Біяфізіка - гэта ... Біялагічныя навукі. малекулярная біяфізіка

Адной з самых старажытных навук з'яўляецца, безумоўна, біялогія. Цікавасць людзей да працэсаў, што адбываюцца ўнутры іх саміх і навакольных істот, паўстаў за некалькі тысяч гадоў да нашай эры.

Назірання за жывёламі, раслінамі, прыроднымі працэсамі складала важную частку жыцця людзей. З цягам часу ведаў назапасілася вельмі шмат, ўдасканаліліся і развіліся метады вывучэння жывой прыроды і механізмаў, у ёй адбываюцца. Гэта прывяло да ўзнікнення мноства раздзелаў, якія складаюць у агульнай складанасці комплексную навуку.

Біялагічныя даследаванні ў розных галінах жыцця дазваляюць атрымліваць новыя каштоўныя дадзеныя, важныя для разумення прылады біямасы планеты. Выкарыстоўваць гэтыя веды для практычных мэтаў чалавека (засваенне космасу, медыцына, сельская гаспадарка, хімічная прамысловасць і гэтак далей).

сучасная біялогія

Сёння дасягнення гэтай шматграннай навукі дазваляюць дамагчыся мноства станоўчых вынікаў. Так, сучасная навука прапануе шэраг рашэнняў праблем захворванняў чалавека ад дзеяння вірусаў і бактэрый. Стала магчымым знаходзіцца ў касмічнай прасторы без шкоды здароўю каля 3 месяцаў, пры гэтым выкарыстоўваць у якасці крыніцы кіслароду мікраарганізмы або аднаклетачныя расліны.

Шматлікія адкрыцці дазволілі зрабіць біялагічныя даследаванні ў сферы ўнутранага будынка і функцыянавання ўсіх жывых сістэм. Вывучаны малекулярны склад арганізмаў, іх микростроение, вылучаныя і вывучаны многія гены з геному чалавека і жывёл, раслін. Заслугі біятэхналогіі, клетачнай і геннай інжынерыі дазваляюць атрымліваць некалькі ўраджаяў раслін за сезон, а таксама выводзіць пароды жывёл, якія даюць больш мяса, малака і яек.

Вывучэнне мікраарганізмаў дазволіла атрымаць антыбіётыкі і стварыць дзесяткі і сотні вакцын, якія дазваляюць перамагаць мноства хвароб, нават тыя, што раней цэлымі эпідэміямі выносілі тысячы жыццяў людзей і жывёл.

Таму сучасная навука біялогія - гэта бязмежныя магчымасці чалавецтва ў многіх галінах навукі, прамысловасці і захаванні здароўя.

Класіфікацыя біялагічных навук

Аднымі з самых першых з'явіліся прыватныя раздзелы навукі біялогіі. Такія, як батаніка, заалогія, анатомія і сістэматыка. Пазней сталі фармавацца больш залежныя ад тэхнічнага аснашчэння дысцыпліны - мікрабіялогія, вірусалогія, фізіялогія і гэтак далей.

Існуе шэраг маладых і прагрэсіўных навук, якія сфармаваліся толькі ў XX-XXI стагоддзі і якія граюць вялікую ролю ў сучасным развіцці біялогіі.

Існуе не адна, а некалькі класіфікацый, па якіх можна ранжыраваць біялагічныя навукі. Спіс іх даволі вялікі ва ўсіх выпадках, разгледзім адну з іх.

Такім чынам, мы пастараліся ахапіць асноўнае разнастайнасць, якое ўяўляюць сабой біялагічныя навукі. Спіс гэты з развіццём тэхнікі і метадаў вывучэння пашыраецца, папаўняецца. Таму адзінай класіфікацыі біялогіі не існуе на сённяшні дзень.

Прагрэсіўныя бионауки і іх значэнне

Да самым маладым, сучасным і прагрэсіўным навуках біялогіі адносяцца такія, як:

• біятэхналогія;
• малекулярная біялогія;
• касмічная біялогія;
• біяфізіка;
• біяхімія.

Кожная з гэтых навук сфармавалася не раней XX стагоддзя, а таму па праве лічыцца малады, інтэнсіўна развіваецца і найбольш значнай для практычнай дзейнасці чалавека.

Спынімся на такі з іх, як біяфізіка. Гэта навука, якая з'явілася прыблізна ў 1945 годзе і якая стала важнай часткай усёй біялагічнай сістэмы.

Што такое біяфізіка?

Каб адказаць на гэтае пытанне, у першую чаргу варта паказаць на яе цесны кантакт з хіміяй і біялогіяй. У некаторых пытаннях мяжы паміж гэтымі навукамі настолькі цесныя, што складана разабраць, якая з іх канкрэтна задзейнічана і ў прыярытэце. Таму разглядаць біяфізікі варта як комплексную навуку, якая вывучае глыбокія фізічныя і хімічныя працэсы, якія адбываюцца ў жывых сістэмах на ўзроўні як малекул, клетак, органаў, так і на ўзроўні біясферы ў цэлым.

Як і любая іншая, біяфізіка - навука, якая мае свой аб'ект вывучэння, мэты і задачы, а таксама годныя і значныя вынікі. Акрамя таго, гэтая дысцыпліна шчыльна карэлюе з некалькімі новымі напрамкамі.

аб'екты даследаванні

Імі для біяфізікі з'яўляюцца биосистемы на розных арганізацыйных узроўнях.

1. Мікраарганізмы (бактэрыі, вірусы, аднаклетачныя грыбы і багавінне).
2. Найпростыя жывёлы.
3. Асобныя клеткі і іх структурныя часткі (арганэл).
4. Расліны.
5. Жывёлы (у тым ліку чалавек).
6. Экалагічныя супольнасці.

Гэта значыць біяфізіка - гэта даследаванне жывога з пункту гледжання фізічных працэсаў, у ім адбываюцца.

задачы навукі

Першапачаткова задачы біяфізікаў былі ў тым, каб даказаць наяўнасць фізічных працэсаў і з'яў у жыццядзейнасці жывых істот і вывучыць іх, высветліўшы прыроду і значэнне.

Сучасныя задачы дадзенай навукі можна сфармуляваць так:

1. Вывучыць структуру генаў і механізмы, якія суправаджаюць іх перадачу і захоўванне, перайначванне (мутацыі).
2. Разгледзець многія аспекты клеткавай біялогіі (узаемадзеянне клетак адзін з адным, храмасомныя і генетычныя ўзаемадзеяння і іншыя працэсы).
3. Вывучыць у комплексе з малекулярнай біялёгіяй малекулы палімераў (бялкоў, нуклеінавых кіслот, поліцукрыдаў).
4. Выявіць уплыў космогеофизических фактараў на працягу ўсіх фізічных і хімічных працэсаў у жывых арганізмах.
5. Больш глыбока выявіць механізмы фотабіялогіі (фотасінтэз, фотопериодизм і гэтак далей).
6. Укараніць і распрацаваць метады матэматычнага мадэлявання.
7. Прымяніць вынікі нанатэхналогіі для вывучэння жывых сістэм.

З гэтага спісу відавочна, што біяфізіка вывучае вельмі шмат значных і сур'ёзных праблем сучаснага грамадства, і вынікі дзейнасці гэтай навукі маюць важнае значэнне для чалавека і яго жыцця.

Гісторыя фарміравання

Як навука біяфізіка зарадзілася параўнальна нядаўна - у 1945 годзе, калі Эрвін Шредингер выдаў сваю працу "Што такое жыццё з пункту гледжання фізікі". Менавіта ён першым заўважыў і пазначыў, што многія законы фізікі (тэрмадынамічныя, законы квантавай механікі) маюць месца быць менавіта ў жыццядзейнасці і працы арганізмаў жывых істот.

