000

Біофізика

 Біологія і медицина не є точними науками, тому що точно описати властивості та закономірності життєдіяльності живого організму неможливо. Впродовж багатьох століть біологія була описовою наукою і практично не пояснювала причин більшості явищ, які відбуваються в організмі. Використання біологами фізики та хімії зробило можливим дослідження основ життя на молекулярному рівні. Взаємопроникнення наукових досягнень хімії, біології, фізики призвело до народження біофізики.

З погляду історії науки, біофізичні думки з’явилися ще на ранніх стадіях розвитку філософських міркувань. Наприклад, у V ст. до н.е. Геракліт використовував різні теорії пояснень механічних процесів у живій природі для розуміння їх динаміки. В епоху ренесансу Леонардо да Вінчі (1452-1519) досліджував механічні принципи польоту птахів, використовуючи отриману інформацію для технічного проектування. Подібні дослідження розглядаються сьогодні як біоніка. Комплексні характеристики біомеханічних функцій (рухливість кінцівок, політ птахів, плавання і т.п.) представлені в книзі А. Бореллі (1608-1679) “Demotuanimalium”, опублікованої в Римі у 1680 році. Бореллі заснував школу в Пізі, у якій людське тіло сприймалося як механічна машина з намаганням робити медичні висновки з таких уявлень. Експеримент з жабою, продемонстрований Луї Гальвані (1737-1798), засвідчив взаємозв’язок фізики електрики з явищами електрофізіології.

Водночас медичні дослідження сприяли відкриттю Майєром (1814-1878) першого закону термодинаміки, а дослідження Т. Юнга (1773-1829), пізніше Г. Гельмгольца (1821-1894) - встановленню оптичних аспектів у вивченні людського ока і теорії слуху. Ці дослідження стали першою біологічною платформою для біофізики.

Термін «біофізика» вперше був використаний Карлом Пірсоном у книзі «Thegrammarofscience» в 1892 році.

Вирішальний імпульс для біофізичних досліджень надало відкриття Х-променів та їх використання в медицині, що стало можливим внаслідок кооперації між фізиками, біологами і медиками, і призвело до виникнення радіаційної біофізики, яка не тільки відкрила нові можливості медичної діагностики та терапії, а й зробила основний внесок у розвиток сучасної молекулярної біології.

У 50-х та 60-х роках ХХ століття почався інтенсивний розвиток біокібернетики та біоніки, предметами досліджень яких є комунікації між людиною та машинами, а також регуляція і контроль біологічних систем.

Медична та біологічна фізика є складною міждисциплінарною ділянкою знань, двома ортогональними ознаками якої є об’єкти дослідження (молекули, клітини, складні системи) і методи досліджень (експериментальний, теоретичний і математичний). Дев’ять елементів цієї матриці створюють сьогоднішню структуру біофізичної науки – від математичної фізики складних систем до експериментальної молекулярної біофізики.

Біологічні питання, що представляють інтерес для біофізики настільки ж різноманітні, як організмів у біології:

• Як молекули ДНК можуть точно відтворити себе під час клітинного поділу?

• Як РНК виконують дуже складні операції, коли вони складаються з чотирьох хімічно подібних нуклеотидів?

• Як звукові хвилі, або фотони, або запахи, або ароматизатори, виявлені органами чуття перетворюються в електричні імпульси, які забезпечують мозок інформацією про зовнішній світ?

• Як м'язові клітини конвертують хімічну енергію гідролізу АТФ на механічну силу і рух?

• Як працюють клітинні мембрани?

Цей короткий огляд історії розвитку біофізики дозволяє нам зробити висновки про її природу і доречність: біофізика є новим відгалуженням міждисциплінарної науки, і дійсно, біофізичні питання завжди задавалися в історії науки. Біофізика пов’язана з усіма рівнями біологічної організації, від молекулярних процесів до екологічних явищ, а звідси з усіма напрямками біологічної та медичної наук, включаючи біохімію, фізіологію, цитологію, морфологію, генетику, екологію та ін.