- Биофизик
-
Биофи́зика (от др.-греч. βiοs — жизнь, др.-греч. φύσις — природа):
- раздел физики и современной биологии, изучающий физические аспекты существования живой природы на всех её уровнях, начиная от молекул и клеток и заканчивая биосферой в целом;
- это наука о физических процессах, протекающих в биологических системах разного уровня организации и о влиянии на биологические объекты различных физических факторов. Биофизика призвана выявлять связи между физическими механизмами, лежащими в основе организации живых объектов и биологическими особенностями их жизнедеятельности.
Обобщённо можно сказать, что биофизика изучает особенности функционирования физических законов на биологическом уровне организации вещества.
«Важнейшее содержание биофизики составляют: нахождение общих принципов биологически значимых взаимодействий на молекулярном уровне, раскрытие их природы в соответствии с законами современной физики, химии с использованием новейших достижений математики и разработка на основе этого исходных обобщённых понятий, адекватных описываемым биологическим явлениям»[1].
По номенклатуре ЮНЕСКО биофизика является разделом биологии и имеет код 2406[2].
Биофизика — наука междисциплинарная и для работы в ней требуются знания физики, биологии, химии и медицины. Поэтому биофизически ориентированные исследования проводятся не только в специализированных институтах, но также и в биологических, химических, фармакологических и медицинских.
Содержание
Разделы биофизики
Согласно номенклатуре ЮНЕСКО в биофизике выделяются разделы[2]:
- 2406.01 Биоакустика
- 2406.02 Биоэлектричество
- 2406.03 Биоэнергетика
- 2406.04 Биомеханика
- 2406.05 Биооптика
- 2406.06 Медицинская физика
- 2406.99 Прочие (указать)
Приведённая выше классификация основана на принципе структурной организации объектов и предназначена для максимально удобства изложения новых разработок. Для изучения общего курса биофизики более приемлема следующая классификация[3]:
- Теоретическая биофизика:
- биофизика сложных систем:
- кинетика биологических процессов;
- термодинамика биологических процессов: преобразования энергии в живых структурах;
- молекулярная биофизика: физические и структурные основы организации и функционирования биополимеров и надмолекулярных систем;
- биофизика клеточных процессов:
- биофизика мембранных процессов: свойства биологических мембран и их частей;
- биофизика фотобиологических процессов: воздействия внешних источников света на живые системы;
- радиационная биофизика: влияния ионизирующего излучения на организм;
- математическая биофизика.
- биофизика сложных систем:
- Прикладная биофизика:
- биоинформатика: хотя не является собственным разделом биофизики, но очень тесно связана с ней;
- биометрия;
- биомеханика: функции и структура опорно-двигального аппарата и физические движения биологических систем;
- биофизика эволюционных процессов;
- медицинская биофизика;
- экологическая биофизика.
История исследований
Можно сказать, что у истоков биофизики как науки стояла работа Эрвина Шрёдингера «Что такое жизнь с точки зрения физики» (1945), где рассматривалось несколько важнейших проблем, таких как термодинамические основы жизни, общие структурные особенности живых организмов, соответствие биологических явлений законам квантовой механики и др.
Уже на начальных этапах своего развития биофизика была тесно связана с идеями и методами физики, химии, физической химии и математики и использовала в исследовании биологических объектов точные экспериментальные методы (спектральные, изотопные, дифракционные, радиоспектроскопические). Основной итог этого периода развития биофизики — это экспериментальные доказательства приложимости основных законов физики к биологическим объектам.
Россия
Первый Институт физики и биофизики был создан в Москве в 1927 году. Но просуществовал он недолго: в 1931 году его руководитель, академик Лазарев П.П., был арестован и Институт закрыли[4].
Современные направления исследований
В настоящее время интенсивно развиваются биофизика сложных систем и молекулярная биофизика.
Современные области исследований биофизики: влияние космогеофизических факторов на течение физических и биохимических реакций, фотобиологические процессы, математическое моделирование, физика белковых и мембранных структур, нанобиология и др.
Крупные исследователи в биофизике
- Дьёрдь фон Бекеши: исследователь человеческого уха, лауреат нобелевской премии 1961 года.
- Герд Бинниг: разработал сканирующий туннельный и сканирующий атомно-силовой микроскопы. Лауреат Нобелевской премии по физике за 1986 год.
- Луиджи Гальвани: открыл биоэлектричество.
- Герман Гельмгольц: первый замерил скорость нервных импульсов.
- Бернард Кац: исследовал роль норадреналина в синаптической передаче. Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1970 года.
- Ирвинг Ленгмюр: разработал концепцию одномолекулярного органического покрытия. Лауреат Нобелевской премии по химии 1932 года.
- Эрвин Неэр и Берт Закман: разработали метода локальной фиксации потенциала. Лауреаты Нобелевской премии по физиологии и медицине 1991 года.
- Макс Перуц и Джон Кендрю: исследователи строения белков с помощью рентгеноструктурного анализа. Лауреаты Нобелевской премии по химии 1962 года.
- Эрнст Руска: создатель электронного микроскопа. Лауреат Нобелевской премии по физике за 1986 год.
- Морис Уилкинс: открыл трехмерную молекулярную структуру ДНК. Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1962 года.
Области применения
Биологические объекты, как правило, очень сложны и на протекающие в них процессы влияют многие факторы, которые часто зависят друг от друга. Физика позволяет создать упрощенные модели объекта, которые описываются законами термодинамики, электродинамики, квантовой и классической механики. С помощью корреляции физических данных с биологическими можно получить более глубокое понимание процессов в исследуемом биологическом объекте.
В физике имеется множество методов, которые в своей первоначальной форме не могут быть использованы для исследований биологических объектов. Поэтому ещё одной задачей биофизики является приспособление этих методов и методик для решения задач биологии. Сегодня для получения информации в биологических системах применяют различные оптические методы, рентгено-структурный анализ с использованием синхротронного излучения, ЯМР- и ЭПР-спектроскопию, 7-резонансную спектроскопию, различные электрометрические методы, микроэлектродную технику, методы хемилюминесценции, лазерную спектроскопию, метод меченых атомов и др. Это используется, в частности, для медицинской диагностики и терапии.
Также разрабатываются специальные методики с использованием эффектов при восприятии некоторых воздействий на биологическую форму материи.
Ссылки
- Нечипоренко Ю. Достижения современной биофизики — немного истории и достижения современной биофизики.
- Рубин А.Б. Биофизика (учебник) в 2-х т.т. — М., 1999, 2002.
- Кафедра биофизики МГУ им. М.В.Ломоносова
- Кудряшов Ю.Б., Перов Ю.Ф. Рубин А.Б. Радиационная биофизика: радиочастотные и микроволновые электромагнитные излучения. Учебник для ВУЗов. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. - 184 с. - ISBN 978-5-9221-0848-5
Примечания
- ↑ Рубин А.Б. Биофизика (учебник) в 2-х т.т. — М., 2002. C. 9.
- ↑ 1 2 Proposed international standard nomenclature for fields of science and technolocy.
- ↑ По материалам: Рубин А.Б. Биофизика (учебник) в 2-х т.т. — М., 2002. C. 6.
- ↑ Горелик Г. Е. Москва, физика, 1937 год.
Wikimedia Foundation. 2010.
