Что изучает биофизика кратко

Обновлено: 02.07.2024

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.

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.


              БИОФИ́ЗИКА, -и, ж. Наука, изучающая физические и физико-химические процессы, протекающие в живых организмах.

              Источник (печатная версия): Словарь русского языка: В 4-х т. / РАН, Ин-т лингвистич. исследований; Под ред. А. П. Евгеньевой. — 4-е изд., стер. — М.: Рус. яз.; Полиграфресурсы, 1999; (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека

              • 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;

              раздел современной математической физики, изучающий биологические объекты как разновидность сложных нелинейных физических систем;

              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 действия физических законов на биологическом уровне организации вещества и энергии.

              биофи́зика

              Делаем Карту слов лучше вместе

              Привет! Меня зовут Лампобот, я компьютерная программа, которая помогает делать Карту слов. Я отлично умею считать, но пока плохо понимаю, как устроен ваш мир. Помоги мне разобраться!

              Спасибо! Я стал чуточку лучше понимать мир эмоций.

              Вопрос: инкассация — это что-то нейтральное, положительное или отрицательное?

              Синонимы к слову «биофизика»

              Предложения со словом «биофизика»

              • Основные публикации касаются специальных вопросов теоретической физики, включая квантовую радиофизику, информатику и космологию, физику космоса и биофизику космических стрессоров.

              Сочетаемость слова «биофизика»

              Биоорганическая химия — наука, которая изучает связь между строением органических веществ и их биологическими функциями. Объектами изучения являются биологически важные природные и синтетические соединения, такие как биополимеры, витамины, гормоны, антибиотики, феромоны, сигнальные вещества, биологически активные вещества растительного происхождения, а также синтетические регуляторы биологических процессов (лекарственные препараты, пестициды и др.). Как самостоятельная наука сформировалась во второй.

              Радиобиология, или радиационная биология — наука, изучающая действие ионизирующих и неионизирующих излучений на биологические объекты (биомолекулы, клетки, ткани, организмы, популяции). Особенностью этой науки является строгая измеряемость воздействующего фактора, что обусловило развитость математических методов исследования. Другой особенностью радиобиологии является востребованность её прикладных приложений — в медицине и в радиационной защите.

              Молекуля́рная биоло́гия — комплекс биологических наук, изучающих механизмы хранения, передачи и реализации генетической информации, строение и функции сложных высокомолекулярных соединений, составляющих клетку: нерегулярных биополимеров (белков и нуклеиновых кислот).

              Пущинский научный центр РАН (ПНЦ РАН) является структурным звеном Российской академии наук. Крупнейший биологический центр в стране.

              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;
              • раздел современной математической физики, изучающий биологические объекты как разновидность сложных нелинейных физических систем;
              • 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 действия физических законов на биологическом уровне организации вещества и энергии.

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

              Читайте также: