БИОФИЗИКА, раздел «Физик»

Материал из Юнциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Биофизика, или биологическая физика, — важное направление современной науки, возникшее на границе биологии с различными разделами физики. Основная задача биофизики состоит в изучении физических основ строения и функционирования живых систем. При исследованиях биологических объектов различной степени сложности, начиная от отдельных молекул и их комплексов и кончая клетками, их сообществами, тканями, органами, целостными организмами и популяциями, возникает целый комплекс сложных проблем. Их решение требует применения всего арсенала теоретических и экспериментальных методов современной физики, в том числе ряда разделов математической физики, теории информации, кибернетики, автоматического регулирования и других смежных направлений науки.

По современным представлениям в основе жизнедеятельности всех известных нам биологических объектов лежат законы природы, присущие и остальной материи. Однако в силу своей специфики и высокой сложности в биологических системах имеются свои качественно новые особенности, несводимые непосредственно к простым физическим процессам. Это относится к таким проблемам, как возникновение и эволюция жизни на нашей планете; естественный отбор; дифференцировка клеток и развитие многоклеточных, высокоорганизованных организмов из одной клетки; вопросы поведения индивидуумов и коллективов живых существ; качественное отличие человека от всех других представителей живой природы, связанное с его интеллектуальной и эмоциональной деятельностью, общественными явлениями и социальными проблемами. И тем не менее фундаментальные законы физики, несомненно, справедливы для всех биологических систем, и их применение открывает огромные перспективы для исследования самых сложных объектов природы — живых существ.

Биофизика вскрыла важные особенности взаимодействия вещества и энергии в биологических системах. Оказалось, что процессы жизнедеятельности подчиняются законам термодинамики открытых систем, с постоянным обменом вещества и энергии с окружающей данный организм средой. Живые системы, как правило, функционируют в условиях, далеких от термодинамического равновесия, что приводит к весьма необычным для неживой природы закономерностям изменения свободной энергии и энтропии (см. Термодинамика). Другими словами, жизнь — это процесс, динамическое состояние, которое обусловлено сложными взаимодействиями вещества, энергии и информации.

Биофизика показала полную справедливость для биологии таких фундаментальных законов физики, как законы сохранения и симметрии (см. Симметрия законов природы). Помимо этих общих подходов к биологическим явлениям с позиций современной физики биофизика решает широкий круг более частных проблем, имеющих большое теоретическое и прикладное значение. К ним следует отнести исследования структуры белков, нуклеиновых кислот и их комплексов, механизмов работы ферментов, структуры и функции мембран; физических основ биоэнергетики, фотосинтеза, молекулярных основ биологической подвижности; физических механизмов восприятия света, звука, механических воздействий, рецепторов вкуса и запахов; молекулярных механизмов действия ионизирующей радиации, электромагнитных полей радиочастотного и оптического диапазона, акустических волн; природы памяти и физических основ функционирования нервной системы и мозга; механизмов, лежащих в основе индивидуального развития и межклеточных взаимодействий; самоорганизации биосистем, вопросов биомеханики и управления в биосистемах.

Даже краткое перечисление проблем, изучаемых биофизикой, показывает их огромное многообразие и сложность. Для их успешного решения используются различные научные методы. На вооружении биофизики сегодня рент-геноструктурный анализ, электронная микроскопия, радиоизотопы, радиоспектроскопия электронного и ядерного магнитного резонанса, оптическая спектроскопия, масс-спектромет-рия, активационный анализ, различные методы радиоэлектроники и кибернетики, вычислительная техника, математическое моделирование и многое, многое другое.