Программа дополнительного образования для круглогодичных школ интеллектуального роста (стр. 2 )

1.	Фирменное наименование Участника:	Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет»
2.	Организационно-правовая форма:	Некоммерческая организация
3.	Адрес местонахождения юридического лица (юридический адрес):	Россия, г. Красноярск, проспект Свободный, д. 79
4.	Адрес для почтовых отправлений (фактический адрес):	Россия, г. Красноярск, проспект Свободный, д. 79.
5.	Банковские реквизиты:	Расчетный счет № в СФ «Международный финансовый клуб» г. Красноярск к/с №
6.	Контактная информация: Ректор СФУ: Куратор программы:	, (391) , (3, *****@***ru

ПРИЛОЖЕНИЯ

Биофизика белка и биокинетика

Семинарские занятия: происхождение жизни как фундаментальная естественно-научная проблема

Обоснование темы семинарских занятий

Экспериментальная иллюстрация знаний и идей, изложенных в теоретической части, затруднительна. Теоретическое обсуждение натыкается на огромные трудности, поскольку необходимо владение сложным математическим аппаратом. В дальнейшем можно будет использовать учебные вычислительные программные пакеты с соответствующими вычислительными алгоритмами.

При отсутствии такого обеспечения семинарские занятия предлагается посвятить обсуждению проблемы происхождения жизни. Рассмотрение этой проблемы тесно связано с теоретической частью настоящего блока. Естественно, мы должны понимать при этом, что в пробионтах метаболизм и автокатализ осуществлялись на более простом материале.

В конечном счете, проблема происхождения жизни сводится к проблеме возникновения таких уникальных полимеров, как белки, ДНК и РНК, могущих существовать в современной живой клетке только как единое целое. Поэтому исследование проблем происхождения жизни, возможно, даст материал и для понимания принципов функционирования современной живой клетки.

Занятие 1. Введение

1.1. Ненаучное введение

Наверное, любой человек хотя бы раз в жизни задумывался о том, как возникла вселенная, как появилась жизнь на Земле и существует ли она на других планетах солнечной системы или вообще в других звездных системах и, наконец, как произошел человек. Окружающая нас живая природа и организмы настолько сложны, что мы до сих пор не разобрались, как они функционируют. Можно ли в таком случае говорить что-либо о возникновении жизни с научной точки зрения? Поскольку проблема происхождения жизни крайне важна с мировоззренческих, философских и религиозных позиций, ее обсуждение ведется в самых широких кругах, и наука просто вынуждена заниматься данной проблемой. На рис. 1.1.1 представлено художественное представление о происхождении жизни известного художника ХХ века.

Происхождение жизни просто объясняется в основных мировых религиях, однако убедительной научной картины происхождения жизни на Земле и вообще в Космосе на других планетах до сих пор не существует. Тем не менее в последнее время в решении данной проблемы наметился прорыв, в несколько раз увеличилось число публикаций и выделены достаточно большие средства на создание искусственной клетки, подобной простейшей бактерии.

Рис. 1.1.1. Космический конвейер, производящий жизнь, по Сальвадору Дали

1.2. Краткий историко-философский обзор по проблеме происхождения жизни

Концепция альтернативная религиозной – самозарождение. Идея о том, что живые существа могут возникать самопроизвольно с помощью самозарождения является вполне материалистической, она исключает бога из процесса сотворения жизни. Естественно, эту идею поддерживали мыслители-атеисты. Так, например, древнегреческие философы, в частности Аристотель, утверждали, что мыши и крысы возникают из болотного ила. В средние века Парацельс даже пытался создать человека из лошадиного желудка. Однако самозарождение животных и насекомых очень просто опровергается экспериментами. С обнаружением микроорганизмов Левенгуком в конце XVII века, проблема самозарождения переместилась в мир микроорганизмов и была полностью закрыта Луи Пастером во второй половине XIX века его остроумными экспериментами. В XX веке были найдены и теоретические аргументы, доказывающие невозможность самосборки простой живой клетки, даже если в растворе будут присутствовать все вещества, входящие в ее состав.

Таким образом, к концу XX века выяснилось, что концепция самозарождения непригодна для объяснения происхождения живых организмов и необходима разработка новой концепции. Тем не менее несколько десятилетий было совершенно неясно, как подступиться к проблеме, и только в 1924 году выдвинул новую концепцию предбиологической химической эволюции, в рамках которой исследования по происхождению жизни ведутся до сих пор.

Почему важно объяснить, как может возникнуть простейшая клетка, подобная бактериальной, и как она может существовать и развиваться?

В XIX веке появились эволюционные теории и после достижений биохимии и молекулярной биологии в XX веке ученые в своей массе не сомневаются, что все разнообразие жизни могло образоваться в процессе эволюции из простых одноклеточных организмов. Однако и здесь не все так ясно. Современные теории эволюции не могут объяснить возникновения и устойчивого существования биосферы. В свою очередь организмы не могут существовать длительное время вне биосферы. Эта проблема носит название «Парадокс Дарвина-Вернадского».

Биосфера представляет собой практически изолированную по веществу систему. Из космоса в нее попадает крайне незначительное по отношению к ее массе количество вещества, из внутренних геологических слоев вещество в биосферу также практически не поступает.

Биосфера открыта (не замкнута) по энергии. Основное количество энергии поступает в нее в виде солнечного излучения, существенно меньшее количество в виде тепла из глубин Земли. Вся поступающая в биосферу энергия в итоге излучается в космос в виде инфракрасного излучения. Благодаря протоку через биосферу энергии в ней возникают разного рода циклические процессы: физические, химические и биологические.

Главное свойство биосферы - это непрерывный циклический синтез и распад составляющих ее веществ. Можно сказать, что биосфера является химическим вихрем. Все живые организмы существуют в этом вихре и благодаря этому вихрю и сами являются в каком-то смысле минивихрями. Вся совокупность веществ биосферы вовлечена в мощные глобальные потоки и изменения, но эти потоки и изменения практически полностью сбалансированы и осуществляются в значительной степени живыми существами. Все, что производит живой организм, в том числе и он сам, потребляется организмами других видов и так далее по цепочке - процессы эти идут циклически без образования тупиковых продуктов за счет использования главным образом солнечной энергии.

Говоря более строго, жизнь в биосфере основана на циклической совокупности химически реакций, которые протекают почти целиком в живых организмах благодаря наличию в них ферментов-катализаторов. Все, что нас окружает: воздух, вода, почва, да и почти вся верхняя часть твердой оболочки Земли – есть в огромной степени результат деятельности живых организмов. При протекании реакций образуется огромный ряд разнообразных веществ, которые непрерывно синтезируются и распадаются, практически не образуя тупиковых веществ. Химические элементы, образующие совокупность всех веществ в биосфере, непрерывно переходят из одного вещества в другое по циклу.

Очевидно, что клетка одного химического типа или даже несколько типов клеток не смогут обеспечить замкнутость химических процессов и, следовательно, не смогут существовать длительное время. Аналогичная картина должна была быть и на этапе предбиологической химической эволюции.

Таким образом, одновременно с происхождением живых клеток мы должны объяснить и каким образом пробионты, предшественники клеток, взаимодействуют с окружающей средой, формируя сначала хемосферу, а затем и биосферу.

Темы для обсуждения по первому занятию:

1. Обсуждение невозможности самоформирования простейшей бактериальной клетки даже в том случае, если в растворе будут находиться все вещества, из которых состоит клетка.

При обсуждении использовать идеи, изложенные в теоретической части в разделе «Парадокс Левинталя».

2. Обсуждение понятия «химическая эволюция».

