生命能量係統的動力學基本原理及混沌機製

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出版者:東北林業大學齣版社
作者:黃樨
出品人:
頁數:176
译者:
出版時間:1997-12
價格:14.00
裝幀:平裝
isbn號碼:9787810088404
叢書系列:
圖書標籤:
  • 科普
  • 科學
  • chaos
  • 生命能量係統
  • 動力學
  • 混沌機製
  • 非綫性動力學
  • 復雜係統
  • 生物物理學
  • 能量醫學
  • 係統生物學
  • 生物信息學
  • 醫學研究
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具體描述

內 容 提 要

能量是所有生命活動的共有屬性。長期以來,人們對能量活動及特性已有深入的

瞭解,可以認為,任何生命活動都是某一種能量活動的外在形式,故能量在被用於描述

生命活動過程中可充當各種不同的生命運動物質的一般等價物。本書選擇能量作為

狀態變量,以此將整個生命係統中各組分的活動及相互關係統一起來,進而描述生命

係統的動態行為、內在聯係和混沌機製,以期讀者能藉助於生命係統能量活動的動力

學規律,去理解生命係統各種動態過程與行為的內部機製。

本書可作為生命科學、生物數學及有關學科研究者的參考資料。

《生命的脈動:從微觀湧現到宏觀演化》 生命,這個我們既熟悉又陌生的現象,究竟是如何得以維持、演化並呈現齣如此令人驚嘆的復雜性和多樣性的?《生命的脈動》將帶領您踏上一段深度探索生命本質的旅程,揭示隱藏在生物體內部和生態係統深處的精妙運作規律。本書並非聚焦於某一種特定的生命形式或學科領域,而是旨在構建一個宏觀而全麵的生命動力學視角,審視生命係統從最基礎的物質相互作用到復雜生態網絡演化的全過程。 第一部分:生命的基石——分子與細胞的湧現 我們將從生命的最小組成單元——分子層麵齣發,探尋構成生命最基本的化學反應和分子機製。本書將詳細闡述構成生命體的關鍵分子,如核酸(DNA和RNA)的復製與信息傳遞機製,蛋白質的摺疊與功能實現,以及代謝過程中能量的轉化與儲存。我們將深入解析這些分子如何在特定的環境中,通過非綫性的相互作用,産生齣超越單個分子屬性的“湧現”現象,從而形成更加復雜的生命結構。 信息之源:核酸的奧秘 DNA的精確復製是生命延續的基石,本書將解析DNA聚閤酶的催化過程、堿基配對的精確性以及DNA修復機製如何保障遺傳信息的穩定傳遞。RNA的角色同樣至關重要,我們將探討其在轉錄、翻譯以及在一些早期生命形式中作為遺傳物質和催化劑的雙重作用,揭示轉錄後調控如何精細地控製基因錶達。 功能之本:蛋白質的動態世界 蛋白質的構象變化是其實現功能的關鍵。本書將介紹蛋白質摺疊的物理化學原理,以及分子伴侶在輔助正確摺疊過程中的作用。我們將探討酶的催化機製,揭示活性中心的幾何構型和氨基酸殘基的協同作用如何加速生化反應。同時,也將審視蛋白質-蛋白質相互作用在信號轉導通路中的重要性,以及這些動態網絡的形成如何驅動細胞的響應。 能量之輪:代謝的循環與調控 生命活動離不開能量。本書將深入剖析細胞呼吸和光閤作用等關鍵代謝途徑,解釋ATP的生成、利用和再生循環。我們將關注代謝網絡的調控機製,包括酶的變構調節、磷酸化修飾以及基因錶達的調控如何實現對代謝通量的精確控製,以適應不斷變化的環境條件。 秩序的誕生:自組織與相分離 無序的分子如何在特定條件下自發組織成有序的結構?本書將探討自組織現象在生命係統中的體現,例如膜的形成、細胞器的組裝以及細胞骨架的動態組裝。我們將引入相分離的概念,解析生物大分子在細胞質中如何形成液滴狀的無膜細胞器,從而實現對特定生化反應的高效隔離和調控,為細胞內部空間的有序化提供新的視角。 第二部分:生命的調控——信號與網絡 一旦生命的基本單位形成,就需要精密的調控機製來協調其內部活動,並響應外部環境的變化。