Виды биолинз и их характеристики кратко биофизика

Обновлено: 28.06.2024

Биофизи­ка - молодая отрасль естествознания, возникшая на стыке двух мощных наук— физики и биологии.

Объект Биофизики – живая система (часть клетки, клетка, отдельный орган, целый организм)

Биофизические исследованияначинаются с физической постановки задачи, относящейся к живой природе, и должны формулироваться исходя из общих законов физики и атомно-молекулярного строения вещества.

Теоретическое построение и модели биофизики основаны на физических понятиях энергии, силы, типов взаимодействия, на общих понятиях физической и формальной кинетики, термодинамики, теории информации. В центре внимания биофизики как биологической науки лежат биологические процессы и явления.

Основная задача биофизики заключается в том, чтобы на конкретном биологическом материале показать, каким образом физические, физико-химические и химические процессы, протекающие в живом организме, переходят в качественно новые, уже физиологические явления. Вторым фактором, обусловливающим сложность указанной проблемы, является исключительная специфичность, гетерогенность и динамичность биологических систем. Поскольку предметом биофизики являются физические и физико-химические процессы в организме, то при биофизических исследованиях применяются в основном физические и физико-химические методы, которые модифицируются и приспосабливаются для целей биофизических исследований. Биофизические методы должны обладать высокой чувствительностью и точностью, не должны вносить значительных искажений в структуру и свойства исследуемого объекта. Все методы должны давать количественные результаты, что позволяет получать количественные зависимости между изменениями различных физико-химических параметров живой системы.

В последнее время биофизика стала оказывать за­метное влияние на развитие теоретической и практической медицины. Одна из основных задач медицинской биофизики — это выявление физических и физико-химических параметров, которые можно было бы использовать для объективной диагностики функционального состояния организма. Характерным свойством живых клеток является наличие мембранного потенциала, способность удерживать ионные градиенты, способность поляризовать электрический ток, наличие электрокинетического потенци­ала, способность к хемилюминесценции, движение цитоплазмы. Некоторые из этих параметров медицина уже давно использует для оценки состояния организма. Методы, основанные на регистрации биопотенциалов, стали классическими (электрокардиография, электроэнцефалография и т. п.).

Наиболее важной проблемой медицинской биофизики является исследование физических и физико-химических основ патологических процессов. На основе изучения механизма действия ионизирующей радиации были получены вещества, осуществляющие химическую защиту от радиации при их введении в организм перед облучением,— ингибиторы. Исследование электриче­ских явлений в костях позволило разработать метод заживления костных переломов с помощью электрического тока.

Расскажите об основных разделах биофизики.

По решению Международной ассоциации общей и прикладной биофизики, к разделам этой дисциплины относятся: молекулярная биофизика, биофизика клетки, биофизика органов чувств и сложных систем.

1. Молекулярная биофизика. Изучает строение и физические свойства молекул, входящих в состав организма , исследует условия равновесия молекулярных биологических процессов, изменения их течения во времени, термодинамику биологических процессов.

Методами современной физики молекулярная биофизика исследует физические свойства этих соединений:

1) структура биологических полимеров;

2) условия стабильности их пространственной структуры;

3) природа сил, ответственных и за устойчивость

биополимеров, и определяющих их конформационную

4) условия, в которых существуют стабильные формы и

происходят структурные изменения биополимеров.

2. Биофизика мембранных процессов или биофизика клетки. Изучает физические и физико-химические особенности клеточных структур, закономерности деления и дифференцировки клеток, а также такие высокоспециализированные функциональные проявления клеток, как генерация возбуждения и биопотенциалы. Эта часть биофизики изучает молекулярную организацию и конформационные свойства биологических мембран, биофизику процесса транспорта веществ через мембрану, электрогенез.

3. Биофизика фотобиологических процессов. Изучает механизмы фотоэнергетических и фоторецепторных систем, выясняет роль и механизмы участия электронно-возбужденных состояний в биологических процессах.

4. Биофизика органов чувств. Изучает функционирование этих систем в физических и биологических аспектах и исследует превращение энергии, которые происходят при восприятии внешних раздражений.

5. Биофизика сложных систем. Изучает проблемы регулирования и саморегулирования сложноустроенных многоклеточных организмов, а также термодинамические и кинетические особенности их функционирования. В этом разделе биофизика смыкается с биологической кибернетикой, предметом которой являются процессы управления и регулирования в биологических системах.