Химическая эволюция снимает проблему самозарождения живой клетки и переносит ее на самозарождение неких химических конструкций. Эти химические конструкции намного проще живой клетки, поэтому вероятность их спонтанного возникновения за небольшие геологические времена вполне допустима. Однако тут возникает проблема движущих сил этой пребиологической химической эволюции.

3. Обсуждение проблемы обеспечения замкнутости химических процессов в биосфере и предшествовавшей ей хемосфере.

Протекание химических реакций и размножение (автокатализ) предшественника живой клетки (пробионта) неизбежно вызовет изменения в химическом составе окружающей среды. Кроме того, химический синтез в пробионте требует притока химической энергии. Чтобы вся система (хемосфера) существовала длительное время, в ней должен существовать постоянный химический цикл за счет притока в систему энергии извне.

Занятие 2. Происхождение жизни как естественно-научная проблема

2.1. Естественно-научные принципы организации исследований происхождения жизни

В последнее время в связи с обсуждаемыми находками предполагаемых остатков микроорганизмов в метеоритах значительно увеличился интерес к поискам внеземной жизни в солнечной системе. Очевидно, что проблема поиска жизни тесно связана с проблемой ее происхождения. Сделанные на Земле находки в древнейших земных породах позволяют перенести начало возникновения жизни на Земле почти на сотни миллионов лет ранее, что позволяет утверждать, что жизнь возникла почти сразу после конденсации воды на земной поверхности.

К настоящему моменту накоплено огромное количество самых различных гипотез о молекулярной химической эволюции, которая могла привести к возникновению жизни на Земле. Очевидно, что умозрительных сценариев происхождения жизни можно придумать много. Для того чтобы максимально исключить умозрительность, необходимо использовать принцип, на котором базируется современное естествознание, - принцип экспериментальной верифицируемости и фальсифицируемости гипотез. Дальнейшее продвижение в понимании проблемы происхождения жизни невозможно без экспериментального моделирования хотя бы основных этапов молекулярной химической эволюции.

Однако прежде чем приступить к экспериментальному моделированию, необходимо собрать воедино все предположения и гипотезы о происхождении жизни и разработать четкий и непротиворечивый с точки зрения современных научных знаний сценарий происхождения жизни, который хотя бы в принципе можно было проверить в лабораторных условиях.

Для того чтобы тот или иной сценарий происхождения жизни был готов к обсуждению с точки зрения экспериментальной верифицируемости, необходимо показать, что все этапы возникновения жизни, от простейших химических реакций до появления самовоспроизводящихся систем с наследованием, вытекают один из другого и не существует принципиальных (с точки зрения современных естественно-научных представлений) вероятностных, термодинамических, кинетических и других запретов, нарушающих непрерывность переходов от одного этапа к другому.

Кроме того, сценарий, предназначенный для экспериментальной проверки, каким бы общим он ни был, должен давать конструктивный (в смысле преодоления затруднений) ответ на существующие вопросы о происхождения жизни на Земле.

2.2. Основные направления исследований, связанных с происхождением жизни

В самом начале после выдвижения концепции предбиологической химической эволюции стало ясно, что химическая эволюция может начаться только в том случае, если в среде присутствуют сложные органические вещества. Поэтому огромное внимание было уделено экспериментальному доказательству возможности синтеза сложных органических и других веществ при протекании различных физико-химических процессов на молодой Земле. Первым в этом направлении достиг успеха Миллер, который в 1953 году экспериментально показал возможность синтеза самых разнообразных сложных веществ в результате электрических разрядов. Схема установки Миллера приведена на рис. 2.2.1.

Позднее были получены сложные органические вещества. Сейчас нет никаких сомнений, что при протекании на планетах самых разных физико-химических процессов могут образовываться сложнейшие, прежде всего органические, вещества. Более того, новые исследования показали, что огромное количество органических веществ образуется при формировании звезд и их планет. Возникло даже предположение, что само формирование планеты начинается с синтеза и накопления липкой органики, способствующей связыванию пыли и частиц на первом этапе, когда тяготение еще очень слабо.

