Надо Знать

добавить знаний



Биофизика



План:


Введение

Биофизика - отрасль науки, которая изучает физические и физико-химические явления зарождения, формирования, жизнедеятельность, воспроизведение жизни на всех уровнях, начиная с молекул, клеток, органов и тканей, заканчивая организмами и биосферы в целом.


1. История

Сначала биофизика развивалась как часть физиологии, и только в XX веке, благодаря достижениям физики и физической химии, с одной стороны, и физиологии, с другой, она выделилась в самостоятельную науку.

В XVII веке М. В. Ломоносов, исходя из представлений о химической связи раздражающих молекул материи с молекулярными и эфирными структурами нервов, описал механизм раздражения в чувствительных нервах и распространения возбуждения в нервах, а также объяснил, как возникает ощущение вкуса и обоняния.

Итальянский физиолог Л. Гальвани (1791) положил начало електробиологии, доказав, что в живых тканях есть электричество.

В XIX веке немецкий физиолог Г. Гельмгольц определил скорость распространения процессов возбуждения вдоль нерва и заложил основы совр. физиологической оптики и физиологической акустики.

Физиологи И. М. Сеченов, А. Ф. Вериго, А. Ф. Самойлов, Н. Е. Введенский, А. А. Ухтомский, Д. С. Воронцов разработали биофизике мышц и нервов.

К. А. Тимирязев, опираясь на закон сохранения энергии, впервые установил (1875) количественную зависимость между скоростью фотосинтеза и поглощения хлорофиллом световых волн различной длины.

Украинский физиолог В. Ю. Чаговец, исходя из теории электролитической диссоциации, впервые (1896) выдвинул физико-химическую теорию электрических явлений в живых тканях, которую он подробно развил в своих последующих работах.

Советский физиолог и биофизик П. П. Лазарев впервые разработал точные методы учета поглощенной энергии, установил связь между поглощением энергии и фотохимическим действием, развил ионную теорию возбуждения В. Нернста и разработал теорию адаптации по всем органам чувств и центральной нервной системы.

Анохин П. К. (1898-1974), ученик Бехтерева и Павлова сформулировал в пятидесятых теорию функциональных систем, введя понятие системогенеза, как механизм формирования живых систем, показав детерминизм явлений, формирования и развития систем и критерии их определения. Чижевский А. Л. (1897-1964), создатель гелиобиофизикы и понятие космической погоды. Впервые установил механизмы воздействия на биосферу и социум Солнечной активности. Ключевыми в работах были установлены механизмы электрических явлений в гемодинамици.

В последнее десятилетие наиболее интенсивно развивается радиобиология - раздел Б., изучающий воздействие ионизирующих излучений на живой организм. Открытие Фредериком и Ирен Жолио-Кюри (1932) искусственной радиоактивности обогатило биологическую науку новыми точными методами исследования (меченые атомы, авторадиография, гисторадиография и др.)., Которые дали возможность глубоко изучать обменные процессы в организме. Применение искусственных радиоактивных изотопов в медицине расширило возможности диагностики и лечения отдельных болезней, в частности некоторых форм рака. В наше время, когда человек овладел ядерной энергии, перед Б. появляются новые актуальные проблемы: защита от вредоносных ядерных излучений, изучение влияния на организм условий межпланетных путешествий и тому подобное.


2. Метод

Биофизическое исследование характеризует физическое постановка задачи, что касается живой природы, и применение физических понятий и терминов для описания биологических явлений. Биофизика изучает также действие физических факторов окружающей среды на живую материю. Большим преимуществом биофизики является использование косвенных, опосредованных методов исследования объектов познания (непосредственное изучение которых по определенным причинам невозможно) путем исследования их моделей. Для понимания хода физико-химических процессов в клетках высших организмов используются как модели более простые организмы, изолированные клетки или культуры клеток, где механизмы, которые изучаются, устроены проще. Применяются также чисто физико-химические модели, назначение которых состоит в выделении явления в "чистом" виде с целью показа его сущности.

Современная биофизика использует новейшие методы количественного исследования, что позволяет получать количественные зависимости между изменениями различных физико-химических параметров живой системы.

Совершенствование и разработка в этом направлении методов по измерению электрических потенциалов, ионных токов, диэлектрических свойств, электропроводности, спектральных характеристик, хемолюминесценции и других является важным источником при решении многих проблем современной биологии. Биофизика выясняет важные практические задачи и вместе с другими науками является теоретической основой биологии и медицины.