3. Опишите типы термодинамических систем и приведите примеры.
Термодинамическая система — любой объект природы, состоящий из достаточно большого количества частиц и каким-либо образом отграниченный от окружающей среды.

Различают 3 вида термодинамических систем в зависимости от их взаимодействия с окружающей средой:

а) Изолированные системы — не могут обмениваться с окружающей средой ни энергией, ни веществом (могут существовать вечно). Изолир. система со временем приходит в состояние термодинамического равновесия. В этом состоянии, как и в стационарном, параметры системы сохраняются неизменными во времени. Таких систем в реальных условиях не существует, но понятие изолированной системы используют для понимания главных термодинамических принципов (удобная термодинамическая модель).

б) Замкнутые системы — могут обмениваться с окружающей средой энергией, но не веществом. Пример закрытой системы — споры, космический корабль, закрытый термос с чаем, герметично упакованные продукты (бутылки с газированной водой)

в) Открытые системы — это системы, которые могут обмениваться с окружающей средой и энергией, и веществом. Здесь самый важный пример — живые объекты (люди, животные, растения, водоемы).

Энергия системы – это ее способность совершать работу

По агрегатному состоянию:

1. Гомогенная – отсутствие резких изменений физических и химических свойств при переходе от одних областей системы к другим (состоят из одной фазы).

2. Гетерогенная – две или более гомогенные системы в одной (состоит из двух или нескольких фаз).

Биофи́зика (от др.-греч. βίος — жизнь, др.-греч. φύσις — природа):

• раздел 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.

По номенклатуре ЮНЕСКО биофизика является разделом биологии и имеет код 2406. [2]

Содержание

Разделы биофизики

Согласно номенклатуре ЮНЕСКО в биофизике выделяются разделы [2] :

• 2406.01 Биоакустика ( коммуникация и локация в воздушных и водной средах)
• 2406.02 Биоэлектричество (мембранный потенциал, информационные и интегральные процессы, ЦНС и ВНС)
• 2406.03 Биоэнергетика (энергообеспечение и теплопродукция)
• 2406.04 Биомеханика
• 2406.05 Биооптика (биолюминесценция, зрение и обработка информации)
• 2406.06 Медицинская физика (методы диагностики, физиотерапии и патогенез)
• 2406. Биофизика сложных систем (системогенез, эволюция, индивидуальное развитие, уровни организации биосистем)
• 2406. Биофизика сенсорных систем (психофизика)
• 2406. Биофизика среды обитания (экологическая, космофизика)
• 2406. Биофизика периодических процессов (биоритмология)
• 2406. Биофизика развития и эволюции
• 2406. Биофизика метаболизма (массоперенос, терморегуляция, гемодинамика)
• 2406.99 Прочие (указать)

Приведённая выше классификация основана на принципе структурной организации объектов и предназначена для максимально удобства изложения новых разработок, одновременно демонстрируя проблемы авангардных направлений и затруднения в формировании и развитии значимых тем и направлений. Для изучения общего курса биофизики традиционной школы более приемлема следующая классификация [3] . Но время показало ограничивающий характер старой школы, которая в лучшем случае упоминает основу самой науки - биофизику сложных систем. В силу этого огромная армия высокообразованных узкопрофильных специалистов обходят базовые понятия жизни и жизнедеятельности, системогенеза, высших функций сложных организмов. Это ограничило развитие этих направлений и подготовку специалистов в проблемных научных направлениях.

