Биофизика

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Перейти к: навигация, поиск

Биофи́зика (от др.-греч. βiοsжизнь, др.-греч. φύσιςприрода):

  • раздел физики и современной 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.

Проведение биофизических исследований требует знаний физики, биологии, химии и медицины.

Разделы биофизики[править]

Согласно номенклатуре ЮНЕСКО в биофизике выделяются разделы[1]:

  • 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[2]. 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.
  • Биофизика коммуникаций и сенсорная биофизика:
    • 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.
  • Теоретическая биофизика:
    • 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;
  • Молекулярная биофизика:
    • 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 клетки и клеточных процессов:
    • биофизика мембранных процессов:
      • свойства и структура биологических мембран и их частей;
      • механизмы транспорта через биомембраны;
  • Биофизика метаболизма
    • Биофизика фотобиологических процессов:
    • основы фотосинтеза, структуры и функции (механизмы) фотосинтеза;
      • воздействия внешних источников света на живые системы и адаптация к соляризации;
    • радиационная биофизика - влияния ионизирующего излучения на организм;
    • массоперенос, теплорегуляция и системные реакции в метаболических процессах организма.
  • Прикладная биофизика:
    • биоинформатика: хотя не является собственным разделом биофизики, но очень тесно связана с ней;
    • биометрия;
    • биомеханика: 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);
    • оптимизация биофизических условий сред продуктивности и качества процессов в биотехнологиях.
  • Биофизика среды обитания:
    • 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 астрофизицеское влияния 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).

Биофизика сложных систем[править]

Системогенез биосистем субклеточного, клеточно-тканевого, органного, организменного уровня, семья, группы, биоценоз, биосфера. Наблюдение, изучение (натурное моделирование, биопрепараты), моделирование (натурное, аналоговое, математическое) поведение систем. Наиболее известна модель клеточных автоматов[1].


Системогенез рассматривают: первичный системогенез, включая сложные межклеточные взаимодействия (стволовые клетки проходят стадию профилерации по месту замещения повреждений ткани); морфогенез - формитрование тканей и органов; соматогенез - телесный системогенез с функциями органов и систем на уровне организма.

Молекулярная биофизика[править]

Физические и структурные основы организации и функционирования биополимеров и надмолекулярных систем.

Клеточные мембраны[править]

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Клеточные мембраны
Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Мембранный транспорт

Фотобиологические процессы[править]

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Фотобиология

Биоэнергетика клетки[править]

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Митохондрия
Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: АТФ

История исследований[править]

Можно сказать что у истоков биофизики как науки стояла работа Эрвина Шрёдингера «Что такое жизнь с точки зрения физики» (1945), где рассматривалось несколько важнейших проблем, таких как термодинамические основы жизни, общие структурные особенности живых организмов, соответствие биологических явлений законам квантовой механики и др.

Россия[править]

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[3].

Современные направления исследований[править]

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.

Примечания[править]

  1. Ошибка цитирования Неверный тег <ref>; для сносок UNESCO не указан текст
  2. По материалам: Рубин А. Б. Биофизика (учебник) в 2-х т.т. — М., 2002. C. 6.
  3. Горелик Г. Е. Москва, физика, 1937 год.

Ссылки[править]