ПРОЦЕСИ ДАЛЕЧ ОТ РАВНОВЕСИЕ, ДИСИПАТИВНИ СТРУКТУРИ

Линейната неравновесна термодинамика е валидна за състояния близо до равновесното, където има линейна зависимост между реакцията и предизвикалото я въздействие. Във физиката линейната зависимост е само първо приближение, изпълнено за малки въздействия, в случая - за въздействия, водещи до малки отклонения от равновесието.

В биологията има няколко типа явления, в които се проявява нелинейност на процесите. Те са:

- Праговите процеси на превключване на система от един режим в друг при достигане на някаква прагова стойност на възбуждащата сила (напр. генериране на нервен импулс, мускулно съкращение)

- Регулирането и контролът на поведението на клетки и организми на всички нива на организация чрез обратни връзки, каквито няма в линейните системи

- Периодичните промени, незатихващите трептения на параметри, характеризиращи биологичните системи на всички нива на организация (напр. ензимна активност, концентрация на метаболити, численост на популации)

- Необратимото развитие, биологичната еволюция от клетката до биосферата, проявяващи се във възникването на нови структури и нова информация

Под структура на една система се разбира начинът на организация на нейните елементи (подредеността) и характерът на връзките (отношенията) между тях. В природата има пространствени, времеви и пространствено-времеви структури. В първите е налице статична подреденост на елементите, а в другите - динамична. Живите системи се характеризират с подреденост на елементите и поведението в пространството и времето. Формирането на структура е възникването на нови свойства и отношения на елементите в системата.

Динамично подреждане може да възникне само в отворени системи далеч от равновесие, наречени дисипативни системи. Необходимо условие за това е параметрите на системата да надвишават определени стойности, за да предизвикат неустойчивото състояние. Стойностите на параметрите, при които системата променя поведението си, се наричат критични стойности или точки на бифуркация.

Високоорганизираните живи системи в природата са неравновесни. Самоорганизацията е свръхкритично явление в състояние далеч от равновесното, когато параметрите на системата се изменят нелинейно.

Теорията на дисипативните структури има голямо значение не само за физиката, химията, биохимията, философията, но и за медицината и спортната наука. Тя е прилагана при изясняване на причините за сърдечна аритмия, при разглеждане на имунния отговор и имунния противотуморен контрол като кооперативно поведение на клетки, при възникване на тумори от микротумори с надкритични размери и др.

Източник: Маринов М. "Биофизика"