• Биофизика сложных систем:
  • понятийный аппарат, объекты и их уровни организации в БСС
  • системогенез и его виды в репродукции организмов - синергогенез, соматогенез, морфогенез
  • иерархия и классификация в БСС
  • системообразующие факторы и механизмы в формировании системных коммуникаций и объектов систем
  • методология системологии и её репродуктивная творческая роль в БСС и эффективность применения в других научно-практических областях.
  • сенсорные системы и их механизмы трансляции сигналов;
  • психофизика каналов информационных преобразований
  • психофизика интегральных процессов восприятия и полимодальная биофизика
  • экспертные методы исследования и биодетекция культурами и препаратами
  • модальности прямого и приборного (преобразованного, трансформированного, усиленного, изменённого стимула) изучения и измерений в науке и практике.
  • математическая биофизика, математическое и информационное моделирование структур и функций объектов биофизики;
  • методы теорфизики в биофизике:
    • кинетика биологических процессов;
    • термодинамика биологических процессов: преобразования энергии в живых структурах;
    • физические и структурные основы организации и функционирования биополимеров
      • надмолекулярные и субмолекулярные систем;
      • методы изучения и модельного (символьного и /или графического) отражения и прогнозирования молекулярных структур
      • биофизика мембранных процессов:
        • свойства и структура биологических мембран и их частей;
        • механизмы транспорта через биомембраны;
        • Биофизика фотобиологических процессов:
        • основы фотосинтеза, структуры и функции (механизмы) фотосинтеза;
          • воздействия внешних источников света на живые системы и адаптация к соляризации;
          • биоинформатика: хотя не является собственным разделом биофизики, но очень тесно связана с ней;
          • биометрия; : функции и структура опорно-двигального аппарата и физические движения биологических систем;
          • биофизика эволюционных процессов и индивидуального развития в биомедицине;
          • медицинская (патологическая) биофизика:
            • патогенез и методы компенсаторного и реконструктивного восстановления;
            • физические методы исследования и воздействия и их эффективность (разрешение, влияние, последействие применения);
            • техногенные и природные фактроы среды обитения;
            • многофакторные среды обитания мигрантов и биотехнологий (жилища и территории, курортолечение, транспорт, акванавтика, космонавтика, биотроны и др.);
            • космическая погода и астрофизическое влияние ближнего (гео и гелио факторы) и дальнего (глубинного) космоса;
            • биоритмология и внешние факторы синхро и десинхронизации биоритмов;
            • системные и локальные мероприятия профилактики негативных влияний среды обитания (биомедицина).

            История исследований

            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

            : открыл биоэлектричество. : первый замерил скорость нервных импульсов. — советский биофизик, основоположник гелиобиологии, аэроионификации, электрогемодинамики, философ. Впервые научно доказал влияние космической погоды на биосферу. : разработал концепцию одномолекулярного органического покрытия. Лауреат Нобелевской премии по химии1932 года. : исследователь человеческого уха. Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1961 года. и Джон Кендрю: исследователи строения белков с помощью рентгеноструктурного анализа. Лауреаты Нобелевской премии по химии 1962 года. : открыл трёхмерную молекулярную структуру ДНК. Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1962 года. , Эрнст Руска, Генрих Рорер: разработали сканирующий туннельный и сканирующий атомно-силовой микроскопы. Лауреаты Нобелевской премии по физике за 1986 год. : исследовал роль норадреналина в синаптической передаче. Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1970 года. : Автор хемиосмотической теории окислительного фосфорилирования. Лауреат Нобелевской премии по химии 1978 года. и Берт Закман: разработали метод локальной фиксации потенциала. Лауреаты Нобелевской премии по физиологии и медицине 1991 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.

            Биофизика – это отрасль науки, которая использует физические методы для изучения биологических процессов. Физика использует математические законы для объяснения мира природы, и ее можно применять к биологическим организмам и системам, чтобы понять их работу. Исследования в области биофизики помогли предотвратить и лечить болезни, ускорить разработку лекарств и создать технологии, позволяющие людям жить более устойчиво и защищать меняющуюся окружающую среду.

            История биофизики

            Биофизика – относительно молодая отрасль науки; оно возникло как определенное подполе в начале и середине 20 века. Тем не менее, основы для изучения биофизики были заложены группой физиологов в Берлине значительно раньше, в 19 веке. В Берлинскую школу физиологов входили Герман фон Гельмгольц, Эмиль Дюбуа-Реймонд, Эрнст фон Брюке и Карл Людвиг. В 1856 году Адольф Фик, один из учеников Людвига, даже опубликовал первый учебник по биофизике. Но технологии в физике в настоящее время недостаточно развиты, чтобы детально изучать формы жизни, например, на молекулярном уровне.

            В первой половине 20-го века немецкие ученые доминировали в биофизике. Они изучали электромагнитные поля и свет, и они в основном занимались изучением воздействия радиации на живые существа. Популярность биофизики возросла, когда австрийский физик Эрвин Шредингер опубликовал книгу «Что такое жизнь? в 1944 году. Эта книга была основана на серии публичных ��екций, которые Шредингер прочитал, объясняя процессы живых существ с помощью физики и химии. В нем он предложил идею о том, что существует молекула в живых существах, которые содержали генетическую информацию в ковалентные связи, Это вдохновило ученых, таких как Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик, на поиск и характеристику генетической молекулы, и с помощью исследования рентгеновской кристаллографии Розалинд Франклин они обнаружили двойная спираль Структура ДНК в 1953 году.