Другим направлением исследований, тесно связанных с происхождением жизни, является поиск остатков микроорганизмов в метеоритах и древнейших породах Земли. В последние десятилетия ХХ века были сделаны удивительные находки.

Так, найденные в метеоритах окаменевшие остатки очень напоминают различные современные микроорганизмы (рис. 2.2.2). Конечно, это не окончательные данные, поскольку очень трудно интерпретировать электронные изображения образцов, имеющих возраст около 4 млд лет.

Тем не менее большое число таких находок, в том числе и в древнейших земных породах, вызвало огромный интерес и стимулировало поиск внеземной жизни.

Другие направления исследований связаны с конкретными разработками химических схем образования метаболизма и генетического аппарата, теоретическим моделированием различных процессов, связанных с происхождением жизни.

Рис. 2.2.1. Установка Миллера для получения сложных органических веществ из газов, предположительно входящих в состав атмосферы первобытной Земли

Рис. 2.2.2. Окаменевшие образования, похожие на современные микроорганизмы, найденные в метеорите

2.3. Основные современные химические концепции происхождения жизни

В настоящее время более всего прописаны химические концепции происхождения жизни, носящие названия по веществам, играющим центральную роль в этих концепциях. Это концепции «пептидно-белкового мира», «мира РНК», «мира тиоэфиров» и «липидного мира». После обнаружения каталитических свойств у молекул РНК наибольшую популярность получила концепция «мир РНК», суть которой заключается в идее, что современный генетический аппарат и связанные с ним белки произошли как следствие эволюции РНК. В последнее десятилетие, после обнаружения автокаталитических свойств у мицелл, определенную известность получила концепция «липидного мира». Суть этой концепции представлена на рис. 2.3.1 Данная концепция активно развивается и модифицируется в работах, опубликованных после 2000 года.

Однако наиболее четко прописана и обоснована концепция возникновения протоклетки у Расмуссена с соавторами (рис. 2.3.2).

Концепция Расмуссена сходна с концепцией «мир РНК». Однако вместо РНК предполагается использовать другой полимер. Достоинство данной концепции заключается в том, что в ней рассмотрены конкретные пути экспериментального создания пробиотической клетки.

Имеются и другие концепции происхождения жизни.

Рис. 2.3.1. A-GARD модель мицеллярного автокатализа в концепции «липидного мира»

Рис. 2.3.2. Концепция Расмуссена с соавторами экспериментального создания протоклетки

Темы для обсуждения по второму занятию:

1. Обсуждение принципов классификации наук.

В процессе осуждения должен быть сделан вывод, что главный принцип в естественных науках – экспериментальное опровержение или подтверждение всех научных гипотез.

2. Обсуждение возможности появления в окружающей среде веществ, обладающих сложной структурой, в результате простых физико-химических процессов.

При обсуждении необходимо обратить особое внимание на постулат, что сложные химические конструкции могут возникать в растворах только из достаточно сложных химических веществ в результате слабых взаимодействий.

3. Обсуждение основных научных концепций происхождения жизни.

Нужно показать, что эволюция пробионтов должна быть связана с эволюцией линейных полимеров. Более подробно следует рассмотреть концепции «липидный мир» и «мир РНК». Первая концепция объясняет, как могут появиться фазово-обособленные системы, вторая – что эволюция обязательно должна быть связана с полимером, обладающим каталитическими свойствами и матричным копированием себя при автокатализе.

Занятие 6. Поиск внеземной жизни

6.1. Физико-химические условия, необходимые для возникновения и эволюции автокаталитических систем. (Где искать внеземную жизнь?)

Сложные молекулярные структуры могут самоформироваться только за счет слабых взаимодействий в жидкости. В принципе нельзя исключить, что могут найтись и другие подходящие жидкости, - сейчас трудно говорить об этом определенно.

Отсюда же следуют ограничения на температуру и давление. Автокаталитическая система должна функционировать при таких внешних условиях, чтобы сохранить свою устойчивость и обеспечить достаточную скорость автокатализа, при которой возможно ожидать возникновения систем с наследованием за приемлемое время.

Из этой же концепции вытекает, что при наличии внешних ограничений на сложность автокаталитических систем возможно существование только преджизни (пробионтов) в виде автокаталитических систем без наследования.

6.2. Усложнение планетарных химических циклов как результат эволюции автокаталитических систем

Обычные вещества из окружающей среды, в том числе и субстраты базовых реакций, входя в состав автокаталитических систем, удаляются из среды, концентрация их понижается. Это неизбежно привело бы к прекращению их использования и даже к ликвидации самого геохимического цикла, поддерживающего существование автокаталитических систем, причем за очень короткие геологические времена. Вследствие этого автокаталитические системы должны обязательно разрушаться, освобождая составляющие их вещества, которые должны прямо или опосредованно снова включаться в основной геохимический цикл.

В случае вовлечения в автокаталитические системы веществ, исходно не связанных с основным геохимическим циклом и подвергающихся в этих системах химическим превращениям, возникают предпосылки формирования вторичных циклов. При реализации этих предпосылок первоначальный геохимический цикл модифицируется и расширяется, захватывая новые вещества. Если же вторичные циклы не могут формироваться, автокаталитические системы, использующие вещества, не включающиеся в циклы, выпадают из эволюции.

Для того чтобы химически малоактивные вещества окружающей среды могли эффективно использоваться для формирования структуры автокаталитических систем, необходимо за счет энергии базовой реакции активировать эти вещества. Самый простой способ достижения этой цели – межмолекулярный перенос атома водорода. Этот процесс и должен был являться основной движущей силой функционирования вторичных циклов на начальных стадиях преджизни.

Таким образом, в результате предбиологической эволюции вследствие отбора автокаталитических систем на эффективность автокатализа базовой реакции должно было происходить усложнение геохимических циклов вплоть до возникновения единой циклической системы, по крайней мере, для основных химических элементов, входящих в состав веществ, используемых для создания структуры предбиологических автокатализаторов, причем материал самих автокатализаторов в конечном счете тоже должен включаться в эту циклическую систему.

Отсюда вытекает, что после появления преджизни химический состав верхней оболочки должен меняться и становиться более неустойчивым термодинамически. Этот неустойчивый химический состав поддерживается постоянным притоком свободной энергии.

6.3. Организация поиска внеземной жизни в Солнечной системе

До сих пор при поисках внеземной жизни основное внимание уделялось Марсу. Есть определенные предположения, что жизнь там могла возникнуть. Вопрос о возможности ее существования в настоящее время остается открытым.

На планетах и их спутниках, расположенных за орбитой Марса, энергии солнечного света недостаточно для формирования на них химических циклов. Существование таких циклов возможно только при использовании тепловой энергии. Обнаружение на Земле «черных курильщиков», которые выносят сероводород и являются оазисами жизни на дне океанов, свидетельствует о возможности возникновения и развития жизни за счет тепловой энергии. Непосредственными кандидатами на поиски жизни, или хотя бы преджизни, существующей за счет тепловых циклов, являются Европа, спутник Юпитера, и Титан, спутник Сатурна.

При рассмотрении происхождения жизни обычно постулируется необходимость наличия воды. Действительно, трудно представить самоформирование сложных молекулярных структур, необходимых для функционирования живых клеток в неводных растворах. Однако существование фазово-обособленных систем, перспективных для рассмотрения проблемы происхождения жизни, возможно и в неводных растворах при небольшом содержании в них воды. При наличии амфифильных веществ в таких условиях могут формироваться обращенные мицеллы, содержащие внутри себя водные растворы. Поэтому не стоит сбрасывать со счетов возможность зарождения хотя бы преджизни, которая могла бы существовать за счет теплового химического цикла на Юпитере. Обнаружение на нем жизни (или хотя бы ее зачатков), коренным образом отличающейся по биохимии от земной, стало бы выдающимся открытием, прежде всего для понимания того, что такое жизнь вообще, и имело бы важнейшее значение для биологии и в более широком смысле для астробиологии.

Темы для обсуждения по шестому занятию:

1. Обсуждение разных способов обнаружения жизни и ее проявлений в солнечной системе.

Это должно быть самое свободное обсуждение и дискуссия. Тут можно обсудить, что такое жизнь вообще.

Лабораторная работа

Биофизика водных экосистем

Задание: физическая модель меромиктического озера

Цель: продемонстрировать явление меромиктии.

1) Наполните аквариум размером 40×20×24см на две трети водопроводной водой. Охладите воду до +4˚ С с помощью льда, оставьте лед плавать на поверхности.

2) Соберите сифонную установку с 0.3% раствором NaCl (при комнатной температуре), окрашенным метиленовым синим. Сифон представляет собой шланг, опущенный одним концом в сосуд с указанным раствором, к другому концу шланга прикреплена стеклянная L –образная трубка. На шланг поставить винтовой зажим для регулирования скорости потока. Приоткройте зажим, дайте голубому раствору дойти до конца стеклянной трубки. Закройте зажим, опустите L – образную трубку в аквариум так, чтобы ее горизонтальная часть лежала вдоль длинной стенки аквариума, а вертикальная часть опиралась на противоположную стенку по диагонали (вертикальная часть должна быть достаточно длинной для этого). Приоткройте зажим и дайте голубой жидкости вливаться в аквариум. Когда аквариум наполнится, закройте зажим и аккуратно вытащите трубку, стараясь не перемешать голубую жидкость с чистой водой.

3) Удалите остатки льда из аквариума, стараясь не возбуждать резких колебаний воды. Запишите температуру воды в миксолимнионе, хемоклине и монимолимнионе аквариума.

4) Включите лампу мощностью 250 Ватт, направьте ее на поверхность воды на расстояние 25 см от поверхности, засеките время. Подождите 40 минут.

5) Рассыпьте мелкие кристаллы марганцовки аккуратно по поверхности воды, добившись, чтобы верхняя четверть водной толщи достаточно окрасилась оседающими частичками марганцовки.

6) Слабым источником ветра (например, феном) добейтесь того, чтобы верхняя часть водной толщи равномерно окрасилась марганцовкой.

Теперь верхняя треть водной толщи окрасится марганцовкой. Как называется эта зона в озере? (Эпилимнион). Нижняя треть аквариума останется окрашенной в голубой цвет. Как она называется? В средней части вода останется неокрашенной. Как можно назвать эту часть?

7) С помощью колебаний работающего фена создайте внутренние волны (так называемые сейши) в зоне термоклина. Обратите внимание, что аналогичные сейши наблюдаются и в зоне хемоклина. Опишите наблюдаемые сейши, оцените их период.

Лабораторная работа

Биолюменесценция

Исследование конформационных изменений модельного белка методами оптической спектроскопии

Цель: продемонстрировать. владение методами оптической спектроскопии

1 Подготовка к работе

1.  Ознакомьтесь с правилами выполнения спектроскопических исследований белков (методичка возле прибора).

2.  Приготовление растворов для исследования

Получите модельный белок. Рассчитайте, каким объемом буфера Вы должны его развести, чтобы получить необходимую концентрацию (1·10-6 М). Перед проведение каждого исследования модельный белок в различных средах должен инкубироваться на водяной бане в течение 5 минут.

2 . Измерение спектров флуоресценции модельного белка:

А) Измерьте спектры испускания флуоресценции модельного белка (концентрация 1·10-6 М),при комнатной температуре и при температуре 35°С.

