Биофизика

Биофи́зика (от др.-греч. βiοs — жизнь, др.-греч. φύσις — природа):

• 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

Согласно номенклатуре ЮНЕСКО в биофизике выделяются разделы:

• 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. 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

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

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

История исследований

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

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.

Современные направления исследований

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.

Ссылки

• Нечипоренко Ю. Достижения современной биофизики — немного истории и достижения современной биофизики.