            К середине 20-го века биофизические программы выросли и приобрели популярность в других странах, а с 1950-1970-х годов биофизические исследования проводились более быстрыми темпами, чем когда-либо прежде. В дополнение к открытию ДНК и ее структуры, биофизические методы также использовались для создания вакцин, разработки методов визуализации, таких как МРТ и КАТ, для помощи врачам в диагностике заболеваний и создания новых методов лечения, таких как диализ, лучевая терапия и кардиостимулятор. В настоящее время биофизика также начала уделять внимание вопросам, связанным с изменением климата Земли. Например, некоторые биофизики работают над разработкой биотоплива из живых микроорганизмов, которые могут заменить бензин в качестве топлива.

            Области биофизики

            Биофизика включена во многие различные области биологии. Некоторые темы исследований в области биофизики или биофизики включают в себя:

            • Мембранная биофизика: изучение структуры и функции клетка мембраны, включая ионные каналы, белки и рецепторы, встроенные в них.
            • Вычислительная / теоретическая биофизика: использование математического моделирования для изучения биологических систем.
            • Белковая инженерия: создание и модификация белков для развития синтетической биологии. Часто используется для укрепления здоровья человека в виде новых методов лечения заболеваний.
            • Молекулярные структуры: биофизика изучает молекулярные структуры биологических молекул, включая белки, нуклеиновые кислоты и липиды.
            • Механизмы: использование физических механизмов для объяснения возникновения биологических процессов. Некоторые физические механизмы включают в себя преобразование энергии в мембранах, укладку белка и структуру, ведущую к специфическим функциям, движению клеток и электрическому поведению клеток.

            
            

            Майор биофизики

            Некоторые университеты предлагают степень бакалавра гуманитарных наук или бакалавра наук в области биофизики, в то время как другие предлагают степень биофизики только на уровне магистратуры (то есть степени магистра и / или доктора). Степени биофизики в значительной степени сосредоточены на курсах физики и биофизики, и обычно те, кто специализируется в области биофизики, также обязаны пройти многочисленные уроки математики и химии. На уровне бакалавриата можно рассчитывать на курсы по общей и органической химии, исчислению, механике, линейной алгебре и биохимия, Другие возможные курсы включают клеточную биологию, генетика молекулярная биология, статистика и вычислительная биология и др. Другой важный компонент многих степеней биофизики – исследование; некоторые программы требуют проведения исследований в лаборатории в течение определенного количества семестров, что завершается старшим исследовательским проектом. Конкретные курсы, предлагаемые в основной программе по биофизике, могут варьироваться от университета к университету, но специализация в области биофизики позволит адекватно подготовить студента к его карьере в области исследований в области биофизики.

            Если учащийся интересуется биофизикой, но его школа не предлагает степень биофизики, часто существуют сопоставимые программы, которые можно найти в других специальностях, которые включают в себя большую часть тех же курсов. Специальность по физике – это еще один хороший вариант, и можно рассмотреть возможность добавления другой специальности или специальности в области биохимии, химии или биологии в зависимости от исследовательских интересов и предлагаемых программ.

            Карьера в биофизике

            Наиболее распространенные варианты карьеры для биофизиков включают исследования, преподавания или их комбинации. Обычно требуется степень магистра, чтобы стать учителем биофизики, руководителем лаборатории или научным сотрудником, а докторская степень необходима для того, чтобы быть главным исследователем исследовательской лаборатории. Основные исследователи планируют эксперименты и контролируют все исследования, проводимые в лаборатории, в то время как руководители лабораторий и научные сотрудники играют более вспомогательную роль и помогают главному исследователю в проведении своих исследований. Те, у кого есть степени бакалавра, могут получить должности техников-исследователей, что также важно в лаборатории. Специалисты-исследователи проводят множество экспериментов, позволяя главному исследователю писать научные статьи, исследовательские предложения и гранты.

            Биофизика – это наука о самых простых и фундаментальных взаимодействиях, которые лежат в основе биологических процессов. В основании биофизических моделей лежат физические понятия энергии, силы, типы взаимодействия, общие понятия физической и формальной кинетики, термодинамики, теории информации. Данные понятия отображают природу основных физических взаимодействий и законов движения материи. Центром внимания биофизики как биологической науки являются биологические процессы и явления.

            Трендом биофизики на современном этапе является проникновение на элементарные уровни молекулярной основы структуры организации живого.

            Биофизика является одной из фундаментальных биологических дисциплин. Изучение данной науки позволяет формировать научное мышление современного медицинского работника.

            Биофизические методы входят в практику исследовательских лабораторий и стали основанием для методов диагностики заболеваний и их лечения.

            Биофизика имеет большое методологическое значение.

            Законы физики и химии являются базисом биофизических положений и теорий, которые в свою очередь стали их развитием. На первоначальном этапе развития биофизики главным выводом стал вывод о том, что основные законы физики, как науки о законах движения материи, применимы к области биологии.

            Важное методологическое значение для разных областей биологии имеют эмпирические доказательства закона сохранения энергии (первое начало термодинамики), принципы химической кинетики, как основы динамического поведения биосистем, концепции открытых систем и второго начала термодинамики в биосистемах.

            Биофизика – это фундаментальная наука, которая исследует свойства биологических объектов с точки зрения физических законов. Объектом исследования этой науки являются физико-химические процессы в живых организмах, которые составляют основу их существования, а также их механизмы.

            Готовые работы на аналогичную тему

            Биофизику можно считать физикой живых систем разного уровня: молекулы, мембраны, клетки, органа, популяции. Биофизику определяют как науку, которая строит и исследует идеальные системы, являющиеся моделями отображающими основные свойства живого для различных уровней организации.

            Биофизика была признана самостоятельной наукой в 50- е годы XX века. Эта наука возникла на стыке биологии, физики и математики.

            Биологическая форма движения материи очень сложна, но ее можно представить как совокупность более простых физических и химических форм движения, которые дают новые качественные сочетания.

            Биофизика, в совокупности с другими науками, на сегодняшний момент, является теоретической основой биологии.

            Предмет и объекты биофизики

            Предмет биофизики весьма сложен и многогранен. Для его изложения необходимо использование материалов разных разделов биологии, использования современных методов и представлений физики, математики, химии.

            Исследование человеческого организма и процессов, которые нарушают его жизнедеятельность, в первую очередь, составляют предмет биофизики.

            Биофизика имеет большой круг объектов изучения. Данная наука рассматривает физические свойства и явления на уровне:

            • сложных систем, таких как организм;
            • отдельных органов;
            • биологических тканей;
            • отдельных клеток;
            • субклеточных структур (например, биологические мембраны);
            • макромолекул (например, белки, нуклеиновые кислоты);
            • электронные структуры молекул;
            • влияния внешних магнитных полей на электрические процессы, протекающие в теле человека.

            В состав биофизики входят авиационная и космическая биомеханика.

            Методы биофизики

            Многие методы, которые используют в биофизике, она позаимствовала из физики и химии. Но следует отметить, что объект исследования и задачи, которые ставятся перед учеными, привели к значительной трансформации первоначальных методов физики и соответствующих им приборов. Например, процедура измерения биологических потенциалов нервных клеток при помощи микроэлектродов и фиксирующей напряжение аппаратуры значительно отличается от методов измерения в физике.

            Правильное применение физических законов возможно только при установке определенных границ системы, для которой можно проводить исследования и расчеты. В биофизике могут применяться классические методы измерения физики. Так если используется, например, спектральный анализ, то особенности биологических объектов такие как, широкие полосы поглощения, значительное рассеяние света и другие, заставляют создавать специальные приборы, которые приспособлены для экспериментов в биологии.

            Современная биофизика имеет систему специальных методов, которые приспособлены для решения ее задач, например:

            • электрофорез;
            • ультрацентрифунгирование;
            • калориметрия;
            • малоугловое рассеяние света;
            • рентгеноструктурный анализ;
            • нейтроноскопия;
            • спектрофотомерия;
            • рамановская спектроскопия;
            • люминесцентный анализ;
            • ядерный магнитный резонанс и др.

            В среде биологических дисциплин биофизика является наиболее точной наукой. Биофизики ориентируются на логичные строгие доказательства каждого положения. Эти доказательства основываются на точных экспериментах. Исследуемые биофизикой явления количественно описываются. Исследования проводятся при помощи современной аппаратуры. Биофизика применяет методы физического и математического моделирования.

            Особенности моделирования в биофизике

            Модели в биофизике основываются на результатах прямых экспериментов, данных о реальных молекулярных свойствах биологических объектов. Они не могут быть просто перенесены из физики в биологию, как схема похожего процесса.

            Значимой особенностью является то, что создание моделей в биофизике требует модификации идей смежных наук. Это равносильно созданию новых понятий в этих науках при применении к анализу биологических процессов.