Условия измерения: диапазон 305-500 нм, скорость сканирования – 6 нм/с, объем жидкости в кювете - не менее 2 мл.

Лабораторная работа

Фоторегуляторные системы

Исследование Изучение влияние плеера на слух

Цель: продемонстрировать. владение методами рефлекторной биофизики

1.1.  Изучение аппаратно-программного комплекса, на базе которого происходит выполнение лабораторной работы

Работа выполняется с использованием компьютерной программы для генерации звуковых сигналов синусоидальной формы. Программа выполнена на графическом языке программирования LabVIEW. Интерфейс программы вы можете увидеть на рисунке 1.

Рис. 1 – Интерфейс программы для генерации звуковых сигналов

Рис. 2 – Блок схема программы для генерации звукового сигнала.

Рис. – интерфейс генератора.

Для всех дальнейших исследований используйте следующие значение частоты: 20, 50, 100, 200, 500 гц, 1, 2, 5, 10, 15, 20 кгц.

1.2.  Изучение работы слухового анализатора

1.2.1.  Амплитудно-частотная характеристика звуковой карты и наушников

Так как не существует селективных источников и приемников, то вводится понятие амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) источника или приемника звука.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) - функция, показывающая зависимость искажения амплитуды сигнала от его частоты. АЧХ показывает во сколько раз амплитуда сигнала на выходе системы отличается от амплитуды входного сигнала на всём диапазоне частот.

Если мы подаем на источник звука (наушник) постоянное напряжение, то звуковое давление создаваемое мембраной наушника будет зависеть от частоты подаваемого напряжения. Это вызвано механическими, инерционными свойствами мембраны.

Аналогично ЭДС на выходе приемника звука (микрофона) зависит не только от уровня звукового давления, но и от частоты звука.

Рис 4 – Амплитудно-частотная характеристика наушников Cosonic 822V

1.2.2.  Определение порога слышимости

\subsection{Определение порога слышимости}

Определение порога слышимости производится для каждого уха по отдельности (моноауральный слух) и для двух ушей вместе (биауральный слух).

Данная работа должна выполняться в паре (испытуемый и испытатель), чтобы исключить психологический эффект распознавания звука.

Испытуемый надевает на голову наушники, следя за тем, чтобы глушители плотно прилегали к голове и в то же время, не создавали неприятных ощущений. Испытатель устанавливает в программе нужную частоту сигнала, и постепенно увеличивает амплитуду звука от минимального значения, устанавливая момент, когда испытуемый начинает слышать звук в наушниках. Порог слышимости необходимо пересечь несколько 3 раза, для получения устойчивой оценки, каждый раз подходя к порогу снизу. Для испытания выбираются те же значения частот, которые были использованы при получении АЧХ наушников.

Поле фиксации значений порога слышимости при всех частотах, необходимо произвести коррекцию в соответствии АЧХ звуковых устройств, а также нормировать измерения относительно порога слышимости на частоте 1000гц, который принимается за новое значение 0дБ. Чтобы произвести эту коррекцию необходимо вычислить поправку. Если порог слышимости на 1000гц равен $K_0$дБ, а суммарная АЧХ звуковой карты и наушников равна $C_0$дБ, то новому значению нуля соответствует следующая формула:

$$ K_0 + C_0 + P_0 = 0 $$

где $P_0$ - поправка для нулевого уровня. Отсюда:

$$ P_0 = - (K_0 + C_0) $$

Эту поправку необходимо прибавит к усредненному для каждой частоты порогу слышимости, полученному из эксперимента. Результат необходимо представить в виде графика $K(\lambda)$ для каждого уха по отдельности и для биаурального случая.

1.2.3.  Получение кривых равной громкости

\subsection{Получение кривых равной громкости}

Данная работа проводится для биаурального слуха (используя оба наушника одновременно). На одном генераторе устанавливают частоту 1000 гц и амплитуду на 20дБ больше порога слышимости для биаурального слуха, а на втором -- последовательно устанавливают стандартный набор частот. При этом, амплитуды устанавливают таким образом, чтобы при поочередном включении генераторов громкость звуков разных частот казалась одинаковой.

Испытатель снимает значения амплитуды со второго генератора, при различных частотах. Для этих значений необходимо также произвести корректировку, как при определении порога слышимости (см. задание 2). Аналогичные измерения необходимо произвести для уровня 50дБ и 80дБ.

1.2.4.  Определение разностных порогов громкости

\subsection{Определение разностных порогов громкости}

На обоих генераторах устанавливают одинаковую частоту (определение ведут для трех частот 100, 1000,Установив на обоих генераторах сигнал на 40дБ выше порогового для данной частоты. Затем, поочередно подавая сигнал разных генераторов на наушники, находят изменение амплитуды, при котором ухо сможет отличить громкость двух сигналов. Аналогично измерения выполняют на других уровнях 30 и 50 дБ. Не следует забывать, что пороговый уровень, от которого производится отсчет различен для каждой частоты.

1.2.5.  Определение разностных порогов частоты

\subsection{Определение разностных порогов частоты}

Измерения ведутся на уровне 50дБ выше порогового и на частотах 50, 200 гц, 1, 5, 10, 15 кгц.

На обоих генераторах выставляются одинаковые значения частот. Плавно меняя значения регулятора точной подстройки, необходимо зафиксировать момент, когда ухо начинает различать тона звуков.

Вопросы для итогового контроля

Какие научные задачи необходимо решить для обеспечения устойчивого развития человечества? Какие задачи устойчивого развития, выходят за рамки естественных наук? Почему высокая замкнутость потоков веществ является ключевым свойством биосферы? Почему нельзя получить точный прогноз динамики биосферы? На чем основана аналогия между биосферой и БСЖО космического корабля? Привести таблицу платежей человечества при различных вариантах развития глобального кризиса. Растолковать смысл следующих терминов: биосфера, концепция устойчивого развития человечества, экосистема, антропогенное воздействие, природопользование. Растолковать смысл следующих терминов: фотосинтез, фоторегуляторные системы, биолюминесценция, фотодинамическое действие света Какие белки называются глобулярные, фибриллярные и мембранные? Приведите примеры. Перечислите основные функции белков. Какова роль шаперонов в формировании пространственной структуры белков? Что такое фермент-субстратный комплекс? Перечислите типы ингибирование и активирования ферментативных реакций. От чего зависит радиочувствительность биологических объектов, Перечислить основные объекты радиационного поражения в клетке, Каковы последствия (на уровне клетки) радиационного поражения липидов, белков, ДНК? Пояснить вид зависимости “доза-эффект” в области малых доз, Какие методы применяются для ретроспективной дозиметрии человека, Растолковать смысл следующих терминов: ионизирующее излучение, радиационный парадокс; радиочувствительность, малые дозы; радиационный гормезис; Укажите соотношение биомассы животных и растений на суше и в океане. Какой биом суши характеризуется наибольшим запасом органического вещества на единицу площади? Напишите уравнения экспоненциального и ограниченного роста. Какие леса имеют наибольшую продуктивность на единицу площади: бореальные умеренной зоны или тропические? Растолковать смысл следующих терминов: наземные экосистемы, растительные формации, популяционная динамика компонентов наземных экосистем, бореальные леса При какой температуре вода имеет наибольшую плотность и какое это имеет значение для функционирования водных экосистем? Какой биогенный элемент наиболее часто лимитирует развитие водных экосистем и почему? Схематически изобразите трофическую сеть водной экосистемы цветущей цианобактериями до и после биоманипуляции. Назовите основные отличия между дискретными и непрерывными моделями популяционной динамики. Растолковать смысл следующих терминов: водные экосистемы, стратификация водных экосистем, биогенные элементы, биологические звенья, математическое моделирование, популяционная динамика гидробионтов.