Історія розвитку біофізики як науки. Класифікація і характеристика основних напрямків біофізики
Контрольная работа - Физика
Другие контрольные работы по предмету Физика
?воє значення й у цілісній системі. Кальмар Loligo, з якого витягнутий аксон, мертвий, але, вивчаючи цей аксон, можна зрозуміти процеси, що протікають у живому кальмарі і, у кінцевому рахунку, в організмі будь-якої тварини.
Сьогодні біофізика клітки стуляється з молекулярною біофізикою. Знання надмолекулярної і молекулярної структур мяза, нерва і т.д. є необхідним для молекулярного тлумачення відповідних процесів. Проблеми біофізики клітки значно складніше проблем молекулярної біофізики, тому що вони відносяться до вивчення гетерогенних надмолекулярних систем, а не окремих молекул і їхніх взаємодій.
Сучасна біофізика складних систем присвячена дослідженню фізичних основ поводження організму чи деякої його функціональної підсистеми як цілого. Тут на перший план виступають ті особливості, від яких практично цілком відволікається молекулярна біофізика і майже цілком біофізика клітки. Це властивості організму як відкритої системи, саморегуляція і самовідтворення. Складною системою в цьому змісті є не тільки організм, але і популяція, і біогеоценоз, і біосфера в цілому. Біофізика складних систем поєднується з теоретичною біологією.
Центральна проблема теоретичної біології і біофізики складних систем - проблема розвитку (філогенезу й онтогенезу). Диференціація кліток, виникнення складного організму з зиготи ставлять перед наукою безліч невирішених питань. Їхнє рішення буде мати величезне теоретичне і практичне значення (проблема раку!).
Методи дослідження в біофізиці складних систем специфічні. Сьогодні вони складаються в експериментальному і теоретичному моделюванні, у розробці адекватного математичного апарата, що дозволяє інтерпретувати складні явища регуляції, і т.д. Складна біологічна система вивчається в її динаміці, у взаєминах з навколишнім середовищем. Така система існує, зберігаючи, нерівновагий стаціонарний стан чи необоротне змінюючись. Треба думати, що дослідження періодичних процесів, вивчення "біологічних годин" може дуже допомогти розумінню внутрішніх звязків у складній системі. Вважаючи деякий радіоелектронний пристрій чорною шухлядою, ми випробуємо його в різних коливальних режимах і в результаті розкриваємо його внутрішню структуру.
Таким чином, сьогодні біофізика складних систем - феноменологічна область фізики, що широко застосовує представлення кібернетики, математичне моделювання.
Співвідношення між біофізикою складних систем і інших розділів біофізики, охарактеризованими вище, подібно співвідношенню між феноменологічною термодинамікою і молекулярною фізикою. В основі поводження складної біологічної системи лежать властивості біологічних молекул і утворених ними структур. Подальший розвиток біофізики повинен привести до її інтеграції до загального молекулярного тлумачення властивостей таких систем. Уже сьогодні ми говоримо про молекулярні основи еволюції. Однак ряд біологічних явищ виникає тільки на рівні складної системи. Так, вища нервова діяльність, в основі якої лежать молекулярні процеси, реалізується лише в складній системі.
Про можливість молекулярного тлумачення поводження подібних систем уже свідчать деякі результати дослідження молекулярних регуляторних систем, наприклад, оперона в молекулярній генетиці чи біохімічних реакцій, каталізуємих алостеричними ферментами. Очевидно, що необхідно саме загальне молекулярне тлумачення складної системи і її поводження. Опис і пояснення її конкретного функціонування, природно, повинне вироблятися на основі фізико-математичного моделювання, кібернетики, теорії регулювання. Так, знаючи електронні основи роботи транзистора, ми не прибігаємо до квантової теорії твердого тіла при розрахунку радіоелектронних схем.
Ми бачимо, що біофізика сама є складною системою знань. Як і фізика неживої природи, вона містить феноменологічні й атомно-молекулярні розділи.
У літературі приходиться зустрічатися з однобічним визначенням змісту біофізики. Біофізика ототожнюється з фізичною хімією, з фізіологією, з теорією складних систем. Сьогодні гостро відчувається необхідність побудови біофізики як невідємної частини фізики.
Треба сказати кілька слів про радіобіологію. Вплив короткохвильової радіації на організм, клітки, надмолекулярні біологічні структури і біологічні молекули підлягають фізичному тлумаченню. Однак радіобіологія вивчає життя в аномальних умовах (якщо відвернутися від тла космічної радіації). Це спеціальна область, що надзвичайно розвилася за останні десятиліття унаслідок величезного її практичного значення, зокрема медичного. У кінцевому рахунку, обґрунтування біофізики варто шукати в атомно-молекулярній структурі і функціональності. Побудова і стрімкий розвиток молекулярної біології, що відбувалося в тісному звязку з фізикою, привели до того, що молекулярна біофізика стала сьогодні добре розробленою областю науки. На основі молекулярної біофізики повинна будуватися фізика надмолекулярних систем, фізика процесів розвитку, фізика життя в цілому.