Біофізика - це ... Біологічні науки. Молекулярна біофізика
Однією з найдавніших наук є, безумовно, біологія. Інтерес людей до процесів, що відбуваються всередині них самих і навколишніх істот, виник за кілька тисяч років до нашої ери.
Спостереження за тваринами, рослинами, природними процесами становило важливу частину життя людей. З плином часу знань накопичилося дуже багато, удосконалилися і розвинулися методи вивчення живої природи і механізмів, в ній відбуваються. Це призвело до виникнення безлічі розділів, що складають в цілому комплексну науку.
Біологічні дослідження в різних сферах життя дозволяють отримувати нові цінні дані, важливі для розуміння пристрою біомаси планети. Використовувати ці знання для практичних цілей людини (освоєння космосу, медицина, сільське господарство, хімічна промисловість і так далі).
сучасна біологія
Сьогодні досягнення цієї багатогранної науки дозволяють домогтися безлічі позитивних результатів. Так, сучасна наука пропонує ряд рішень проблем захворювань людини від дії вірусів і бактерій. Стало можливим перебувати в космічному просторі без шкоди здоров`ю близько 3 місяців, при цьому використовувати в якості джерела кисню мікроорганізми або одноклітинні рослини.
Багато відкриття дозволили зробити біологічні дослідження в сфері внутрішньої будови і функціонування всіх живих систем. Вивчено молекулярний склад організмів, їх мікростроенія, виділені і вивчені багато генів з генома людини і тварин, рослин. Заслуги біотехнології, клітинної та генної інженерії дозволяють отримувати кілька врожаїв рослин за сезон, а також виводити породи тварин, що дають більше м`яса, молока і яєць.
Вивчення мікроорганізмів дозволило отримати антибіотики і створити десятки і сотні вакцин, що дозволяють перемагати безліч хвороб, навіть ті, що раніше цілими епідеміями забирали тисячі життів людей і тварин.
Тому сучасна наука біологія - це безмежні можливості людства в багатьох галузях науки, промисловості і збереження здоров`я.
Класифікація біологічних наук
Одними з найперших з`явилися приватні розділи науки біології. Такі, як ботаніка, зоологія, анатомія і систематика. Пізніше стали формуватися більш залежні від технічного оснащення дисципліни - мікробіологія, вірусологія, фізіологія і так далі.
Існує ряд молодих і прогресивних наук, сформованих тільки в XX-XXI столітті і грають велику роль в сучасному розвитку біології.
Існує не одна, а кілька класифікацій, за якими можна ранжувати біологічні науки. Список їх досить значний у всіх випадках, розглянемо одну з них.
| Біологія | Приватні науки | ботаніка | займається вивченням зовнішньої та внутрішньої будови, фізіологічних процесів, філогенезу і поширення в природі всіх існуючих на планеті рослин (флора) | Включає наступні розділи: Відео: "Московські учені. Наука від першої особи"/ Всеволод Твердіслов - Біофізика
|
| Екологія | займається вивченням зовнішньої та внутрішньої будови, фізіологічних процесів, філогенезу і поширення в природі всіх існуючих на планеті тварин (фауна) | Дисципліни, що входять до складу:
| ||
| Анатомія людини | Вивчає форму, будову, розташування та функціонування органів і систем в тілі людини | дисципліни:
| ||
| антропологія | ряд дисциплін, в комплексі тих, хто вивчає розвиток і формування людини в біологічного і соціального середовища | Розділи: філософська, судова, релігійна, фізична, соціальна, культурна, візуальна. | ||
| Мікробіологія | вивчає найдрібніші організми живої природи, від одноклітинних тварин до бактерій і вірусів | Дисципліни: вірусологія, бактеріологія, медична мікробіологія, мікологія, промислова, технічна, сільськогосподарська, космічна мікробіологія | ||
загальні науки | систематика | в завдання входить розробка основ для класифікації всього живого на нашій планеті з метою суворої впорядкованості та ідентифікації будь-якого представника біомаси | ||
| Морфологія | опис зовнішніх ознак, внутрішньої будови і топографії органів всіх живих істот | Розділи: рослин, тварин, мікроорганізмів, грибів | ||
| фізіологія | вивчає особливості функціонування тієї чи іншої системи, органу або частини організму, механізми всіх процесів, що забезпечують його життєдіяльність | Рослин, тварин, людини, мікроорганізмів | ||
| Екологія | наука про взаємини живих істот між собою, місцем існування і людиною | Геоекологія, загальна, соціальна, промислова | ||
| генетика | вивчає геном живих істот, механізми спадковості та мінливості ознак під впливом різних умов, а також історичні зміни в генотипі протягом еволюційних перетворень | |||
біогеографія | розглядає розселення і поширення окремих видів живих істот по планеті | |||
еволюційне вчення | розкриває механізми історичного розвитку людини і інших живих систем на планеті. Їх походження і становлення | |||
| Комплексні науки, що виникли на стику між собою | біохімія | вивчає процеси, що відбуваються в клітинах живих істот з хімічної точки зору | ||
біотехнологія | розглядає можливості використання організмів, їх продуктів і чи частин для потреб людини | |||
молекулярна біологія | вивчає механізми передачі, зберігання і використання спадкової інформації живими істотами, а також функції та тонке будова білків, ДНК і РНК. | Суміжні науки: генна та клітинна інженерія, молекулярна генетика, біоінформатика, протеоміка, геноміка | ||
біофізика | це наука, що вивчає всі можливі фізичні процеси, що відбуваються в усіх живих організмах, від вірусів до людини | Розділи даної дисципліни будуть розглянуті нижче |
Таким чином, ми намагалися охопити основне різноманітність, яке є біологічні науки. Список цей з розвитком техніки і методів вивчення розширюється, поповнюється. Тому єдиної класифікації біології не існує на сьогоднішній день.
Прогресивні біонауки і їх значення
До наймолодшим, сучасним і прогресивним наук біології відносяться такі, як:
- біотехнологія;
- молекулярна біологія;
- космічна біологія;
- біофізика;
- біохімія.
Кожна з цих наук сформувалася не раніше XX століття, а тому по праву вважається молодий, інтенсивно розвивається і найбільш значущою для практичної діяльності людини.
Відео: Михайло Гельфанд, Лекція "Молекулярна палеонтологія»
Зупинимося на такій з них, як біофізика. Це наука, що з`явилася приблизно в 1945 році і стала важливою частиною всієї біологічної системи.
Що таке біофізика?
Щоб відповісти на це питання, в першу чергу слід вказати на її тісний контакт з хімією і біологією. У деяких питаннях кордону між цими науками настільки тісні, що складно розібрати, яка з них конкретно задіяна і в пріоритеті. Тому розглядати біофізику варто як комплексну науку, що вивчає глибокі фізичні та хімічні процеси, що відбуваються в живих системах на рівні як молекул, клітин, органів, так і на рівні біосфери в цілому.
Як і будь-яка інша, біофізика - наука, яка має свій об`єкт вивчення, цілі і завдання, а також гідні і значущі результати. Крім того, ця дисципліна щільно корелює з декількома новими напрямками.
об`єкти дослідження
Ними для біофізики є біосистеми на різних організаційних рівнях.
- Мікроорганізми (бактерії, віруси, одноклітинні гриби і водорості).
- Найпростіші тварини.
- Окремі клітини і їх структурні частини (органели).
- Рослини.
- Тварини (в тому числі осіб).
- Екологічні спільноти.
Тобто біофізика - це дослідження живого з точки зору фізичних процесів, в ньому відбуваються.
завдання науки
Спочатку завдання біофізиків були в тому, щоб довести наявність фізичних процесів і явищ в життєдіяльності живих істот і вивчити їх, з`ясувавши природу і значення.
Відео: Велике в малому. Мікроорганізми, мікроби і космос.
Сучасні завдання даної науки можна сформулювати так:
- Вивчити структуру генів і механізми, які супроводжують їх передачу і зберігання, видозміни (мутації).
- Розглянути багато аспектів клітинної біології (взаємодія клітин одна з одною, хромосомні і генетичні взаємодії і інші процеси).
- Вивчити в комплексі з молекулярною біологією молекули полімерів (білків, нуклеїнових кислот, полісахаридів).
- Виявити вплив космогеофізіческіх факторів на перебіг всіх фізичних і хімічних процесів в живих організмах.
- Більш глибоко розкрити механізми фотобиологии (фотосинтез, фотопериодизм і так далі).
- Впровадити та розробити методи математичного моделювання.
- Застосувати результати нанотехнології для вивчення живих систем.
З цього списку очевидна, що біофізика вивчає дуже багато значущих і серйозних проблем сучасного суспільства, і результати діяльності цієї науки мають важливе значення для людини і його життя.
Історія формування
Як наука біофізика зародилася порівняно недавно - в 1945 році, коли Ервін Шредінгер видав свою працю "Що таке життя з точки зору фізики". Саме він першим помітив і позначив, що багато законів фізики (термодинамічні, закони квантової механіки) мають місце бути саме в життєдіяльності та роботі організмів живих істот.
Завдяки працям цієї людини наука біофізика почала своє інтенсивний розвиток. Однак ще раніше, в 1922 році, в Росії створюється інститут біофізики, яким керує П. П. Лазарєв. Там основну роль відводять вивченню природи збудження в тканинах і органах. Результатом стало виявлення значення іонів в цьому процесі.
Далі ряд відкриттів різних вчених дозволяє зрозуміти, що біофізика - це повна, ємна і комплексна наука, необхідна для розуміння всіх процесів, що відбуваються в живих системах.
- Гальвані відкриває електрику і його значення для живих тканин (біоелектрика).
- А. Л. Чижевський - батько кількох дисциплін, які вивчають вплив космосу на біосферу, а також іонізаційну випромінювання і електрогемодінаміку.
- Детальна структура білкових молекул була вивчена тільки після відкриття методу РСА (рентгено-структурного аналізу). Це було зроблено вченими Перутц і Кендрю (1962 рік).
