечном счёте (для всех организмов, кроме бактерий, осуществляющих хемосинтез) -энергия солнечного излучения, аккумулированная зелёными растениями (см. Ассимиляция, Фотосинтез). Каждый одноклеточный организм, как и каждая клетка многоклеточного организма, синтезирует составляющие её вещества. Характер Б., осуществляемого в клетке, определяется наследств, информацией, "закодированной" в её генетич. аппарате (см. Белки, Биосинтез; Генетический код). Б., производимый вне организмов, широко применяется как способ (иногда единственно возможный) пром. получения биологически важных веществ - витаминов, нек-рых гормонов, антибиотиков, аминокислот, а также белков и др. соединений. См. Микробиологическая промышленность.. С.Е.Северин.
БИОСИСТЕМАТИКА, раздел ботаники, изучающий таксономическую и популяционную структуру вида, его морфологогеографич., экологич. и генетич. дифференциацию, происхождение и эволюцию. Б. оперирует не только собственно таксономич. категориями, как вид и подвид, но и генэкологическими и популяционно-генетическими - экотып, биотип, популяция идем (элементарная локальная популяция) или г а м о д е м (у амфимиктич. растений). Б. возникла как наука, сочетающая различные подходы к структуре и эволюции вида, т. е. задачи её выходят за рамки собственно систематики.
История Б. начинается с работ швед, эколога Г. Турессона (1922, 1923) и амер. эколога Д. Клаусена (1921-22), изучавших экологич. и генетич. дифференциацию вида. Новое направление, назв. Турессоном (1923) генэкологией, сформировалось позднее в науку, к-рую М. Кэмп и Н. Гилли назвали "Б." (1943). Генэкология осталась одним из разделов Б., изучающим внутривидовую изменчивость растений. Б. изучает, кроме того, и микроэволюцию. В СССР работы в этом направлении начали ещё в 20-х гг. М. А. Розанова, Е. Н. Синская и др. Под руководством Н. И. Вавилова во Всесоюзном институте растениеводства велось изучение экологогеографич. и генетич. дифференциации мн. видов культурных растений. Эти исследования имели большое значение для дальнейшего развития Б., хотя они и относились скорее к "дифференциальной систематике", как её понимал Н. И. Вавилов.
Лит.: Вавилов Н. И., Линнеевскпй вид как система, "Тр. по прикладной ботанике, генетике и селекции" , 1931, т. 26, т. 3,с. 109-34; Розанова М. А., Экспериментальные основы систематики растений, М.-Л., 1946; Списка я Е. Н., Динамика вида, М.-Л., 1948; Завадский К. М., Вид и видообразование, Л., 1968; Тахтаджян А. Л., Биосистематика: прошлое, настоящее и будущее, "Ботанический журнал", 1970, т. 55, в. 3; Н е s 1 о р-Н arrison J. W., New concepts in flowering-plant taxonomy, L., 1953; его же. Forty years of Geneco-logy, в сб.: Advances in ecological research, y. 2, L.-N. Y., 1965; Da vis P. H. and Heywood V. H., Principles of angiosperm taxonomy, Edinburg-L., 1963: Reproductive biology and taxonomy of vascular plants, ed. J. G. Hawkes, Oxf., 1966; Modern methods in plant taxonomy, ed. V. H. Heywood, L., 1968; В r i g g s D. and Walters S. M., Plant variation and evolution, L., 1969.
А. Л. Тахтаджян.
БИОСТРАТИГРАФИЯ (от био... и стратиграфия), отрасль стратиграфии, изучающая распределение ископаемых остатков организмов в осадочных отложениях с целью установления относит, возраста и соотношения одновозрастных слоев на различных территориях. Задача Б.- разработка шкал относит, возраста слоев (разной детальности и масштаба, в частности зональных). Последовательность биостратиграфич. зон отражает смену в геологич. разрезе ископаемых остатков группы вымерших организмов разного систематич. ранга или их комплексов. Особенное значение для выделения зон, и в первую очередь биозон, имеют группы вымерших организмов с относительно кратким сроком существования, но достигавшие широкого распространения, значит, изобилия и разнообразия (напр., нуммулиты, граптолиты, динозавры). Нередко зоны обосновываются стадиями эволюции нек-рых быстро изменявшихся во времени групп вымерших организмов (напр., кораллов - ругоз). Для целей Б. важно изучение остатков древних микроскопич. организмов (микропалеонтология), количество к-рых может быть велико даже в небольших образцах (напр., из глубоких скважин). Остатки планктонных организмов (фора-минифер, водорослей и др.), разносившихся течениями на большие расстояния, допускают выделение зон большой территориальной протяжённости. Ископаемые остатки спор и пыльцы растений, далеко разносившихся ветрами, важны для корреляции одновозрастных осадков мор. и континент, происхождения. Б. широко использует методы палеоэкологии для реконструкции условий существования древних организмов, с тем чтобы отличать одновозрастные комплексы организмов, живших в разных условиях, от разновозрастных, живших в сходных условиях.
Лит.: М е н н е р В. В., Биостратиграфические основы сопоставления морских, лагунных и континентальных свит, "Тр. геологического ин-та АН СССР", 1962, в. 65; Стратиграфическая классификация, терминология и номенклатура, Л., 1963; Степанов Д. Л.. Принципы и методы биостратиграфических исследований, Л., 1958.
Р. Л. Мерклин.
