Моделі в біології застосовуються для моделювання біологічних структур, функцій і процесів на різних рівнях організації живого: молекулярному, субклітинному, клітинному, органно-системному, організменому і біоценотичному для популяції. Можливо також моделювання різних біологічних феноменів, а також умов життєдіяльності окремих особин, популяцій і екосистем.
В біології застосовуються в основному три види М.: біологічні, физико-хімічні і математичні (логіко-математичні). Біологічні М. відтворюють на лабораторних тваринах певні стани або захворювання, що зустрічаються у людини або тварин. Це дозволяє вивчати в експерименті механізми виникнення даного стану або захворювання, його течію і результат, впливати на його протікання. Приклади таких М. — штучно викликані генетичні порушення, інфекційні процеси, інтоксикації, відтворення гіпертонічного і гіпоксії стані, злоякісних новоутворень, гіперфункції або гіпофункції деяких органів, а також неврозів і емоційних станів. Для створення біологічною М. застосовують різні способи дії на генетичний апарат, зараження мікробами, введення токсинів, видалення окремих органів або введення продуктів їх життєдіяльності (наприклад, гормонів) різні дії на центральну і периферичну нервову систему, виключення з їжі тих або інших речовин, приміщення в штучно створюване місце існування і багато інших способів. Біологічні М. широко використовуються в генетиці, фізіології, фармакології.
Физико-хімічні М. відтворюють фізичними або хімічними засобами біологічні структури, функції або процеси і, як правило, є далекою подібністю модельованого біологічного явища. Починаючи з 60-х рр. 19 ст було зроблено спроби створення физико-хімічної М. структури і деяких функцій кліток. Так, німецький учений М. Траубе (1867) імітував зростання живої клітини, вирощуючи кристали CusО 4 у водному розчині К 4 [Fе(СN) 6 ]: французький фізик С. Ледюк (1907), занурюючи в насичений розчин К 3 РО 4 сплавлений СаСl 2 , отримав — завдяки дії сил поверхневого натягнення і осмосу — структури, що зовні нагадують водорості і гриби. Змішуючи оливкове масло з різними розчинними у воді речовинами і поміщаючи цю суміш в краплю води, О. Бючлі (1892) отримував мікроскопічні піни, такі, що мали зовнішню схожість з протоплазмою; така М. відтворювала навіть амебоїдний рух. З 60-х рр. 19 ст пропонувалися також різні фізичні М. проведення збудження по нерву. У М., створеною італійським ученим К. Маттеуччи і німецьким — Л. Германом, нерв був представлений у вигляді дроту, оточеною оболонкою з провідника другого роду. При з'єднанні оболонки і дроту з гальванометром спостерігалася різниця потенціалів, що змінювалася при нанесенні на ділянку «нерва» електричного «роздратування». Така М. відтворювала деякі біоелектричні явища при збудженні нерва. Французький учений Р. Ліллі на М. хвилі, що поширюється по нерву збудження відтворили ряд явищ, спостережуваних в нервових волокнах (рефрактерний період, «все або нічого» закон, двостороннє проведення). М. була сталевий дріт, який поміщали спочатку в міцну, а потім в слабку азотну кислоту. Дріт покривався оксидом, який відновлювався при ряду дій; виниклий в одній ділянці процес відновлення поширювався уподовж дроту. Подібні М., що показали можливість відтворення деяких властивостей і проявів живого за допомогою физико-хімічних явищ, засновані на зовнішній якісній схожості і представляють лише історичний інтерес.
Пізніше складніші М., засновані на набагато глибшій кількісній подібності, будувалися на принципах електротехніки і електроніки. Так, на основі даних електрофізіологічних досліджень були побудовані електронні схеми, що моделюють біоелектричні потенціали в нервовій клітині, її відростку і в синапсі . Побудовані також механічні машини з електронним управлінням, що моделюють складні акти поведінки (утворення умовного рефлексу, процеси центрального гальмування і ін.). Цим М. зазвичай надають форму миші, черепахи, собаки (див. мал. 1—3 ). Такі М. також дуже спрощують явища, спостережувані в організмі, і мають більше значення для біоніки, чим для біології.