- В цьому ж році відкрито тривимірна структура ДНК (Моріс Уілкінс).
- Неера і Закман в 1991 році зуміли розробити метод локальної фіксації електричного потенціалу.
Також ряд інших відкриттів дозволив науці біофізики встати на шлях інтенсивної і прогресивної модернізації у розвитку і становленні.
розділи біофізики
Існує цілий ряд дисциплін, що складають цю науку. Розглянемо основні з них.
- Біофізика складних систем - розглядає всі складні механізми саморегуляції багатоклітинних організмів (сістемогенез, морфогенез, сінергогенез). Також даною дисципліною вивчаються особливості фізичної складової процесів онтогенезу і еволюційного розвитку, рівнів організації організмів.
- Біоакустика і біофізика сенсорних систем - вивчає сенсорні системи живих організмів (зір, слух, рецепція, мова та інші), способи трансляції різних сигналів. Виявляє механізми перетворення енергії при сприйнятті організмами зовнішніх впливів (подразнень).
- Теоретична біофізика - включає ряд поднаук, що займаються вивченням термодинаміки біологічних процесів, побудовою математичних моделей структурних частин організмів. Також розглядає кінетичні процеси.
- Молекулярна біофізика - розглядає глибокі механізми структурної організації та функціонування таких біополімерів, як ДНК, РНК, білки, полісахариди. Займається побудовою моделей і графічних зображень цих молекул, прогнозує поведінку і формування їх в живих системах. Також дана дисципліна будує надмолекулярні і субмолекулярние системи з метою визначення механізму побудови і дії біополімерів в живих системах.
- Біофізика клітини. Вивчає найважливіші клітинні процеси: диференціювання, розподіл, збудження і біопотенціали мембранної структури. Особлива увага приділяється механізмам мембранного транспорту речовин, різниці потенціалів, властивостям і структурі мембрани і оточуючих її частин.
- Біофізика метаболізму. Основні розглядаються процеси: фотосинтез, соляризація і адаптація до неї організмів, гемодинаміка, терморегуляція, метаболізм, вплив іонізаційних променів.
- Прикладна біофізика. Складається з декількох дисциплін: біоінформатика, біометрія, біомеханіка, дослідження еволюційних процесів і онтогенезу, патологічна (медична) біофізика. Об`єкти вивчення прикладної біофізики - опорно-руховий апарат, способи руху, способи розпізнавання людей за фізичними характеристиками. На особливу увагу заслуговує медична біофізика. Вона розглядає патологічні процеси в організмах, способи реконструкції пошкоджених ділянок молекул або структур або їх компенсацію. Дає матеріал для біотехнології. Відіграє також важливу роль в попередженні розвитку захворювань, особливо генетичного характеру, їх усунення та поясненні механізмів впливу.
- Біофізика середовища проживання - вивчає фізичний вплив як місцевих середовищ існування істот, так і вплив ближніх і дальніх суб`єктів космічного простору. Також розглядає біоритми, вплив погодних умов і біополів на істоти. Розробляє прийоми заходів щодо профілактики негативних впливів умов середовища проживання.
Всі ці дисципліни вносять колосальний внесок в розвиток розуміння механізмів життєдіяльності живих систем, впливу на них біосфери і різних умов.
Відео: Кондратюк: відмінний сім`янин - Інтерв`ю - Інтер
сучасні досягнення
Можна назвати кілька найзначніших подій, які відносяться до досягнень біофізики:
- розкриті механізми клонування організмів;
- вивчені особливості перетворень і ролі окису азоту в живих системах;
- встановлено взаємозв`язок малих і матричних РНК, що в майбутньому дозволить знайти рішення багатьох медичних проблем (усунення захворювань);
- відкрита фізична природа автохвиль;
- завдяки роботам молекулярних біофізиків вивчені аспекти синтезу і реплікації ДНК, що спричинило за собою можливість створення цілого ряду нових ліків від серйозних і складних захворювань;
- створені комп`ютерні моделі всіх реакцій, які супроводжують процес фотосинтезу;
- розроблені методи ультразвукового дослідження організму;
- встановлено зв`язок між космогеофізіческімі і біохімічними процесами;
- передбачене зміна клімату на планеті;
- відкриття значення ферменту урокенази в попередженні захворювань тромбозів і усунення наслідків після інсультів;
- також зроблений ряд відкриттів по структурі білка, кровоносній системі та іншим частинам організму.
Інститут біофізики в Росії
У нашій країні існує Московський державний університет ім. М. В. Ломоносова. На базі цього навчального закладу діє факультет біофізики. Саме він здійснює підготовку кваліфікованих фахівців для роботи в цій області.
Дуже важливо дати якісний старт майбутнім професіоналам. Їх чекає складна робота. Біофізик зобов`язаний розбиратися у всіх тонкощах процесів, що відбуваються в живих істотах. Крім того, студенти повинні розбиратися і в фізиці. Адже це комплексна наука - біофізика. Лекції будуються таким чином, щоб охопити всі дисципліни, пов`язані і складові біофізику, і охопити розгляд питань як біологічного, так і фізичного характеру.