БИОСФЕРА (от био... и сфера), оболочка Земли, состав, структура и энергетика к-рой в существ, чертах обусловлены прошлой или совр. деятельностью живых организмов. Б. охватывает часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, к-рые взаимосвязаны сложными биогеохимич. циклами миграции веществ и энергии (по В. И. Вернадскому,-биогенная миграция атомов); начальный момент этих циклов заключён в трансформации солнечной энергии растениями и синтезе биогенных веществ на Земле (см. Фотосинтез, Хемосинтез). Термин "Б." ввёл в 1875 австр. геолог Э. Зюсс. Общее учение о Б. создано в 20-30-х гг. 20 в. В. И. Вернадским, развившим идеи В. В. Докучаева о комплексном естествен-но-историч. анализе взаимодействующих в природе разнокачеств. объектов и явлений (факторов почвообразования) и выявлении самостоятельных природных объектов гетерогенной структуры и состава (почвы, природные зоны). В основе учения Вернадского лежат представления: I) о планетарной геохимич. роли живого вещества (совокупность всех живых организмов, существовавших или существующих в определённый отрезок времени, рассматриваемых как мощный геологич. фактор; в отличие от живых существ, изучаемых в биологии на всех уровнях их организации, начиная от молекулярного, живое вещество, в понимании Вернадского, как биогеохимич. фактор, количественно выражается в элементарном химич. составе, массе и энергии) и 2) об организованности Б., являющейся продуктом сложного превращения вещественно-энергетич. и информац. потоков живым веществом за время геологич. истории Земли.
Б. включает не только область жизни (биогеосферу, фитогеосферу, геомериду, витасферу), но и др. структуры Земли, генетически связанные с живым веществом. По Вернадскому, вещество Б. состоит из семи разнообразных, но геологически взаимосвязанных частей: живое вещество; биогенное вещество; косное вещество; биокосное вещество; радиоактивное вещество; рассеянные атомы; вещество космич. происхождения. В пределах Б. везде встречается либо живое вещество, либо следы его биогеохимич. деятельности. Газы атмосферы (кислород, азот, углекислота), природные воды, равно как и каустобиолиты (нефти, угли), известняки, глины и их метаморфич. производные (сланцы, мраморы, граниты и др.) в своей основе созданы живым веществом планеты. Слои земной коры, лишённые в наст, время живого вещества, но переработанные им в геология, прошлом, Вернадский относил к области "былых биосфер". Б. мозаична по структуре и составу, отражая геохимич. и геофизич. неоднородность лика Земли (океаны, озёра, горы, ущелья, равнины и т. д.) и неравномерность в распределении живого вещества по планете как в прошлые эпохи, так и в наше время. Максимальное содержание живого вещества гидросферы приурочено к мелководьям, минимальное - к глубинным акваториям (абиссаль); на суше эта неравномерность проявляется в мозаике биогеоценотич. покрова (леса, болота, степи, пустыни и др.) с минимумом плотности живого вещества в высокогорьях, пустынях и полярных областях (см. Биомасса). Элементарная структура активной части совр. Б.- биогеоценоз.
Живое вещество выполняет след, биогеохимич. функции: газовые (миграция газов и их превращения); концентрационные (аккумуляция живыми организмами химич. элементов из внешней среды); окислительно-восстановительные (химич. превращения веществ, содержащих атомы с переменной валентностью,- соединений железа, марганца, микроэлементов и т. д.); биохимические и биогеохимические функции, связанные с деятельностью человека (техногенез, форма созидания и превращения вещества в Б., стимулирующая переход Б. в новое состояние - ноосферу). Совокупность этих функций определяет все химич. превращения в Б. Эволюция Б. диалектически связана с эволюцией форм живого вещества (организмы и их сообщества), усложнением его биохимич. функций, совершающихся на фоне геологич. истории Земли.
В учении о Б. выделяют след. осн. аспекты: энергетический, освещающий связь биосферно-планетарных явлений с космич. излучениями (в осн. солнечными) и радиоактивными процессами в земных недрах; биогеохимический, отражающий роль живого вещества в распределении и поведении атомов (точнее их изотопов) в Б. и её структурах (см. Биогеохимия); информационный, изучающий принципы организации и управления, осуществляемые в живой природе в связи с исследованием влияния живого вещества на структуру и состав Б.; пространственно-временной, освещающий формирование и эволюцию различных структур Б. в геологич. времени в связи с особенностями пространственно-временной организованности живого вещества в Б. (проблемы симметрии и др.); н о о с ф е р н ы и, изучающий глобальные эффекты воздействия человечества на структуру и химию Б.: разработка полезных ископаемых, получение новых, отсутствовавших до того в Б. веществ (напр., чистые алюминий, железо и др. металлы), преобразование биогеоценотических структур Б. (сведение лесов, осушение болот, распашка целинных земель, создание водохранилищ, загрязнение вод, почв и атмосферы продуктами хоз. деятельности, внесение удобрений, эрозия почв, лесонасаждение, строительство городов, плотин, промысловое х-во и т. д.). Выход человека в космос, за пределы Б., будет стимулировать разработку новых сторон учения о Б. Существ, момент учения о Б.- представления о взаимосвязях (прямых и обратных связях) и сопряжённой эволюции всех структур Б. Это представление положено в основу разработки мн. нац. и междунар. организациями, науч. центрами и лабораториями проблемы "биосфера и человечество". Решению этой проблемы служат мероприятия, в к-рых участвуют мн. страны, напр. Международное гидрологич. десятилетие, Международная биологич. программа (см. Биологическая программа международная) и т. д. Повышенный интерес к изучению Б. вызван тем, что локальное воздействие человека на Б., характерное для всей предшествовавшей истории, сменилось в 20 в. глобальным его влиянием на состав, структуру и ресурсы |
