План
1.Визначення біофізики як науки.
2.Розвиток і становлення біофізики як науки
3.Основні розділи біофізики
4.Завдання біофізики як фундаментальної і прикладної науки на сучасному етапі.
1. Визначеннябіофізики як науки
Біофізика як наука почала формуватися ще в XIX столітті.Багато фізіологи того періоду вже працювали над питаннями, які в данийчас є об'єктами біофізичного дослідження. Піонером у цій областіє видатний російський фізіолог І.М. Сєченов. Вивчаючи динаміку дихальногопроцесу за допомогою методів фізичної хімії та використовую певнийматематичний апарат він встановив кількісні закони розчинності газів вбіологічних рідинах. За його пропозицією така область дослідження сталаіменуватися молекулярної фізіологією. Інший дослідник, відомий німецькийфізик Гемгольц (H. Hemholz), розробляючи проблеми термодинаміки, вживаєспробу використання цих законів для розуміння енергетики живих систем.Вивчаючи роботу органів зору, він вперше визначив швидкість проведеннязбудження по нерву.
У формуванні біофізики як біологічної наукивидатну роль зіграли дослідження К.А. Тімірязєва в області фотосинтезу,які з'явилися початком становлення фотобіофізікі.
Таким чином, біофізика це наука про найбільш простих іфундаментальних взаємодіях, що лежать в основі біологічних явищ.
Теоретичне побудова та моделі біофізики засновані нафізичних поняттях енергії, сили, типів взаємодії, на загальних поняттяхфізичної та формальної кінетики, термодинаміки, теорії інформації. Ці поняттявідображають природу основних взаємодій і законів руху матерії, що, яквідомо, становить предмет фізики - як фундаментальної природничої науки. Вцентрі уваги біофізики як біологічної науки лежать біологічні процесиі явища. Основна тенденція сучасної біофізики - проникнення на саміглибокі, елементарні рівні, складові молекулярну основу структурноїорганізації живого.
2. Розвиток істановлення біофізики як науки
Розвиток і становлення біофізики як прикордонної наукипроходило ряд стадій. Вже на початкових етапах біофізика була тісно пов'язана зідеями та методами фізики, хімії, фізичної хімії та математики.
Проникнення і застосування законів фізики для описурізних закономірності живої природи зустріло цілий ряд труднощів.
Ще в минулому столітті робилися спроби використовувати методиі теорії фізики для вивчення та розуміння природи біологічних явищ. Причомудослідники розглядали живі тканини і клітини як фізичні системи і невраховували того факту, що основну роль в цих системах грає хімія. Саметому спроби вирішувати завдання оцінки властивостей біологічного об'єкта з чистофізичних позицій носили наївний характер.
Основним методом цього напрямку були пошукианалогій.
Біологічні явища, подібні з явищами сутофізичними трактувалися, відповідно, як фізичні.
Наприклад ефект м'язового скорочення пояснювали поаналогією з п'єзоелектричним ефектом, на підставі тільки того факту, що принакладення потенціалу на кристал відбувалася зміна довжини кристала,приблизно так само як відбувалася зміна довжини м'яза при скороченні. Зростанняклітин вважали аналогічним зростанню кристала. Клітинний розподіл розглядали якявище, зумовлене лише поверхнево-активними властивостями зовнішніх шарівпротоплазми. Амебоідная рух клітин уподібнювалося зміни поверхневогонатягу і, відповідно, його моделювали рухом ртутної краплі врозчині кислоти.
Навіть значно пізніше, в двадцяті роки нашогосторіччя, детально розглядали і вивчали модель нервового проведення нааналізі поведінки так званої моделі Лілі. Ця модель являла собоюзалізну дріт, яка поринала в розчин кислоти і покривалася прицьому плівкою окису. При нанесенні на поверхню подряпини окис руйнувалася, апотім відновлювалася, але одночасно руйнувалася в сусідній ділянці і такдалі. Іншими словами, вийшло поширення хвилі руйнування івідновлення, дуже схоже на поширення хвилі електронегативностівиникає при подразненні нерва.
