Большая Советская Энциклопедия (БИ)

Перспективно, вероятно, устройство не только технических аналогов органов чувств животных, но и технических систем с биологически чувствительными элементами (например, глаза пчелы — для обнаружения ультрафиолетовых и глаза таракана — для обнаружения инфракрасных лучей).

Большое значение в техническом конструировании имеют т. н. персептроны — «самообучающиеся» системы, выполняющие логические 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 (например, его яркости, цвета и т.п.) при сохранении его основного значения. Такие самоорганизующиеся познающие устройства работают без предварительного программирования с постепенной тренировкой, осуществляемой человеком-оператором; он предъявляет изображения, сигнализирует об ошибках, подкрепляет правильные реакции. Входное устройство персептрона — его воспринимающее, рецепторное поле; при опознавании зрительных объектов — это набор фотоэлементов.

После периода «обучения» персептрон может принимать самостоятельные 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 других 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, морском деле и др. Ультразвуковая локация обнаружена у летучих мышей, ряда морских животных (рыб, дельфинов). Известно, что морские черепахи уплывают в море на несколько 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 особенностей живых организмов также даёт новые идеи для технического конструирования. Так, изучение структуры кожи быстроходных водных животных (например, кожа дельфина не смачивается и имеет эластично-упругую структуру, что обеспечивает устранение турбулентных завихрений и скольжение с минимальным сопротивлением) позволило увеличить скорость кораблей. Создана специальная обшивка — искусственная кожа «ламинфло» (рис. 2), которая 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 жиротроном может быть автоматически выведен из штопора. Полёт насекомых сопровождается малым расходом энергии. Одна из причин этого — особая форма движения крыльев, имеющая вид восьмёрки.

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 биохимических процессов, происходящих в организмах, — также, по существу, проблема Б. В этом плане большое значение имеет изучение процессов биосинтеза,биоэнергетики, т.к. энергетически биологические процессы (например, сокращение мышц) чрезвычайно экономичны. Одновременно с прогрессом техники, который обеспечивается успехами Б., она приносит пользу и самой биологии, т.к. помогает активно понять и моделировать те или иные биологические 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; Мартека В., Бионика, пер. с англ., М., 1967; Крайзмер Л. П., Сочивко В. П., Бионика, 2 изд., М., 1968; Брайнес С. Н., Свечинский В. Б., Проблемы нейрокибернетики и нейробионики, М., 1968: Библиографический указатель по бионике, М., 1965.

Р. М. Баевский.

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.

Рис. 2. Искусственная кожа — обшивка «ламинфло»: а — боковой разрез; б — срез через слой палочек по линии АБ; 1— верхний слои; 2 — средний слой; 3 — гибкие палочки среднего слоя; 4 — пространство между палочками, заполненное демпфирующей жидкостью (чёрного цвета); 5 — нижний слой; 6 — корпус модели.

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; P_n, P_i, P₂, P₁ — входы нейрона; S_n, S_i, S₂, S₁ — синаптические контакты; Р — выходной сигнал; К — пороговое значение сигнала; R₁ — R₆, R_m — сопротивления; C₁ — C₃, C_m — конденсаторы; T₁—T₃ — транзисторы; D — диод.

Биономия

Бионо'мия (от био... и греч. n'omos — закон), отрасль биологии, изучающая образ жизни организмов и их место в экономике природы. Б. — малоупотребительный термин, почти полностью охватываемый понятием экология.

Бионт

Био'нт (от греч. bion, родительный падеж bi'ontos, буквально — 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 других организмах). Организмы, способные жить в различных условиях, называются эврибионтами; организмы, обитающие только в строго определённых условиях, — стенобионтами. Примерами стенобионтов являются — псаммобионты (обитатели песков), петробионты (организмы, живущие на каменистом грунте), ботрибионты (обитатели нор) и т.д.

Биооптика

Биоо'птика (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; некоторые 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 многих омматидиев. В камерных глазах позвоночных животных, головоногих моллюсков, пауков и некоторых 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 оптического 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. Оптические средства сигнализации играют огромную роль во многих 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 и ближняя ориентация рыб, М., 1968; Тинберген Н., Поведение животных, пер. с англ., М., 1969.

О. Ю. Орлов.

Биоорганическая химия

Биооргани'ческая хи'мия, научное направление, сложившееся на стыке ряда отраслей химии и биологии. Б. х. возникла во 2-й половине 20 в. и развивается в тесной связи с молекулярной биологией,биохимией и другими биологическими дисциплинами, которые одновременно исследуют ряд важнейших типов веществ. Б. х. изучает вещества, лежащие в основе процессов жизнедеятельности, в непосредственной связи с познанием их биологической функции. Основные объекты Б. х. — биополимеры (белки и пептиды, нуклеиновые кислоты и нуклеотиды, липиды, полисахариды и т.д.), превращения которых составляют химическую сущность биологических процессов, и биорегуляторы (ферменты, витамины, гормоны, в том числе и фитогормоны, и др., а также синтетические биологически активные соединения, например лекарственные препараты, ростовые вещества, инсектофунгициды, гербициды и т.д.), которые химически регулируют обмен веществ. Б. х. занимается получением этих веществ в химически чистом состоянии, установлением строения, синтезом, выяснением зависимостей между строением и биологическими свойствами, изучением химических аспектов механизма биологического действия биополимеров, а также природных и синтетических биорегуляторов. Характерная особенность Б. х. — использование всего комплекса химических и физических методов индивидуализации веществ (хроматографические и электро-форетические методы, противоточное распределение и др.) и выяснение их строения (ультрафиолетовая, инфракрасная, а также Раман-спектроскопия, ядерный магнитный резонанс, электронный и протонный резонанс, химическая масс-спектрометрия, рентгеноструктурный анализ и т.д.).

Решение основных 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 многое др. В то же время изучение высокоспециализированных биологически активных веществ и процессов, протекающих с их участием, может открыть принципиально новые возможности для развития химии, химической технологии и техники. К проблемам, решение которых связано с исследованиями в области Б. х., относятся: создание строго специфичных высокоактивных катализаторов (на основе изучения строения и механизма действия ферментов), прямое превращение химической энергии в механическую (на основе изучения мышечного сокращения), использование в технике химических принципов хранения и передачи информации, осуществляемых в биологических системах, принципов саморегулирования многокомпонентных систем клетки в первую очередь избирательной проницаемости биологических мембран, и многое др. Перечисленные проблемы лежат далеко за пределами собственно Б. х.; однако она создает основные предпосылки для разработки этих проблем, обеспечивая главные опорные пункты для развития биохимических исследований, относящихся уже к области молекулярной биологии. Широта и важность решаемых проблем, разнообразие методов и тесная связь с другими научными дисциплинами обеспечили быстрое развитие Б. х.