[00109020]生命能量系统模型动力学特性理论及应用的研究

　　该课题旨在通过对生命系统中能量活动的规律来揭示其生命活动的内在动力学机制，借此理解和解释生命活动的基本原理及目前尚难解释的一些复杂行为。整个课题的研究内容分为理论研究和应用研究两个模块。 　　（一）理论研究包括生命能量系统动力学模型的建立、动力学特性的分析。这些工作可大致分为如下研究方向： 　　（1）生命系统能量活动的动力学原理，建模的理论和方法； 　　（2）模型的动力学特性与分叉特性； 　　（3）模型的控制特性； 　　（4）生命系统的能量结构与功能的关系。 　　（二）应用研究分为两个子模块： 　　（1）生命活动的数学描述：这项工作可分为两个互逆的过程，即通过实验数据来辨识系统的特征参数和应用能量动力学模型分析的结果去解释生命活动中的复杂现象、控制活动和进化过程等； 　　（2）根据生命能量系统的理论建立计算机仿真模型，从而将复杂的数学分析用计算机仿真的方法替代，使未经过数学动力学分析训练的生命科学工作者能方便地解决生命活动研究中的问题。 　　取得的突出成就有如下几点： 　　（1）根据目前国际上关于非线性科学的新论点，解释了生命能量系统动力学模型建摸的理论、依据和方法，通过严密的数学推导，建立了一个逻辑完整、内容充实的能量动力学模型； 　　（2）解释了本能量模型与经典模型的内在联系，印证了雄踞生物数学界近80年的权威模型Lotka-Volterra模型（L-V），并将其研究区域由1个象限扩展为4个象限，同时合理地解释了这4个象限的功能，有些现象是L-V所不能解释的； 　　（3）提出了分解和整合生命系统各不同层次结构和功能的方法，解释了生命系统中各个层次相互作用的机理。这是一个生命科学界共同关心的问题； 　　（4）提出了运用计算机仿真将动力学模型的分析应用于植物生长过程研究的设想，初步地探索了让生命科学研究者将动力学分析的方法直接引入复杂生命现象研究的途径，该项工作是目前国内外生物学界积极探索的热点问题。 　　该研究对于探索生命过程的复杂性提供了一个新的途径，达到国内领先水平，国际先进水平。 　　推广应用前景 　　整个课题的完成可望为生命活动动态过程的研究提供一个较完整的理论，让人们通过对生命活动中能量动力学的研究，从一个角度理解和揭示生命活动的内部机制，解释生命系统结构与功能、结构的不同层次之间及功能的不同层次之间的相互关系，进而解决有些实验科学所不能解决的问题，避免在确定研究方向和设计实验上的盲目性。可以预期今后随着能量测量技术的发展，该成果有望在理论研究和实际应用上更受到科技界的关注。LESM关于植物生理和生态学方面的应用研究成果引入农林业和畜牧业生产实践，将为农林作物的栽培和牲畜的养殖、品种的改良、农林业规划的制定和管理等方面提供理论指导，为实现数字化农业和数字化林业提供理论依据，以促进农林业生产，从而产生目前尚难估量的经济效益和社会效益。LESM关于医学生理学方面的应用研究成果引入医学实践，可以精确解释人的生理活动过程和生理结构、致病机理，为制定可行的治疗方案提供准确的数值依据，减少误诊率。而LESM在以上应用领域的研究方法如果通过计算机仿真制作成各种有针对性的应用软件，使应用人员无须接受动力系模型分析的专业训练便可以直接应用LESM的理论去分析各个应用领域的实践问题。实现LESM在生命科学研究及其各个应用领域中的应用，从而提高生命科学理论研究及其各应用科学研究的理论含量和效率，减少研究时间和资金的投入。