Дзякуючы працам гэтага чалавека навука біяфізіка пачала сваё інтэнсіўнае развіццё. Аднак яшчэ раней, у 1922 годзе, у Расіі ствараецца інстытут біяфізікі, якім кіруе П. П. Лазараў. Там асноўную ролю адводзяць вывучэнню прыроды ўзбуджэння ў тканінах і органах. Вынікам стала выяўленне значэнне іёнаў у гэтым працэсе.

Далей шэраг адкрыццяў розных навукоўцаў дазваляе зразумець, што біяфізіка - гэта поўная, ёмістая і комплексная навука, неабходная для разумення ўсіх працэсаў, якія адбываюцца ў жывых сістэмах.

1. Гальвани адкрывае электрычнасць і яго значэнне для жывых тканін (биоэлектричество).
2. А. Л. Чыжэўскі - бацька некалькіх дысцыплін, якія вывучаюць уплыў космасу на біясферу, а таксама іянізацыйных выпраменьванне і электрогемодинамику.
3. Падрабязная структура бялковых малекул была вывучана толькі пасля адкрыцця метаду РСА (рэнтгена-структурнага аналізу). Гэта было зроблена навукоўцамі Перуц і Кендра (1962 год).
4. У гэтым жа годзе адкрыта трохмерная структура ДНК (Морыс Уилкинс).
5. Неэр і Закман ў 1991 годзе здолелі распрацаваць метад лакальнай фіксацыі электрычнага патэнцыялу.

Таксама шэраг іншых адкрыццяў дазволіў навуцы біяфізіцы ўстаць на шлях інтэнсіўнага і прагрэсіўнай мадэрнізацыі ў развіцці і станаўленні.

раздзелы біяфізікі

Існуе цэлы шэраг дысцыплін, якія складаюць гэтую навуку. Разгледзім самыя асноўныя з іх.

1. Біяфізіка складаных сістэм - разглядае ўсе складаныя механізмы самарэгуляцыі мнагаклетачных арганізмаў (системогенез, морфогенез, синергогенез). Таксама дадзенай дысцыплінай вывучаюцца асаблівасці фізічнай складнікам працэсаў антагенезу і эвалюцыйнага развіцця, узроўняў арганізацыі арганізмаў.
2. Біяакустыкі і біяфізіка сэнсарных сістэм - вывучае сэнсарныя сістэмы жывых арганізмаў (зрок, слых, рэцэпцыя, гаворка і іншыя), спосабы трансляцыі розных сігналаў. Выяўляе механізмы пераўтварэння энергіі пры ўспрыманні арганізмамі знешніх уздзеянняў (раздражненняў).
3. Тэарэтычная біяфізіка - уключае шэраг поднаук, якія займаюцца вывучэннем тэрмадынамікі біялагічных працэсаў, пабудовай матэматычных мадэляў структурных частак арганізмаў. Таксама разглядае кінэтычныя працэсы.
4. Малекулярная біяфізіка - разглядае глыбокія механізмы структурнай арганізацыі і функцыянавання такіх біяпалімераў, як ДНК, РНК, вавёркі, поліцукрыды. Займаецца пабудовай мадэляў і графічных малюнкаў гэтых малекул, прагназуе паводзіны і фарміраванне іх у жывых сістэмах. Таксама дадзеная дысцыпліна будуе надмолекулярные і субмолекулярные сістэмы з мэтай вызначэння механізму пабудовы і дзеянні біяпалімераў ў жывых сістэмах.
5. Біяфізіка клеткі. Вывучае самыя важныя клеткавыя працэсы: дыферэнцыявання, дзяленне, ўзбуджэнне і біяпатэнцыялаў мембраннай структуры. Асаблівая ўвага надаецца механізмам мембраннага транспарту рэчываў, рознасці патэнцыялаў, уласцівасцях і структуры мембраны і навакольных яе частак.
6. Біяфізіка метабалізму. Асноўныя разгляданыя працэсы: фотасінтэз, салярызацыя і адаптацыя да яе арганізмаў, гемадынамікі, цепларэгуляцыю, метабалізм, уплыў іянізацыйных прамянёў.
7. Прыкладная біяфізіка. Складаецца з некалькіх дысцыплін: біяінфарматыкі, біяметрыя, біямеханіка, даследаванне эвалюцыйных працэсаў і антагенезу, паталагічная (медыцынская) біяфізіка. Аб'екты вывучэння прыкладной біяфізікі - апорна-рухальны апарат, спосабы руху, спосабы распазнавання людзей па фізічных рысах. Асаблівай увагі заслугоўвае медыцынская біяфізіка. Яна разглядае паталагічныя працэсы ў арганізмах, спосабы рэканструкцыі пашкоджаных участкаў малекул або структур або іх кампенсацыю. Дае матэрыял для біятэхналогіі. Мае вялікае значэнне ў папярэджанні развіцця захворванняў, асабліва генетычнага характару, іх ліквідацыі і тлумачэнні механізмаў ўздзеяння.
8. Біяфізіка асяроддзя пражывання - вывучае фізічнае ўздзеянне як мясцовых асяроддзяў пражывання істот, так і ўплыў блізкіх і далёкіх суб'ектаў касмічнай прасторы. Таксама разглядае біярытмы, уплыў умоў надвор'я і біепалёў на істоты. Распрацоўвае прыёмы мерапрыемстваў па прафiлактыцы негатыўных уздзеянняў умоў асяроддзя пражывання.