            Содержание биофизики как науки

            В содержание биофизики включены:

            • поиск общих принципов биологически значимых взаимодействий на уровне молекул;
            • объяснение природы взаимодействий молекул при использовании законов физики и химии;
            • применение достижений математики для решения биологических задач;
            • разработка обобщенных понятий, соответствующих описываемым биологическим явлениям.

            Теоретические основы биофизики включают: вопросы кинетики, термодинамики, математического моделирования биосистем, основ молекулярной (квантовой) биофизики.

            К прикладной биофизике относят: биофизику конкретных процессов, которые текут на разных структурных уровнях организации живого.

            Одной из самых древних наук является, безусловно, биология. Интерес людей к процессам, происходящим внутри них самих и окружающих существ, возник за несколько тысяч лет до нашей эры.

            Наблюдения за животными, растениями, природными процессами составляло важную часть жизни людей. С течением времени знаний накопилось очень много, усовершенствовались и развились методы изучения живой природы и механизмов, в ней происходящих. Это привело к возникновению множества разделов, составляющих в общей сложности комплексную науку.

            Биологические исследования в разных областях жизни позволяют получать новые ценные данные, важные для понимания устройства биомассы планеты. Использовать эти знания для практических целей человека (освоение космоса, медицина, сельское хозяйство, химическая промышленность и так далее).

            
            

            Современная биология

            Сегодня достижения этой многогранной науки позволяют добиться множества положительных результатов. Так, современная наука предлагает ряд решений проблем заболеваний человека от действия вирусов и бактерий. Стало возможным находиться в космическом пространстве без ущерба здоровью около 3 месяцев, при этом использовать в качестве источника кислорода микроорганизмы или одноклеточные растения.

            Многие открытия позволили сделать биологические исследования в сфере внутреннего строения и функционирования всех живых систем. Изучен молекулярный состав организмов, их микростроение, выделены и изучены многие гены из генома человека и животных, растений. Заслуги биотехнологии, клеточной и генной инженерии позволяют получать несколько урожаев растений за сезон, а также выводить породы животных, дающих больше мяса, молока и яиц.

            Изучение микроорганизмов позволило получить антибиотики и создать десятки и сотни вакцин, позволяющих побеждать множество болезней, даже те, что раньше целыми эпидемиями уносили тысячи жизней людей и животных.

            
            

            Поэтому современная наука биология - это безграничные возможности человечества во многих отраслях науки, промышленности и сохранении здоровья.

            Классификация биологических наук

            Одними из самых первых появились частные разделы науки биологии. Такие, как ботаника, зоология, анатомия и систематика. Позже стали формироваться более зависимые от технического оснащения дисциплины - микробиология, вирусология, физиология и так далее.

            Существует ряд молодых и прогрессивных наук, сформировавшихся только в XX-XXI столетии и играющих большую роль в современном развитии биологии.

            Существует не одна, а несколько классификаций, по которым можно ранжировать биологические науки. Список их довольно внушительный во всех случаях, рассмотрим одну из них.

            Включает следующие разделы:

            • альгология;
            • дендрология;
            • систематика;
            • анатомия;
            • морфология;
            • физиология;
            • бриология;
            • палеоботаника;
            • экология;
            • геоботаника;
            • этноботаника;
            • размножение растений.

            Дисциплины, входящие в состав:

            • акарология;
            • колеоптерология;
            • систематика;
            • арахнология;
            • лепидоптерология;
            • териология;
            • гименоптерология;
            • малакология;
            • фелинология;
            • мирмекология;
            • физиология;
            • иппология;
            • орнитология;
            • энтомология;
            • ихтиология;
            • этология;
            • кинология;
            • паразитология;
            • приматология.
            • топографическая анатомия;
            • сравнительная;
            • систематическая;
            • возрастная;
            • пластическая;
            • функциональная;
            • экспериментальная.

            Таким образом, мы постарались охватить основное разнообразие, которое представляют собой биологические науки. Список этот с развитием техники и методов изучения расширяется, пополняется. Поэтому единой классификации биологии не существует на сегодняшний день.

            Прогрессивные бионауки и их значение

            К самым молодым, современным и прогрессивным наукам биологии относятся такие, как:

            • биотехнология;
            • молекулярная биология;
            • космическая биология;
            • биофизика;
            • биохимия.

            Каждая из этих наук сформировалась не ранее XX века, а потому по праву считается молодой, интенсивно развивающейся и наиболее значимой для практической деятельности человека.