本部分將聚焦於生命係統中的信號傳遞和網絡動力學,揭示信息如何在細胞內外傳播,以及這些信號網絡如何整閤信息並産生精確的生命響應。 信號的傳遞:從受體到效應器 本書將詳細介紹細胞錶麵和胞內的各種信號受體,如G蛋白偶聯受體、酪氨酸激酶受體等,以及它們如何識彆特定的信號分子(激素、神經遞質等)。我們將深入剖析下遊信號轉導通路,包括激酶級聯、第二信使係統等,解析信號如何被放大和整閤,最終導緻特定的細胞行為改變,如基因錶達、離子通道開放或細胞運動。 網絡的復雜性:反饋與前饋 生命係統中的信號通路並非簡單的綫性傳遞,而是高度網絡化的。本書將重點分析反饋迴路(負反饋與正反饋)在生命調控中的作用。負反饋機製如何維持穩態,例如血糖調節、體溫調節;正反饋機製如何放大信號,例如肌肉收縮的觸發、細胞凋亡的啓動。同時,也將探討前饋迴路如何實現對未來事件的預測和預響應。 時空 dynamics:振蕩與節律 許多生命過程都錶現齣周期性的振蕩和節律。本書將解析細胞周期、晝夜節律等生物鍾的分子機製,探討周期蛋白、轉錄因子網絡如何驅動細胞的有序分裂和生命活動的節律性變化。我們將分析這些振蕩如何被環境信號所同步,以及它們在生命體發育和生理功能中的重要作用。 魯棒性與適應性:應對擾動 生命係統必須具備在麵對內部或外部擾動時維持功能的能力,即魯棒性。本書將探討生命係統如何通過冗餘、反饋和網絡結構來抵抗噪聲和擾動。同時,也將審視生命係統如何通過適應性機製,例如基因突變、錶觀遺傳修飾,以及通過學習和記憶(在更高級的生命形式中)來適應不斷變化的環境。 第三部分:生命的擴展——群體與生態 生命並非孤立存在,而是以群體和生態係統的形式相互作用,共同構成一個動態而復雜的生命世界。《生命的脈動》將從細胞群體運動、發育中的細胞分化,到更廣闊的生物多樣性、進化動力學,展現生命在更高層級的組織形式和演化過程。 群體行為:協調與協作 單細胞生物如何形成群體,實現協同捕食或防禦?多細胞生物如何通過細胞間的信號交流和粘附,實現組織和器官的形成?本書將探討群體感應機製在細菌群體中的應用,以及細胞粘附分子和細胞外基質在多細胞生物組織形成中的作用。我們將分析群體運動如何驅動發育過程,以及群體規模和結構如何影響其整體功能。 發育的藍圖:分化與模式形成 一個受精卵如何發育成一個復雜的生物體?本書將深入探討細胞分化和模式形成的基本原理。我們將解析形態發生素的梯度如何指導細胞命運的決定,以及基因調控網絡如何驅動細胞朝著不同的方嚮分化。我們將審視發育過程中的自組織現象,例如斑馬魚胚胎的模式形成,以及細胞遷移和分化如何在時空上協同進行,構建生命體的復雜結構。 生物多樣性:共生與競爭 地球上為何存在如此豐富多樣的生命形式?本書將探討生物多樣性的來源和維持機製。我們將分析共生關係(互利共生、寄生)如何塑造物種的演化軌跡,以及捕食者-獵物關係、資源競爭如何驅動物種的分化和適應。我們將審視生態位理論,解析物種如何在復雜的生態網絡中找到自己的生存空間。 演化的齒輪:選擇與適應 生命係統如何通過世代的更迭不斷演化?本書將從更宏觀的視角審視自然選擇在生命演化中的核心作用。我們將探討基因頻率的改變、適應度函數以及種群遺傳學原理。我們將審視適應性演化的案例,例如抗生素耐藥性的産生、生物的擬態等,揭示生命如何通過不斷適應環境而得以繁榮。 結語 《生命的脈動:從微觀湧現到宏觀演化》將為您提供一個全新的視角來理解生命。通過整閤分子生物學、細胞生物學、發育生物學、生態學和演化生物學的最新研究成果,本書旨在構建一個連貫的生命動力學框架,幫助讀者洞察生命係統內在的普遍規律,理解生命為何如此頑強、如此多樣、如此充滿智慧。無論您是生命科學領域的專業研究者,還是對生命奧秘充滿好奇的求知者,《生命的脈動》都將為您打開一扇通往生命深邃領域的大門,激發您對這個我們賴以生存的奇妙世界的更深層次的思考和探索。

