§ 4. Классификация автоволновых процессов и основные экспериментальные данные

На основе модели (8.1) даже при можно описать поведение нескольких качественно отличающихся АВ-процессов. В следующих главах строятся конкретные базовые модели для таких процессов. В этом же параграфе мы проведем классификацию АВ-явлений и поместим таблицу, суммирующую основные экспериментальные факты.

Список разных режимов АВ-процессов с краткими обозначениями, которыми мы будем пользоваться, выглядит следующим образом. 1. Распространение возмущения в виде бегущего фронта (БФ) или бегущего импульса (БИ). 2. Генерация волн автономными источниками импульсной активности: так называемыми ведущими центрами (ВЦ). 3. Синхронные автоколебания во всем пространстве (СА). 4. Квазистохастические волны (КСВ). 5. Диссипативные структуры (ДС) - стационарные неоднородные распределения кинетических переменных в пространстве. 6. Спиральные волны

Основные характеристики различных типов АВ-процессов и главные требования, вытекающие из достаточных условий их существования, приведены в обзорах ]. В заключении гл. 11 приводится суммарная таблица достаточных условий существования различных АВ-режимов. Здесь поясним только, что ВЦ — это локальная область в гомогенной среде, где генерируются плоские волны в одномерном реакторе-трубке и концентрические — в двумерном.

В табл. 8.2, составленной на основании собраны характерные примеры наблюдаемых на опыте АВ-процессов в биологии и химии. Другие примеры, а также описания АВ-процессов в физике можно найти в [П1, П8, П37, 16, 17, 19—21]. В таблице не приводятся факты, относящиеся к процессам формообразования. Их удобнее рассматривать в главе 11, посвященной моделям морфогенеза.

Таблица 8.2 (см. скан)

Экспериментально наблюдаемые АВ-процессы

Наиболее быстрые процессы связаны с распространением электрических импульсов-сигналов. Это нервные импульсы, быстрые волны в нейронных сетях мозга, волны возбуждения в мышцах. Средние скорости процессов наблюдаются в химических реакциях. Малые скорости иногда наблюдаются внутри живых клеток — они связаны с механизмами немышечной подвижности. Конечно, такая классификация условна, так как в биологии трудно отделить электрические явления от химических и т. п. Заметим также, что сравнивать абсолютные значения скоростей распространения возмущений в системах разной природы не вполне правомерно. Нужно знать размер целостной системы и ее характерное время Тогда можно судить и о том, велика ли скорость возмущений по отношению к В ряде живых систем возможны процессы, имеющие этапы, на которых изменения переменных происходят с сильно различающимися характерными временами (такие системы помечены в табл. 8.2 звездочкой). В них могут осуществляться различные классы АВ-процессов.

В частности, интересные и разнообразные АВ-процессы происходят в миксомицете Physarum Polycephalum [18] в его

плазмоидальной стадии. Плазмодий может достигать гигантских размеров, покрывая площадь до оставаясь единой многоядерной клеткой, В развитом состоянии в нем можно наблюдать две зоны: 1) фронтальную пленку, которая пронизывается сетью каналов, 2) сеть трубок-тяжей диаметром до которые сливаются с каналами фронтальной зоны. Как в пленке, так и в тяжах протоплазма находится в постоянном возвратно-поступательном движении. Характерный период колебаний 1 мин, а скорости потока в максимуме достигают . С потоком протоплазмы переносится часть вещества в сторону фронтальной пленки, благодаря чему осуществляется миграция плазмодия. Течения возникают из-за действия сократительного актомиозинового аппарата, основу которого составляют сократительные фибриллы, стохастически вкрапленные в стенках тяжей и в активной пленке. С помощью цейтраферной киносъемки можно видеть следующие АВ-явления: стоячие волны в изолированных тяжах, бегущие и спиральные волны утолщения во фронтальной зоне (скорость 5-30 мкм/с), перистальтические волны в тяжах и др.

Мы остановились на свойствах этого объекта потому, что он очень удобен для приложения теории АВ-процессов и мы будем обращаться к нему в дальнейшем.