            
            

            Остановимся на такой из них, как биофизика. Это наука, появившаяся приблизительно в 1945 году и ставшая важной частью всей биологической системы.

            Что такое биофизика?

            Чтобы ответить на этот вопрос, в первую очередь следует указать на ее тесный контакт с химией и биологией. В некоторых вопросах границы между этими науками настолько тесные, что сложно разобрать, какая из них конкретно задействована и в приоритете. Поэтому рассматривать биофизику стоит как комплексную науку, изучающую глубокие физические и химические процессы, происходящие в живых системах на уровне как молекул, клеток, органов, так и на уровне Биосферы в целом.

            Как и любая другая, биофизика - наука, имеющая свой объект изучения, цели и задачи, а также достойные и значимые результаты. Кроме того, эта дисциплина плотно коррелирует с несколькими новыми направлениями.

            Объекты исследования

            Ими для биофизики являются биосистемы на разных организационных уровнях.

            вирусы, одноклеточные грибы и водоросли).
            1. Простейшие животные.
            2. Отдельные клетки и их структурные части (органеллы).
            3. Растения.
            4. Животные (в том числе человек).
            5. Экологические сообщества.

            То есть биофизика - это исследование живого с точки зрения физических процессов, в нем происходящих.

            
            

            Задачи науки

            Первоначально задачи биофизиков были в том, чтобы доказать наличие физических процессов и явлений в жизнедеятельности живых существ и изучить их, выяснив природу и значение.

            Современные задачи данной науки можно сформулировать так:

            1. Изучить структуру генов и механизмы, сопровождающие их передачу и хранение, видоизменения (мутации).
            2. Рассмотреть многие аспекты клеточной биологии (взаимодействие клеток друг с другом, хромосомные и генетические взаимодействия и другие процессы).
            3. Изучить в комплексе с молекулярной биологией молекулы полимеров (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов).
            4. Выявить влияние космогеофизических факторов на течение всех физических и химических процессов в живых организмах.
            5. Более глубоко вскрыть механизмы фотобиологии (фотосинтез, фотопериодизм и так далее).
            6. Внедрить и разработать методы математического моделирования.
            7. Применить результаты нанотехнологии для изучения живых систем.

            Из этого списка очевидно, что биофизика изучает очень много значимых и серьезных проблем современного общества, и результаты деятельности этой науки имеют важное значение для человека и его жизни.

            История формирования

            Как наука биофизика зародилась сравнительно недавно - в 1945 году, когда Эрвин Шредингер издал свой труд "Что такое жизнь с точки зрения физики". Именно он первым заметил и обозначил, что многие законы физики (термодинамические, законы квантовой механики) имеют место быть именно в жизнедеятельности и работе организмов живых существ.

            Благодаря трудам этого человека наука биофизика начала свое интенсивное развитие. Однако еще ранее, в 1922 году, в России создается институт биофизики, которым руководит П. П. Лазарев. Там основную роль отводят изучению природы возбуждения в тканях и органах. Результатом стало выявление значение ионов в этом процессе.

            Дальше ряд открытий разных ученых позволяет понять, что биофизика - это полная, емкая и комплексная наука, необходимая для понимания всех процессов, происходящих в живых системах.

            1. Гальвани открывает электричество и его значение для живых тканей (биоэлектричество).
            2. А. Л. Чижевский - отец нескольких дисциплин, изучающих влияние космоса на Биосферу, а также ионизационное излучение и электрогемодинамику.
            3. Подробная структура белковых молекул была изучена только после открытия метода РСА (рентгено-структурного анализа). Это было сделано учеными Перуц и Кендрю (1962 год).
            4. В этом же году открыта трехмерная структура ДНК (Морис Уилкинс).
            5. Неэр и Закман в 1991 году сумели разработать метод локальной фиксации электрического потенциала.

            Также ряд других открытий позволил науке биофизике встать на путь интенсивной и прогрессивной модернизации в развитии и становлении.

            
            

            Разделы биофизики

            Существует целый ряд дисциплин, составляющих эту науку. Рассмотрим самые основные из них.

