Історія розвитку біофізики як науки. Класифікація і характеристика основних напрямків біофізики
Контрольная работа - Физика
Другие контрольные работы по предмету Физика
?я про співвідношення біологічних і фізико-хімічних явищ. Або в біології міститься щось принципово далеке фізиці і хімії, або життя є особливий прояв фізичних і хімічних процесів, що протікають у складних відкритих системах.
У той же час питання про достатність сучасної фізики для пізнання життєвих явищ має реальний сенс. У звязку з цим варто зупинитися на концепціях, запропонованих деякими біологами і фізиками.
Берталанфи (1968) протягом ряду років розвивав ідеї, що відносяться до так називаної загальної теорії систем. Берталанфи вважав біологічні явища пізнаваними засобами точної науки. Мниме протиріччя з термодинамікою знімається, якщо врахувати, що організми відкриті системи, що обмінюються з навколишнім середовищем і речовиною й енергією. Тим часом канонічна термодинаміка відноситься до ізольованих систем. Тому для фізичного тлумачення біологічних явищ необхідна термодинаміка відкритих систем, нерівноважна термодинаміка. Берталанфи вбачає основу теоретичної біології в теорії систем. Система-сукупність обєктів, взаємодіючих один з одним. Властивості системи не можна представити сумою властивостей утворюючих систему елементів. Розгляд системності дозволяє досліджувати проблеми цілісності, динамічної взаємодії й організації. Для біології ці проблеми основні.
Ще до побудови термодинаміки відкритих систем Бауэр (1935) писав про нерівновагі властивості організмів. Основний закон біології по Бауэру говорять: "...живі системи ніколи не бувають у рівновазі і виконують за рахунок своєї вільної енергії постійну роботу проти рівноваги, необхідного законами фізики і хімії при існуючих зовнішніх умовах". Ідеї Бауэра залишилися незрозумілими його сучасниками, як, утім, і деякими новітніми коментаторами. Бауэр наближався до сучасної біофізики, але сьогодні його роботи зберегли головним чином історичний інтерес. Істотно те, що Бауэр доводив можливість атомно-молекулярного тлумачення життя: "...нерівновагий стан живої матерії і, отже, її постійно зберігаюча працездатність обумовлюються... молекулярною структурою живої матерії, а джерелом роботи, виробленої живими системами, служить, у кінцевому рахунку, вільна енергія, властива цій молекулярній структурі, цьому стану молекул".
Н.Бор (1961,1962) розглядав проблему співвідношення фізики і біології на основі принципу додатковості. Він вважав, що власне біологічні закони додаткові до законів, яким підкоряються неживі тіла. Не можна одночасно визначити фізико-хімічні властивості організму і явища життя пізнання одного виключає пізнання іншого. Життя варто розглядати "...як основний постулат біології, що не піддається подальшому аналізу, подібно тому, як існування кванта дії... утворює елементарну основу атомної фізики". Таким чином, Бор вважав біологічні і фізико-хімічні дослідження додатковими, тобто несумісними, хоча і не суперечними один одному. Ця концепція не має нічого загального з віталізмом, тому що вона заперечує існування якої-небудь границі застосування фізики і хімії до рішення біологічних проблем. "...Жоден результат біологічного дослідження не може бути однозначно описаний інакше, як на основі понять фізики і хімії, зовсім так само, як всякий опис досвіду навіть в атомній фізиці повинен, у кінцевому рахунку, спиратися на поняття, необхідні для свідомої реєстрації почуттєвих сприйнять".
Виходячи з того ж принципу додатковості, говорили про несумісність пізнання морфологічної будівлі і функціональності, гомології й аналогії, середовища і внутрішнього стану, спадковості й адаптуємості. Вивчаючи одну сторону біологічного явища, ми так сильно впливаємо на іншу, що вона стає принципово непізнаваною. Тому що в житті одночасно виявляються всі некомутуючі фактори, вона непізнавана. Можна вивчити атомно-молекулярну структуру організму, але для цього він повинний бути убитий.
Погляди Бора змінювалися в міру розвитку сучасної біології. Пізніше він говорив про додатковість між практично застосовуваними в біології розуміннями фізико-хімічного характеру і поняттями, прямо звязаними з цілісністю організму і вихідними за рамки фізики і хімії. Застосування принципу додатковості в біології Бор аргументував уже не постулативним характером поняття життя, але надзвичайною складністю організму як цілісної системи. У своєму останньому виступі на цю тему Бор говорив тільки про практичний, але не про принципову додатковість, звязану з невичерпною складністю життя.
У 1945 р. Э. Шредингер написав книгу ("Що таке життя з погляду фізики", МУЛ, 1947), присвячену звязку біології з фізикою. У цій книзі глибоко і змістовно розглянуті три проблеми, що мають фундаментальне значення для біофізики.
Перша проблема термодинамічні основи життя. Відмінність живого організму від тіл неживої природи складається у винятково високій упорядкованості організму, подібного в цьому змісті "аперіодичному кристалу", до здатності цієї упорядкованості підтримувати себе і робити упорядковані явища. Мова йде про саморегуляцію і самовідтворення організмів і кліток. Шредингер пояснив цю особливість тим, що організм відкрита система, що існує в нерівновагому стані завдяки потоку ентропії в зовнішнє середовище. Організми безупинно створюють "порядок з порядку", "витягають упорядкованість з навколишнього середовища" у виді "добре упорядкованого стану матерії в харчових продуктах". Шредингер відповідає на запитання про причину макроскопичності, многоатомності о