Фотосинтез и его регуляция

явлении так называемой медленной индукции флуоресценции

Все живое на Земле зависит от фотосинтеза. Фотосинтез занимает центральное место в круговороте вещества и энергии на Земле, делая энергию и углерод доступными для организмов и обеспечивая выделение кислорода в атмосферу. Познание механизмов утилизации света в фотосинтезе играет первостепенную роль для управления этим процессом и имеет большое общебиологическое значение для понимания основных принципов биоэнергетики.

 В настоящее время в основном установлены состав и организация фотосинтетического аппарата и механизмы отдельных стадий, начиная от поглощения квантов света и кончая образованием углеводов. Вместе с тем, вопрос о регуляции процессов фотосинтеза, обеспечивающей оптимальное функционирование фотосинтетического аппарата в целом, еще далек от разрешения. Структурно-функциональная саморегуляция является важнейшим свойством всех биологических систем. Регуляторные механизмы определяют устойчивость системы, ее способность адаптироваться к изменяющимся условиям внешней среды (температура, газовый и химический состав, освещенность и т.д.).

Флуоресценция и мониторинг фитопланктона

Электронное методическое пособие по некоторым флуоресцентным методам

Перед экологами современности встает множество задач, касающихся мониторинга различных водоемов, от прудов до океанов. И в этом деле много внимания уделяют фитопланктону - первичному звену трофической цепи гидроэкосистемы. Что же именно интересует исследователей микроводорослей? В первую очередь - их численность, которую можно определить через количество фотосинтезируюшего пигмента - хлорофилла, способного переизлучать поглощенную энергию света, то есть флуоресцировать. Измеряя флуоресценцию фитопланктона, можно рассчитать концентрацию хлорофилла у микроводорослей трех основных таксонов: сине-зеленых, диатомовых и зеленых, обладающих различиями пигментного аппарата и спектров возбуждения флуоресценции.

Использование флуоресцентных методов

Методы исследования фитопланктона, основанные на измерении флуоресценции, разработаны и используются в Красноярском государственном университете, на кафедре физиологии и микробиологии.
Измерения проводятся как в лаборатории, на экспериментальных культурах водорослей, так и на водоемах, в полевых условиях.

Математические модели неинвазивной лазерной диагностики в медицине

Д.А. Рогаткин, В.В. Черный*
Лаборатория лазерной медицины МОНИКИ,
* - Московский государственный институт электроники и математики

В последнее время интенсивное развитие стали получать методы неинвазивной (неповреждающей) лазерной диагностики в биологии и медицине. И в первую очередь, для обоснования методик диагностики и создания алгоритмов обработки сигналов реального времени, в теоретическом плане представляют интерес простые аналитические модели распространения света в мутных средах, позволяющие наглядно анализировать различные модельные ситуации.

Особенностью таких моделей в случае задач медицинской диагностики является то, что они должны описывать распространение излучения в условиях сильного многократного рассеяния, доминирующего над поглощением. А также давать решение для потока, выходящего из среды со стороны освещаемой поверхности, т.к. диагностика реализуется по принципу регистрации и спектрального анализа отраженного (обратно рассеянного) света.

Однако, несмотря на довольно длительную историю развития методов оптики светорассеивающих сред, особенно теории переноса, моделей, пригодных для задач медицинской лазерной диагностики, практически нет. Простейшие модели фотометрии слишком малоинформативны. Корреляционные модели статистической радиофизики описывают лишь очень ограниченный класс задач, в основном для сильно разреженных сред, и часто не имеют аналитического решения. Статистическое моделирование методом Монте-Карло также лишено наглядности и требует существенных затрат машинного времени, что ограничивает его использование в системах реального времени. А наиболее часто используемая в этом плане теория переноса имеет решения лишь в случае достаточно грубых приближений (однократного рассеяния, диффузионное и т.д.), обладающих невысокой точностью применительно к указанным условиям. Например, однократное рассеяние практически нереализуемо для таких оптически плотных сред, как кожа. А известное диффузионное приближение именно в области малых оптических толщин (в зоне освещения) дает наибольшую погрешность, приводящую даже к несоблюдению собственных граничных условий.

Флуоресценция минералов

Потаенная флуоресцентная радуга камня

Представьте себе свет, который струится из камня... Какая картина посетила Ваше воображение? Наверняка, это прекрасный драгоценный камень, бриллиант или рубин, ограненный рукой мастера и переливающийся всеми красками радуги, скрытыми в свете солнца. А может быть - благородный опал, сияние которого будто пробивается сквозь непрозрачный каменный панцирь. Но скроется солнце - и померкнут прекрасные камни, все станут одинаково серыми. Мало кто знает, что настает время разбудить в камне его истинный свет, не отражение чужих лучей, а его собственную, скрытую от людских глаз радугу.
Передо мной в темноте лежит россыпь светящихся камней. Все доступные воображению краски собраны вместе - вот розовые и ярко-красные, будто угли тлеющего кострища, кристаллы кальцита, рядом с ними - нежно-голубые, синие огоньки флюорита, сияющий золотом циркон, белый арагонит. Что заставило этот невзрачный при свете солнца "гравий" вдруг засиять в темноте? Разгадка одна - ультрафиолетовый свет, излучение специальных ламп, невидимое человеческому глазу, но заставляющее камни сверкать. Это прекрасное явление носит имя люминесценции, или флуоресценции. Известно оно человечеству не так долго - лишь с тех пор, как в прошлом веке был создан первый источник ультрафиолетового света. А название ему подарил минерал флюорит, один из самых ярких каменных "ночных цветов", отнюдь не драгоценный камень, который несложно встретить практически во всех уголках мира.