Complexity ביולוגיה בראיה מערכתית
דיפוזיה, ריכוז החמצן וגודל הגוף של יצורים חיים

מולקולות גז
מודל של הובלת חמצן בדיפוזיה לעומת מערכת הובלה
בפעילות זאת נעסוק בחקר הקשר שבין ריכוז החמצן באוויר, מאפייני ההובלה וגודל הגוף בעזרת מודל מבוסס סוכנים. מידע נוסף על מודלים ניתן למצוא כאן.
מודל מבוסס סוכנים (Agent Based Modeling) הוא מודל שמורכב מרכיבים שפועלים באופן עצמאי ומקיימים אינטראקציות זה עם זה. מרכיב יכול להיות יצור חי, חלקיק או תא, לדוגמה. המודל כולל כללים לתפקוד של כל סוכן בנפרד והדפוסים שהמערכת מציגה מתהווים מתוך האינטראקציות בין המרכיבים. מידול מבוסס סוכנים מתאים במיוחד לתופעות שבהן דפוסים ברמת ארגון אחת מתהווים כתוצאה מיחסי הגומלין בין רכיבים ברמות ארגון נמוכות יותר ולניבוי השלכות של תהליכים כאלה. תוכנת הנטלוגו (NetLogo) היא תוכנה למידול מבוסס סוכנים ונעשה בה שימוש גם בשדה המחקר.

תזכורת קצרה למהי דיפוזיה
הנחיות לעבודה עם המודל
לאחר טעינת המודל המתאים, יש לוודא שכל הערכים בסרגלים משמאל מופיעים כפי שהם כתובים כאן וללחוץ על Setup. תראו תמונה כזאת:

ליד כל סרגל ישנו הסבר קצר לגבי הערך שהוא שולט בו.
הצד השמאלי של המסגרת הצהובה מייצג את השטח שדרכו נקלט החמצן. כלל המסגרת הצהובה מייצגת את גודל הגוף שהיצור יכול להגיע אליו. בהרצת המודל אתם תיווכחו לדעת שהוא לא מגיע לגודל הגוף המקסימלי בהכרח. מימין תוכלו לראות את מספר התאים החיים בגוף בכל רגע, מה שייתן לכם אינדיקציה לגודל הגוף. ענו על השאלות הבאות בעזרת המודל.

הריבועים הירוקים הינם תאים חיים. הריבועים הכתומים הם תאים חיים שזקוקים לחמצן. הנקודות הכחולות הן מולקולות חמצן.
רמז: חישבו מה צריך להיות טווח הריכוזים שבו תבדקו את גודל הגוף המתקבל.
1. הפעילו את המודל בדיפוזיה ובהובלה מכוונת ותארו מהם ההבדלים בתנועת החלקיקים בין דיפוזיה להובלה.
2. מהו הקשר בין גודל הגוף לריכוז החמצן באטמוספירה? כדי לענות שרטטו גרף של גודל הגוף כנגד ריכוז החמצן. העזרו בקובץ האקסל (ליחצו על התמונה) לאיסוף הנתונים.

שאלות
את הריכוזים שבחרתם יש למלא בשורה העליונה משמאל לימין. עבור כל ריכוז הריצו את המודל, פעם במצב של דיפוזיה ופעם במצב של זרימה מכוונת (הובלה). חכו עד שמספר התאים לא ישתנה באופן משמעותי וכיתבו את המספר המתקבל בתא המתאים בטבלה. הגרף יתעדכן בזמן שאתם מוסיפים ערכים.

שאלות
3. קיבלתם שני גרפים שמתארים את ההקשר בין גודל הגוף המקסימלי לריכוז החמצן באטמוספירה. גרף אחד מתאר יצורים שמסתמכים על דיפוזיה בלבד להובלת החמצן. הגרף השני מתאר יצורים בעלי מערכת הובלה.
א. האם שיפועי הגרפים חיובי (גרף עולה) שלילי (גרף יורד) או אפס (גרף אופקי)?
ב. הסבירו את המשמעות של שיפוע הגרף בהתייחס לתופעה הנחקרת.
4. במה שני הגרפים שווים או שונים? מה ניתן ללמוד מהשוואה ביניהם?
5. בחלקים הקודמים שיערתם מה תהיה השפעת ריכוז החמצן על גודל הגוף, ובחלק זה בדקתם את ההשערה בעזרת מודל. האם המסקנה שעלתה מהמודל עולה בקנה אחד עם ההשערה שלכם? אם כן, באיזה אופן הוא תומך בו? הסבירו ונמקו.
6. אילו רכיבי מערכת מיוצגים במודל ואילו לא?
7. במה הרכיבים של המערכת שמיוצגים במודל דומים למציאות ובמה הם שונים ממנה?
