Dynamic Models and Control of Biological Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Vadrevu Sree Hari Rao

出品人:

页数:275

译者:

出版时间:2009-8-7

价格:USD 229.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9781441903587

丛书系列:

图书标签:

• 生物系统
• 动态模型
• 控制理论
• 数学建模
• 生物工程
• 系统生物学
• 反馈控制
• 非线性系统
• 生物力学
• 建模与仿真

《演化与适应：生命系统如何应对变化》 这是一部深入探索生命系统核心机制的著作，聚焦于它们如何在不断变化的环境中维持稳定、实现繁衍并最终推动自身演进。本书并非仅仅罗列生物现象，而是致力于揭示支撑这些现象的深层原理，尤其关注“动态性”——生命系统并非静止不变的实体，而是持续进行着物质、能量和信息的交换，从而对内外扰动做出响应和调整。 核心主题：动态性与适应性 生命的本质在于其动态性。从分子水平的酶活性调控、基因表达的动态平衡，到细胞内的信号转导网络、新陈代谢的周期性波动，再到个体层面的行为响应、生长发育的轨迹，以及群体层面的种群动态、生态系统的物质循环，无处不体现着生命系统的动态特征。本书将系统性地梳理这些动态性在不同尺度上的表现形式，并强调它们与适应性之间的内在联系。适应性，即生命系统为了提高生存和繁殖能力而对环境变化做出调整的能力，是生命演化得以持续的关键。本书将深入剖析“适应”这一概念，超越简单的“物竞天择，适者生存”的表述，挖掘其背后的机制和原理。 第一部分：生命系统的内在动态性——从分子到细胞 本部分将读者带入生命的最微观层面，揭示构成生命活动的基础。 分子层面的动态调控： 蛋白质的构象变化与功能开关： 蛋白质并非刚性结构，其三维构象的动态变化是执行功能的关键。我们将探讨变构效应、磷酸化、糖基化等修饰如何动态地影响蛋白质的活性和相互作用，从而实现精确的信号传递和代谢调控。例如，酶的活性如何在底物浓度、抑制剂、激活剂等多种因素的动态作用下实时调整，以适应细胞内不断变化的代谢需求。 核酸的动态结构与信息传递： DNA的复制、转录和RNA的加工、翻译过程，本身就是高度动态的分子机器在协同工作。我们将深入研究DNA双螺旋的解旋与重合、RNA聚合酶的运动、核糖体的催化活性等，以及这些动态过程如何确保遗传信息的准确传递和高效表达。同时，非编码RNA在基因调控中的动态作用，如miRNA与mRNA的结合与解离，也将是重点讨论的内容。 代谢网络的动态平衡与稳态维持： 细胞内的代谢过程是一个错综复杂的网络，各种生物化学反应相互关联。本书将分析代谢物浓度的动态波动，以及反馈调控机制如何维持代谢网络的动态平衡，保证细胞能量供应、合成代谢产物以及清除废物等基本功能的正常运行。我们将介绍稳态（homeostasis）的概念，并阐述其在维持细胞生命活动中的动态调节机理。 细胞层面的动态响应与组织： 信号转导通路： 细胞通过精密的信号转导通路感知外界环境的变化并做出响应。本书将详细阐述各种信号分子（激素、生长因子、神经递质等）如何与细胞表面的受体结合，激活一系列下游信号分子，最终导致细胞内基因表达、代谢活动或形态结构的动态改变。我们将重点分析信号放大、信号整合、信号反馈等关键特征，展示信号通路如何实现对复杂信号的精确解读和响应。 细胞周期与分裂： 细胞的增殖是一个严格调控的动态过程，包括DNA复制、染色体分离和细胞质分裂等一系列有序的事件。我们将深入探讨细胞周期检查点（cell cycle checkpoints）的作用，以及周期蛋白（cyclins）和周期蛋白依赖性激酶（CDKs）等分子如何协同工作，精确控制细胞周期的进程，防止细胞异常增殖。 细胞运动与迁移： 许多细胞（如免疫细胞、癌细胞、胚胎细胞）能够进行定向运动。本书将解析细胞骨架（肌动蛋白、微管）的动态组装与解聚如何驱动细胞形变和爬行，以及细胞如何感知和响应环境中的化学信号（趋化性）来实现定向迁移。 第二部分：生命系统的宏观动态性——从个体到群体 本部分将视角提升至更高层次，探讨生命系统在个体、群体和生态系统层面的动态行为及其演化意义。 个体层面的动态行为与发展： 行为的动态适应： 个体生物的行为并非僵化的反应，而是对内外环境刺激进行动态调整的复杂过程。本书将分析动物的觅食策略、繁殖行为、社会交往、以及对捕食者和环境威胁的逃避反应等，强调这些行为是如何根据实时信息进行动态优化，以最大程度地提高生存和繁殖的几率。我们将探讨学习和记忆在行为适应中的作用。 生长与发育的动态轨迹： 个体的生长发育是一个受基因和环境共同影响的动态过程。我们将研究激素调控、营养供应、以及环境因素（如光照、温度）如何影响生长速度、器官发育的顺序和形态形成。本书将侧重于描述和理解这些动态轨迹的模式，以及它们如何随着时间推移而演变。 生理节律与昼夜节律： 许多生理过程表现出周期性波动，如睡眠-觉醒周期、体温变化、激素分泌等。我们将深入探讨生物钟（biological clock）的工作机制，以及昼夜节律如何帮助生物体预测和适应规律性的环境变化，从而优化资源利用和活动安排。 群体层面的动态互动与演化： 种群动态与数量波动： 种群的规模并非恒定不变，而是受到出生率、死亡率、迁入迁出率等多种因素动态影响。本书将介绍种群增长模型（如指数增长、逻辑斯谛增长），并深入分析捕食-被捕食关系、竞争、疾病传播等因素如何导致种群数量的周期性波动和动态平衡。 社会性行为与群体协作： 许多生物（如蚂蚁、蜜蜂、狼群）表现出高度发达的社会性行为，通过群体协作来提高生存和繁殖效率。我们将分析社会等级、信息传递、利他行为等在群体动态中的作用，以及群体协作如何带来“1+1>2”的效应。 协同演化（Co-evolution）： 当两个或多个物种之间存在相互作用时，它们会相互影响，共同演化。本书将探讨捕食者与猎物、寄生虫与宿主、传粉者与植物之间的协同演化过程，以及这种动态的相互选择如何驱动物种的性状改变和多样化。 生态系统层面的动态循环与稳定性： 物质循环与能量流动： 生态系统是一个动态的物质循环和能量流动的网络。本书将分析碳循环、氮循环、水循环等关键物质循环在生态系统中的动态过程，以及能量如何从生产者传递到消费者，最终散失。我们将探讨这些循环的动态平衡对维持生态系统健康的重要性。 群落结构与物种多样性： 生态群落的物种组成和相对数量并非静止不变，而是受到干扰、入侵、群落演替等动态过程的影响。我们将分析物种多样性与生态系统稳定性之间的关系，以及不同类型的干扰如何影响群落的动态重组。 生态系统的恢复力与韧性： 生态系统在受到外部扰动（如火灾、干旱、污染）后，能够恢复到原有状态或适应新的环境。本书将探讨生态系统的恢复力（resilience）和韧性（resistance）的概念，并分析哪些因素能够增强或削弱生态系统的这种动态适应能力。 第三部分：理解生命动态性及其意义 本部分将升华全书主题，探讨理解生命系统动态性的重要性，以及其在现代科学和应用领域的价值。 从静态到动态的视角转变： 本书强调，理解生命系统必须超越静态的描述，拥抱其固有的动态性。这种视角转变有助于我们更深刻地认识生命现象的复杂性、精妙性和演化潜力。 复杂性与涌现（Emergence）： 生命系统具有显著的复杂性，微观层面的简单规则组合可以涌现出宏观层面的复杂行为。本书将探讨这种涌现现象，例如，单个神经元的简单放电模式如何组合形成复杂的认知功能，单个细胞的相互作用如何形成有组织的组织和器官。 研究方法与工具： 为了研究生命系统的动态性，需要借助于先进的研究方法和工具，例如，高通量测序技术、单分子成像技术、生物传感器、计算建模与模拟等。本书将简要介绍这些方法在揭示生命动态机制中的应用。 应用前景： 对生命系统动态性的深入理解，为许多领域提供了重要的启示和解决方案。例如，在医学领域，理解疾病的动态发生和发展机制，有助于开发更有效的治疗策略；在农业领域，优化作物生长和抗病机制，可以提高产量；在环境保护领域，预测和管理生态系统的动态变化，有助于实现可持续发展。 结语： 《演化与适应：生命系统如何应对变化》是一次关于生命本质的深度探索。通过对生命系统从微观到宏观的动态性及其适应机制的系统阐释，本书旨在为读者构建一个理解生命活动演进和可持续性的全新框架。它将激发读者对生命现象的好奇心，并为进一步的科学研究和实践应用提供坚实的基础。

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