Значно великі успіхи досягнуті в моделюванні физико-хімічних умов існування живих організмів або їх органів і кліток. Так, підібрані розчини неорганічних і органічних речовин (розчини Рінгера, Локка, Тіроде і ін.), що імітують внутрішнє середовище організму і що підтримують існування ізольованих органів або культивованих поза організмом кліток (див. Культури тканин ).
М. біологічних мембран (плівка з природних фосфоліпідів розділяє розчин електроліту) дозволяють досліджувати физико-хімічні основи процесів транспорту іонів і вплив на нього різних чинників. За допомогою хімічних реакцій, що протікають в розчинах в автоколивальному режимі, моделюють коливальні процеси, характерні для багатьох біологічних феноменів, — диференціювання, морфогенезу, явищ в складних нейронних мережах і так далі
Математичні М. (математичний і логіко-математичний описи структури, зв'язків і закономірностей функціонування живих систем) будуються на основі даних експерименту або умоглядно, формалізований описують гіпотезу, теорію або відкриту закономірність того або іншого біологічного феномену і вимагають подальшої дослідної перевірки. Різні варіанти подібних експериментів виявляють кордони вживання математичною М. і дають матеріал для її подальшого коректування. В той же час «програвання» математичного М. біологічного явища на ЕОМ(електронна обчислювальна машина) часто дозволяє передбачати характер зміни досліджуваного біологічного процесу в умовах, важко відтворних в експерименті. Математична М. в окремих випадках дозволяє передбачити деякі явища, раніше не відомі дослідникові. Так, М. сердечної діяльності, запропонована голландськими ученими ван дер Полом і ван дер Марком, заснована на теорії релаксаційних коливань, вказала на можливість особливого порушення сердечного ритму, згодом виявленого у людини. З математичної М. фізіологічних явищ слід назвати також М. збудження нервового волокна, розроблену англійськими ученими А. Ходжкином і А. Хакслі. На основі теорії нервових мереж американських учених У. Мак-Каллока і У. Пітса будуються логіко-математичні моделі взаємодії нейронів . Системи диференціальних і інтегральних рівнянь покладені в основу моделювання біоценозов (Ст Вольтерра, А. Н. Колмогоров). Марківська математична М. процесу еволюції побудована О. С. Кулагиной і А. А. Ляпуновим. І. М. Гельфандом і М. Л. Цетліним на основі теорії ігор і теорії кінцевих автоматів розроблені модельні уявлення про організацію складних форм поведінки. Зокрема, показано, що управління багаточисельними м'язами тіла будується на основі вироблення у нервовій системі деяких функціональних блоків — синергій, а не шляхом незалежного управління кожним м'язом. Створення і використання математичних і логіко-математичних М., їх вдосконалення сприяють подальшому розвитку математичної і теоретичної біології.
Літ.: Моделювання в біології. Сб. ст., пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1963; Новік І. Б., Про моделювання складних систем, М., 1965; Кулагина О. С., Ляпунов А. А., До питання про моделювання еволюційного процесу, в кн.: Проблеми кібернетики, ст 16, М., 1966; Моделі структурно-функціональної організації деяких біологічних систем. [Сб. ст.], М., 1966; Математичне моделювання життєвих процесів. Сб. ст., М., 1968; Теоретична і математична біологія, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1968; Моделювання в біології і медицині, Л., 1969; Бейлі Н., Математика в біології і медицині, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1970; Управління і інформаційні процеси в живій природі, М., 1971; Ейген М., Молекулярна самоорганізація і ранні стадії еволюції, «Успіхи фізичних наук», 1973, т. 109, ст 3.