            1. Биофизика сложных систем - рассматривает все сложные механизмы саморегуляции многоклеточных организмов (системогенез, морфогенез, синергогенез). Также данной дисциплиной изучаются особенности физической составляющей процессов онтогенеза и эволюционного развития, уровней организации организмов.
            2. Биоакустика и биофизика сенсорных систем - изучает сенсорные системы живых организмов (зрение, слух, рецепция, речь и другие), способы трансляции различных сигналов. Выявляет механизмы преобразования энергии при восприятии организмами внешних воздействий (раздражений).
            3. Теоретическая биофизика - включает ряд поднаук, занимающихся изучением термодинамики биологических процессов, построением математических моделей структурных частей организмов. Также рассматривает кинетические процессы.
            4. Молекулярная биофизика - рассматривает глубокие механизмы структурной организации и функционирования таких биополимеров, как ДНК, РНК, белки, полисахариды. Занимается построением моделей и графических изображений этих молекул, прогнозирует поведение и формирование их в живых системах. Также данная дисциплина строит надмолекулярные и субмолекулярные системы с целью определения механизма построения и действия биополимеров в живых системах.
            5. Биофизика клетки. Изучает самые важные клеточные процессы: дифференцирование, деление, возбуждение и биопотенциалы мембранной структуры. Особое внимание уделяется механизмам мембранного транспорта веществ, разности потенциалов, свойствам и структуре мембраны и окружающих ее частей.
            6. Биофизика метаболизма. Основные рассматриваемые процессы: фотосинтез, соляризация и адаптация к ней организмов, гемодинамика, теплорегуляция, метаболизм, влияние ионизационных лучей.
            7. Прикладная биофизика. Состоит из нескольких дисциплин: биоинформатика, биометрия, биомеханика, исследование эволюционных процессов и онтогенеза, патологическая (медицинская) биофизика. Объекты изучения прикладной биофизики - опорно-двигательный аппарат, способы движения, способы распознавания людей по физическим чертам. Особого внимания заслуживает медицинская биофизика. Она рассматривает патологические процессы в организмах, способы реконструкции поврежденных участков молекул или структур или их компенсацию. Дает материал для биотехнологии. Имеет большое значение в предупреждении развития заболеваний, особенно генетического характера, их устранении и объяснении механизмов воздействия.
            8. Биофизика среды обитания - изучает физическое воздействие как местных сред обитания существ, так и влияние ближних и дальних субъектов космического пространства. Также рассматривает биоритмы, влияние погодных условий и биополей на существа. Разрабатывает приемы мероприятий по профилактике негативных воздействий условий среды обитания.

            Все эти дисциплины вносят колоссальный вклад в развитие понимания механизмов жизнедеятельности живых систем, влияния на них биосферы и различных условий.

            
            

            Современные достижения

            Можно назвать несколько самых значительных событий, которые относятся к достижениям биофизики:

            • вскрыты механизмы клонирования организмов;
            • изучены особенности превращений и роли окиси азота в живых системах;
            • установлена взаимосвязь малых и матричных РНК, что в будущем позволит найти решение многих медицинских проблем (устранения заболеваний);
            • открыта физическая природа автоволн;
            • благодаря работам молекулярных биофизиков изучены аспекты синтеза и репликации ДНК, что повлекло за собой возможность создания целого ряда новых лекарств от серьезных и сложных заболеваний;
            • созданы компьютерные модели всех реакций, сопровождающих процесс фотосинтеза;
            • разработаны методы ультразвукового исследования организма;
            • установлена связь между космогеофизическими и биохимическими процессами;
            • предсказано изменение климата на планете;
            • открытие значения фермента урокеназы в предупреждении заболеваний тромбозов и устранения последствий после инсультов;
            • также сделан ряд открытий по структуре белка, кровеносной системе и другим частям организма.

            Институт биофизики в России

            В нашей стране существует Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова. На базе этого учебного заведения действует факультет биофизики. Именно он осуществляет подготовку квалифицированных специалистов для работы в этой области.

            
            

            Очень важно дать качественный старт будущим профессионалам. Их ждет сложная работа. Биофизик обязан разбираться во всех тонкостях процессов, происходящих в живых существах. Кроме того, студенты должны разбираться и в физике. Ведь это комплексная наука - биофизика. Лекции строятся таким образом, чтобы объять все дисциплины, связанные и составляющие биофизику, и охватить рассмотрение вопросов как биологического, так и физического характера.

            Читайте также:

              
            • Использование средств игровых видов спорта для воспитания ловкости кратко
              
            • Воспитание детей первого года жизни кратко
              
            • Загрязнение литосферы кратко презентация
              
            • Психологические особенности общения детей раннего и дошкольного возраста кратко
              
            • Назовите основные действия при работе с архивами кратко