1. Fizica si viata (Introducere in Zoofizica) - Curs -

2. Facultatea de Fizica
Cabinet F105a (etaj I)

3. Structura cursului: 1. Viata:Informatie, materie, energie. 2
Structura cursului: 1. Viata:Informatie, materie, energie. 2. Energia si temperatura. 3. Forma si forte. 4. Fluide in corp. 5. Animale in miscare. 6. Undele: purtatoare de informatie. 7. Lumina. 8. Sunetul. 9. Electronica corpului. Simturi magnetice.

4. BIBLIOGRAFIE: 1. B.K. Ahlborn: Zoological Physics, Springer, P. Davidovitz: Physics in Biology and Medicine, Harcourt Academic Press, E. Pflegl Nichols: Physics for Scientists and Engineers, Worth, T.D. Rossing: The science of sound, Addison Wesley, New York, H. Schleich: Byophisics of Electroreception, Springer, F.M. White: Heat transfer, Addison Wesley, Handbook of Optics, 2-nd edition, Nature 9. Physics Today 10. Scientific American

6. Tema 1 (Cursul 1): Fizica si viata
A. Neculae: Fizica si viata (Curs complementar)
Tema 1 (Cursul 1): Fizica si viata
1.1 Obiectivele cursului.
1.2 Fizica si viata.
1.3 Modelarea proceselor fizice din zoologie Puncte forte si limitari.

7. A. Neculae: Fizica si viata (Curs complementar)
1.1 Obiectivele cursului
Evolutia vietii se bazeaza pe conceptele de Energie si Informatie.
Pentru descrierea structurilor vii macroscopice sunt necesare o serie de explicatii care se pot da in cadrul fizicii:
Energia joaca un rol esential in metabolism, controlul termic si locomotie, activitati care trebuie sa se conformeze legilor termodinamicii, curgerii fluidelor si mecanicii;
Informatia culeasa pe baza simturilor la mare distanta se bazeaza pe principii ale opticii, acusticii, electricitatii si magnetismului.
Cursul isi propune sa arate cum legile fizicii fac sa functioneze, dar si limiteaza constructia organismelor, controleaza activitatile animalelor. O astfel de abordare reprezinta o noua disciplina, la frontiera dintre fizica si zoologie.

8. Un model investigheaza doar anumite aspecte ale realitatii.
A. Neculae: Fizica si viata (Curs complementar)
1.1 Obiectivele cursului
In primul rand, in cadrul cursului vor fi prezentate modele simple care pot oferi perspective deductive mijloacelor inductive dezvoltate de biologia observationala, dezvoltand astfel repertoriul fizicii aplicate.
In al doilea rand, cursul urmareste sa furnizeze instrumentele necesare studentului pentru a putea dezvolta modele proprii in acest domeniu interdiscipinar.
Nu uitati!
Un model investigheaza doar anumite aspecte ale realitatii.
Deductiile obtinute pe baza unui model fizic nu descriu intregul “adevar” al procesului biologic.
Modele diferite pot descrie aspecte diferite ale aceluiasi proces si pot furniza rezultate diferite.
Presupuneri (modele) diferite pot conduce la rezultate similare.

9. 1.2 Fizica si viata 1.2.1 Necesitatile vietii: - Ele consuma energie.
A. Neculae: Fizica si viata (Curs complementar)
1.2 Fizica si viata
1.2.1 Necesitatile vietii:
- Toate organismele sunt alcatuite din materie.
- Ele consuma energie.
- Toate organismele se bazeaza pe informatie:
- genele contin informatia primara
- informatia se culege cu ajutorul simturilor

10. Tranzitia de la lumea inerta (neinsufletita) la organismele vii.
A. Neculae: Fizica si viata (Curs complementar)
1.2 Fizica si viata
Tranzitia de la lumea inerta (neinsufletita) la organismele vii.
Scara micro:
Lipide
Vacuole

11. Tranzitia de la lumea inerta la organismele vii. Scara micro:
A. Neculae: Fizica si viata (Curs complementar)
1.2 Fizica si viata
Tranzitia de la lumea inerta la organismele vii. Scara micro:
Virusuri
Cristale

12. La nivel macroscopic apar diferente semnificative:
A. Neculae: Fizica si viata (Curs complementar)
1.2 Fizica si viata
La nivel macroscopic apar diferente semnificative:
Materialele inerte raspund in mod “automat” actiunilor si schimbarilor
de temperatura, concentratie, presiune, potential electric, etc.
Aceste rapunsuri automate sunt
precursori ai rapunsurilor similare
existente in organismele vii!

13. In general fizica se ocupa de materia inerta!
A. Neculae: Fizica si viata (Curs complementar)
1.2 Fizica si viata
La organismele vii, scopul si organizarea formei, caracteristicilor si activitatilor se datoreaza informatiei mostenite (cod genetic) sau celei dobandite prin simturi!
In permanenta avem un schimb de masa si energie cu mediul inconjurator.
Evolutia = cresterea exploziva a informatiei disponibila generatiei urmatoare.
In acest context, Zoofizica isi propune sa deduca modele cantitative simple pentru structura corpurilor, actiunile si limitarile fizice ale animalelor, care apoi sunt comparate cu datele corespunzatoare organismelor vii.
Marimi fizice fundamentale: masa, timp, lungime, viteza, temperatura, energie, putere, forta, frecventa, lungime de unda, etc.
In general fizica se ocupa de materia inerta!
Parametri fundamentali ai formelor de viata: materie, energie si informatie.