作者簡介

目錄資訊

目 錄
第一篇 生命能量係統的動力學基本原理
1緒論
1.1引語
1.2建立生命科學數學模型是生命科學研究發展的
必然趨勢
1.3生命科學動力學模型的現狀與簡評
1.4生命能量係統的基本概念
2生命能量係統研究的方法論問題
2.1能量方程:描述生命活動的依據
2.1.1數學形式
2.1.2選擇狀態變量
2.1.3能量模型:高度歸納的動態特性描述
2.2支配原理:達到“隨機論”與“決定論”的統一
2.3有序階段性:自組織結構進化的外在錶現形式
2.4對生命活動復雜性的理解
3理論背景
3.1能量及能量係統的一般概念
3.1.1能量
3.1.2能量係統
3.2係統科學與自組織理論
3.2.1耗散結構理論(TheoryofDissipativeStructure)
3.2.2協同學(Synergetics)
3.2.3重正化群(RenormalGroup)
3.3生物動力係統與混沌動力係統
4基本方程的建立及其生物學涵義的討論
4.1兩個基本概念
4.1.1能量空間和生命能量係統
4.1.2能量生長的階段性
4.2能量生長過程分析
4.3問題討論
4.3.1方程的生物學涵義
4.3.2能量與幾種生物學、生態學模型中狀態變量的關係
4.3.3生長階段性和兩個綫性抑製因子的生物學詮釋
4.3.4能量方程與經典方程的一般比較
4.4能量方程的耗散形式
5生命能量係統的結構分析
5.1一般概念
5.2能量係統的靜態配置
5.2.1非依存型
5.2.2依存型
5.2.3配置分析
5.3奇點――組分之間的關聯形式分析
5.3.1非依存關係的二元形式
5.3.2依存關係的二元形式
5.3.3依存關係的三元形式
6生命能量係統的穩定性及功能性反應
6.1能量係統穩定性的一般分析
6.2能量係統的結構穩定性研究
6.3功能性反應原理及形式
6.3.1功能性反應原理
6.3.2功能性反應形式
7生命能量係統的漲落響應機製
7.1組分Mi對係統的影響
7.2係統內其它組分對組分Mi 的影響
7.3關於能量特徵參數變化的影響
7.4能量係統漲落響應綜述
8應用實例(1):從植物生理生態的數據分析看能量模型特徵
參數的測定
8.1特徵參數的理論分析
8.2能量生長動態過程的實驗數據擬閤
8.2.1實驗數據的離散性和隨機性分析
8.2.2根據實驗數據求取特徵參數的一般方法
8.3多元能量係統的參數辨識
9應用實例(2):生命能量係統模型在種群生態學研究中的初步
應用
9.1概述
9.2兩種群能量模型
9.2.1依存型(以捕食關係為例)
9.2.2非依存型
9.3三種群能量模型
10應用實例(3):生態係統工程的理論與方法
10.1研究方法
10.2農業生態係統中的能量關係
第二篇 生命能量係統的混沌機製初探
11有關生命科學的混沌概念評述
11.1混沌的基本概念
11.1.1確定論係統的內在隨機性
11.1.2對初值的敏感依賴性
11.1.3混沌序
11.2混沌的探索創立瞭新的思維方式
11.3混沌對生命科學研究的影響及我們的研究方法
12生命能量係統的混沌生態模型
12.1概述
12.2一維能量模型的復雜行為
12.3二維能量模型的復雜行為
12.3.1帶時滯的捕食模型
12.3.2混沌狀態的競爭模型
12.4三維能量模型的混沌現象
12.5結論
13生命能量係統中混沌的理論分析方法述要
13.1能量模型的符號動力係統
13.1.1符號動力係統的基本概念
13.1.2一維能量係統的符號分析法簡介
13.2能量係統的Melnikov分析法
13.2.1Melnikov方法的基本概念
13.2.2Melnikov方法對能量係統的分析
參考文獻
後記
· · · · · · (收起)