Усе гэтыя дысцыпліны ўносяць каласальны ўклад у развіццё разумення механізмаў жыццядзейнасці жывых сістэм, ўплыву на іх біясферы і розных умоў.

сучасныя дасягненні

Можна назваць некалькі самых значных падзей, якія адносяцца да дасягненняў біяфізікі:

• выкрытыя механізмы кланавання арганізмаў;
• вывучаны асаблівасці ператварэнняў і ролі вокісу азоту ў жывых сістэмах;
• ўстаноўлена ўзаемасувязь малых і матрычных РНК, што ў будучыні дазволіць знайсці вырашэнне многіх медыцынскіх праблем (ліквідацыі захворванняў);
• адкрыта фізічная прырода автоволн;
• дзякуючы працам малекулярных біяфізікаў вывучаны аспекты сінтэзу і рэплікацыі ДНК, што пацягнула за сабой магчымасць стварэння цэлага шэрагу новых лекаў ад сур'ёзных і складаных захворванняў;
• створаны кампутарныя мадэлі ўсіх рэакцый, якія суправаджаюць працэс фотасінтэзу;
• распрацаваны метады ультрагукавога даследавання арганізма;
• ўстаноўлена сувязь паміж космогеофизическими і біяхімічнымі працэсамі;
• прадказана змяненне клімату на планеце;
• адкрыццё значэння фермента урокеназы ў папярэджанні захворванняў трамбозаў і ліквідацыі наступстваў пасля інсультаў;
• таксама зроблены шэраг адкрыццяў па структуры бялку, крывяноснай сістэме і іншых частках арганізма.

Інстытут біяфізікі ў Расіі

У нашай краіне існуе Маскоўскі дзяржаўны універсітэт ім. М. В. Ламаносава. На базе гэтай навучальнай установы дзейнічае факультэт біяфізікі. Менавіта ён ажыццяўляе падрыхтоўку кваліфікаваных спецыялістаў для працы ў гэтай галіне.

Вельмі важна даць якасны старт будучым прафесіяналам. Іх чакае складаная праца. Біяфізік абавязаны разбірацца ва ўсіх тонкасцях працэсаў, якія адбываюцца ў жывых істотах. Акрамя таго, студэнты павінны разбірацца і ў фізіцы. Бо гэта комплексная навука - біяфізіка. Лекцыі будуюцца такім чынам, каб ахапіць усё дысцыпліны, звязаныя і складнікі біяфізікі, і ахапіць разгляд пытанняў як біялагічнага, так і фізічнага характару.