14. Arborele vietii [1]: 1.2 Fizica si viata -6-
A. Neculae: Fizica si viata (Curs complementar)
1.2 Fizica si viata
Arborele vietii [1]:

15. Evolutia [1]: 1.2 Fizica si viata -7-
A. Neculae: Fizica si viata (Curs complementar)
1.2 Fizica si viata
Evolutia [1]:
Sensul evolutiei este de la vietuitoare mici catre vietuitoare mari si de la formele de
viata din apa, catre cele de pe sol si apoi in aer.
Viata este mai mult decat miscarea, descrisa prin concepte precum actiunea si forta!
Evolutia nu este posibila fara procesarea informatiei primita din exterior prin
intermediul simturilor!

16. 1.3 Modelarea proceselor fizice din zoologie. Puncte forte si limitari
A. Neculae: Fizica si viata (Curs complementar)
1.3 Modelarea proceselor fizice din zoologie.
Puncte forte si limitari
Model : - reprezentare miniaturala a unui lucru,
- un exemplu de urmat
- o descriere sau o analogie care ajuta la vizualizarea
unui obiect, proces, etc. (ex: atomul) care nu poate fi
observat direct
- un ansamblu de postulate, date si deductii prezentate
ca o descriere matematica a unei marimi, unui proces…
Model matematic: reprezentare in termeni matematici ai
comportamentului unui sistem real.

17. Legatura dintre lumea conceptuala si cea reala
A. Neculae: Fizica si viata (Curs complementar)
1.3 Modelarea proceselor fizice din zoologie. Puncte forte si limitari
Legatura dintre lumea conceptuala si cea reala
prin intermediul observatiilor:

18. A. Neculae: Fizica si viata (Curs complementar)
1.3 Modelarea proceselor fizice din zoologie. Puncte forte si limitari

19. Construirea unui model este arta de a reduce problemele reale
A. Neculae: Fizica si viata (Curs complementar)
1.3 Modelarea proceselor fizice din zoologie. Puncte forte si limitari
Construirea unui model este arta de a reduce problemele reale
la situatii mai simple.
Scopul este “umplerea” golurilor ramase in urma observatiilor
mai mult sau mai putin empirice ale faptelor.
Se incearca explicarea constitutiei si actiunii animalelor pe baza
principiilor fizicii clasice: Mecanica, Termodinamica, Optica,
Acustica, Electricitate, Magnetism, etc.
In general, modelele se refera la efecte macroscopice, dar uneori
descriu si procese microscopice.
Parametrii unui model se pot comporta foarte diferit:
- constantele de material si cele fizice au valori fixe
- parametrii care descriu un “grup” pot varia in mod semnificativ

20. Unde se “potrivesc” Fizica si Zoofizica [1]:
A. Neculae: Fizica si viata (Curs complementar)
1.3 Modelarea proceselor fizice din zoologie. Puncte forte si limitari
Unde se “potrivesc” Fizica si Zoofizica [1]:
Fizica se bazeaza pe o serie de marimi fundamentale, intre care exista legaturi (legi) simple.
Modelele fizice permit distinctia dintre efectele primare si cele secundare.
Legile din biologie sunt in cea mai mare parte empirice si nu permit decelarea diferitelor influente.

21. Puncte forte ale modelor fizice:
A. Neculae: Fizica si viata (Curs complementar)
1.3 Modelarea proceselor fizice din zoologie. Puncte forte si limitari
Puncte forte ale modelor fizice:
Au abilitatea de a “umple” golurile dintre datele existente;
Permit extrapolarea si efectuarea de predictii privind actiunea organismelor in conditii extreme;
Evidentiaza limitele extreme.
Exemple :
Permit evaluarea dimensiunii maxime a unui organism capabil sa se hraneasca doar prin difuzie;
Permit evaluarea masei maxime a unui corp care sa poata zbura si a masei minime pentru un organism cu sange cald;
Evaluarea dimensiunii minime a unui obiect care poate fi vazut cu ochii.

22. Legile fizicii permit si constrang forma si actiunea animalelor.
A. Neculae: Fizica si viata (Curs complementar)
1.3 Modelarea proceselor fizice din zoologie. Puncte forte si limitari
Legile fizicii permit si constrang forma si actiunea animalelor.
Animalele folosesc aceste legi in mod judicios si gasesc
valorile optime pentru rezistenta materialelor componente,
dimensiunea corpului, controlul proceselor, colectarea si
procesarea informatiilor intr-o situatie data.
Limitari ale modelor fizice:
Gradul mare de incertitudine al rezultatelor la extrapolarea de la un set de date la unul corespunzator unui alt specimen (nu tin cont de adaptabilitatea subiectului).
Exemplu:
- Co-evolutia: pasarile zboara folosind pene, liliecii folosind pielea; mamiferele aud cu urechi, unele insecte cu picioarele, etc.

23. A. Neculae: Fizica si viata (Curs complementar)
1.3 Modelarea proceselor fizice din zoologie. Puncte forte si limitari
In concluzie:
Interpretarea rezultatelor unui model trebuie facuta cu “mintea deschisa”!
Rezultatele obtinute nu reprezinta “adevarul absolut” ci doar o aproximatie a realitatii!

24. Energie. Rata metabolica. Alometrie.
A. Neculae: Fizica si viata (Curs complementar)
Cursul urmator:
Energie. Rata metabolica. Alometrie.