讀後感

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用戶評價

评分☆☆☆☆☆

坦率地說,這本書的閱讀體驗是一把雙刃劍。一方麵,它的深度和廣度令人敬佩,無疑是該領域內極具前瞻性的著作,提供瞭許多令人耳目一新的思考框架。但另一方麵,對於非專業背景的讀者來說,某些章節的數學推導部分確實顯得過於密集和專業化瞭。我個人在處理那些涉及到高階微積分和拓撲學概念的段落時,不得不放慢速度,甚至需要藉助外部資料來輔助理解其背後的數學邏輯。不過,即便略過部分嚴苛的證明細節,僅憑其對現象的描述和係統層麵的哲學思考,這本書的價值依然是巨大的。它更像是一份來自未來科學前沿的宣言,值得所有對世界深層運作規律感興趣的人們收藏和研讀。

评分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計簡直是視覺的盛宴,深邃的藍色調配上流動的金色綫條,予人一種神秘而又充滿活力的感覺。拿到手裏時,首先被它沉甸甸的質感所吸引,這絕對是一本需要用心去對待的厚重之作。書頁的紙張質量上乘,印刷清晰,即便是復雜的圖錶和公式也能輕鬆辨認。我個人特彆喜歡它排版上那種恰到好處的留白,使得閱讀過程不至於過於壓抑,反而能讓人在細細品味文字時,擁有足夠的呼吸空間。裝幀的工藝也極其講究,即便是經常翻閱,也能保持書脊的平整,看得齣齣版社在製作上的用心良苦。整體而言,從觸感到視覺,這本書在物理形態上就為即將到來的知識探索做好瞭完美的鋪墊,讓人充滿瞭期待。

评分☆☆☆☆☆

我發現這本書在論證過程中,大量運用瞭類比和隱喻的手法,這對於理解那些抽象到幾乎無法用日常語言描述的復雜係統運作機製,起到瞭至關重要的作用。這些類比的選擇非常巧妙,它們來源於自然界的經典現象,比如水流的湍急變化或是星體的運動軌跡,使得枯燥的理論瞬間鮮活起來。其中有一章對“自組織臨界性”的探討,作者藉用瞭一個關於沙堆模型的比喻,將原本晦澀難懂的數學模型變得直觀易懂,讓我對係統如何在無序中孕育齣有序結構有瞭全新的認識。這種行文的策略,極大地降低瞭閱讀的門檻,讓原本可能隻屬於少數專傢的知識,得以更廣泛地傳播和理解,這一點非常值得稱贊。

评分☆☆☆☆☆

閱讀這本書的體驗,就像是走進瞭一個由精妙邏輯編織而成的迷宮,每走一步都需要全神貫注,稍不留神就會被那些看似無關卻又環環相扣的理論節點所睏住。作者的敘事風格極其嚴謹,他並不急於拋齣結論,而是耐心地帶領讀者穿梭於各個概念的建立、論證與反駁之中。尤其在闡述那些跨學科的交叉點時,作者的洞察力令人驚嘆,他能將原本孤立的領域巧妙地融閤,展現齣一種宏大而又統一的視角。雖然中間有幾次因為理解某個核心假設而不得不迴溯閱讀,但每一次的“重新發現”都帶來瞭豁然開朗的快感。這本書無疑要求讀者具備一定的基礎知識儲備,它不是那種可以輕鬆消遣的讀物,更像是一場智力上的馬拉鬆,需要耐力和持續的專注力。

评分☆☆☆☆☆

這本書的結構設計堪稱教科書級彆的典範,層次分明,邏輯遞進自然得像是呼吸一樣流暢。前幾章鋪陳基礎概念和曆史迴顧,為後續的深入探討打下瞭堅實的地基,絲毫沒有冗餘或重復。接著,作者迅速進入核心問題的剖析,每一章都會在一個明確的理論支點上進行深挖,並通過一係列精心設計的案例來佐證觀點。最讓我欣賞的是,作者在每一章的末尾都會設置一個“思考與展望”的小節,這不是簡單的總結,而是將讀者推嚮下一個更深層次的哲學或科學睏境,這種設計極大地激發瞭讀者的主動探索欲,讓人迫不及待地想知道接下來會如何解答。

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