Виникнення і розвиток у фізиці квантової теоріїпризвело до спроби пояснити дію променистої енергії на біологічні об'єктиз позиції статистичної фізики. У цей час з'являється формальна теорія,яка пояснювала променеве ураження як результат випадкового потрапляння кванта(Або ядерної частинки) в особливо вразливі клітинні структури. При цьому абсолютноупускалися з виду ті конкретні фотохімічні реакції і наступніхімічні процеси, яке визначають розвиток променевого ураження в часі.
Ще порівняно недавно на підставі формальногоподібності закономірностей електропровідності живих тканин і електропровідностіпровідників напівпровідників намагалися застосувати теорію напівпровідників дляпояснення структурних особливостей цілих клітин.
Це напрямок, що базується на моделях і аналогіях,хоча і може залучити до роботи досить досконалий математичний апарат, наврядЧи наблизить біологів до розуміння сутності біологічних процесів. Спробивикористання чисто фізичних уявлень для розуміння біологічнихявищ і природи живої матерії дали велика кількість спекулятивних теорій іясно показали, що прямий шлях фізики в біологію не продуктивний, так як живіорганізми стоять незрівнянно ближче до хімічних системам, ніж до фізичних.
Значно більш плідним виявилося упровадженняфізики в хімію. Застосування фізичних уявлень відіграло велику роль урозумінні механізмів хімічних процесів. Виникнення фізичної хіміїзіграло революційну роль. На основі тісного контакту фізики і хімії виниклисучасна хімічна кінетика і хімія полімерів. Деякі розділи фізичноїхімії, в яких фізика одержала домінуюче значення, стали називатисяхімічною фізикою.
Саме з виникненням фізичної хімії пов'язанерозвиток біофізики.
Багато важливих для біології представлення прийшли в неї зфізичної хімії. Досить нагадати, що застосування фізико-хімічної теоріїрозчинів електролітів до біологічним процесам, привело до уявлення проважливої вЂ‹вЂ‹ролі іонів в основних процесах життєдіяльності.
З розвитком фізичної та колоїдної хімії розширюєтьсяфронт робіт в області біофізики розширюється. З'являються спроби пояснити зцих позицій механізми реагування організму на зовнішні впливи. Так більшуроль у розвитку біофізики зіграла школа Леба (J. Loeb 1906 р). У роботі Лебабули виявлені фізико-хімічні основи явищ партеногенезу і запліднення.Конкретну фізико-хімічну інтерпретацію отримало явище антагонізму іонів.
Пізніше з'явилися класичні дослідження Шаде (H.Schde) про роль іонних і колоїдних процесів в патології запалення. Цідослідження завершуються фундаментальною працею В«Фізична хімія у внутрішніймедицині В», які видається в Росії в 1911-1912 рр..
Перша світова війна припинила розвиток біофізикияк науки.
Але вже в 1922 році в СРСР відкривається В«Інститутбіофізики В», яким керує П.П. Лазарєв. Тут він розробляє іоннутеорію збудження, яка в цей же час розробляється і Нернстом Буловстановлено, що в явищах збудження і проведення вирішальна роль належитьсаме іонам.
С.І. Вавилов займається питаннями граничноїчутливості ока. В.Ю. Чаговець розробляє іонну теорію виникненнябіопотенціалів, Н.К. Кольцов обгрунтовує роль поверхневого натягу, іоніві рН у морфогенезі.
Школа Кольцова зіграла значну роль у розвитку біофізикив СРСР. Його учні широко розробляли питання впливу фізико-хімічнихфакторів зовнішнього середовища на клітини і їх структури.
Дещо пізніше (1934) Родіонов С.Р. і Франк Г.М.відкрили явище фотореактивації, Завойський (1944) метод електронногопарамагнітного резонансу.
Основний підсумок початкового періоду розвитку біофізики -це висновок про принципову можливість використання в області біології основнихзаконів фізики як фундаментальної природничої науки про закони рухуматерії.
Важливе общеметодического наукове значення для розвиткурізних областей біології мають отримані в цей період експериментальнідокази закону збереження енергії (перший закон тер...