3. Направления исследований

Основные направления исследований:

Современная биофизика делится по специализации по уровню организации объектов или явлений и методов:

  • Молекулярная биофизика изучает физико-химические свойства и функциональную роль биологических макромолекул (биополимеров) и молекулярных комплексов (ультраструктур) живых организмов, создающих функциональные единицы клетки, характер взаимодействия их с ионами, молекулами и радикалами, их пространственного строения и энергетики процессов, в них происходят.
  • Биофизика клетки изучает физико-химические основы функционирования клетки, строение и основные функции биологических мембран (поверхностной плазматической мембраны и мембран внутриклеточных органоидов) - их проницаемости, адгезивности, каталитической активности, электро-и химозбудливости, - энергетические процессы клетки, ее механические и электрические свойства.
  • Биофизика органов чувств выясняет молекулярные физико-химические механизмы рецепции, изучающая процессы трансформации энергии внешних стимулов в специфические реакции нервных клеток и механизмов кодирования информации в органах чувств.
  • Биофизика сложных систем исследует явления и механизмы системогенеза (эволюция, индивидуальное развитие) и функционирования живых организмов или биоценозов (социума), проблемы регулирования и саморегулюванняна уровне клеток, органов, организмов и биоценозов и биосферы в целом.
  • Теоретическая и математическая биофизика рассматривает теоретические основы биофизики, в частности вопросы кинетики и термодинамики, осуществляет математическое моделирование биологических процессов, структуры и свойств отдельных макромолекул и субклеточных образований (макромолекулярных комплексов).
  • Прикладная биофизика являются целевые исследования вопросов прикладного характера и использование знаний, методов, контроля и управления явлениями для прикладных разработок и их применение медицинская, экологическая, развития и технические (биотехнические) или технологические их направления:

- Информатика, хотя не является основательным разделом биофизикы, и очень тесно связана с ней в сфере бионического подхода (инженеринг, нейронные сети, моделирование);

- Биоинформатика, именно с позиции коммуникаций, программ и чтения, записи, трансляции, восприятия, обработки сигналов в естественных биосистемах является основательным разделом биофизикы сенсорных систем - психофизика, коммуникативная и эргономичная биофизика;

- Биометрия - метрологическая, медицинская, эргономичная, биотехническая, экологическая;

- Биомеханика связывает функции и структуру опорно-двигательного аппарата с движением биосистем - протезирование, робототехника, эргономика, дизайн, архитектура;

- Биофизика эволюционных процессов и индивидуальный развитий - системогенез, гомеостаз, формообразования, ведущие факторы нормы развития и жизнедеятельности и патогенеза и их оздоровительный или реабилитационный, биомедицинский, психофизический аспекты);

- Биофизика периодических (циклических) процессов - биоритмология и хрономедицина, адаптационные механизмы, периодические процессы, физические условия и стимулы для компенсации или усиление действия периодических условий естественных или искусственных источников воздействия;

- Экологическая гео-биофизика - исследование, классификация биофизических аномалий геофизического и антропогенного происхождения, контроль и предотвращение и профилактики их негативного воздействия;

- Биофизические продуктивные технологии - бионический, нанотехнологический, фармакологический, пищевой или биопродуктивний направления (лучевые, магнитные и другие факторы, получая биогаз, жидкое биотопливо или технические растворители и масла, селективные и конструкционные материалы и т.д.).


3.1. Биофизика в СССР и на постсоветском пространстве

Проблемы биофизики широко прорабатывались в СССР.

В Украине исследования в области биофизики проводятся частности в Институте физиологии им. А. А. Богомольца Национальной академии наук Украины, Днепропетровском национальном университете им. Олеся Гончара, Киевском национальном университете им. Т. Г. Шевченко, Харьковском национальном университете им. В. Н. Каразина.

Также в Украине создана и действует Украинское биофизическое общество.


Литература

  • ВАК Украины. Паспорт специальности.
  • Украинская советская энциклопедия. В 12-ти томах. / Под ред. М. Бажана. - 2-е изд. - М., 1974-1985.
  • Андреев Ю. Н., Дзюбенко Н. С. Физика в современной медицине. Л., 1953;
  • Воронцов Д. С. Раздражительность и возбуждение как обтцие свойства живьем образований. "Научные записки научно-исследовательского института физиологии животных КГУ", 1947, т. 2, в. 2:
  • Лазарев П. П. Современные проблемы биофизики. М.-Л., 1945;
  • Чаговец В. Ю. Избранные труды. К., 1957.
п о р Разделы биологии
Абиогенез Анатомия Биогеография Биоинформатика Научная классификация Биологическая статистика Биология человека Биология океана Биология развития Биомеханика Биофизика Биохимия Ботаника Генетика Геномика Гистология Диетология Эволюция Экология Эпигенетика Эпидемиология Зоология Иммунология Квантовая биология Клеточная биология Клеточная микробиология Консервационная биология Космическая биология Математическая биология Микология Микробиология Молекулярная биология Нейробиология Палеонтология Паразитология Патология Системная биология Токсикология Фармакология Физиология Химическая биология Хронобиология
п о р Главные разделы физики

код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам