Смекни!
smekni.com

Історія розвитку біофізики як науки. Класифікація і характеристика основних напрямків біофізики (стр. 3 из 3)

Фізика ферментів стає однією з центральних областей молекулярної біофізики. Її задачі - розробка експериментальних і теоретичних методів дослідження ферментів і ферментативних процесів, розкриття фізичних і фізико-хімічних механізмів ферментативного каталізу. Проблеми молекулярної кінетики в біофізиці широкі і різноманітні - це й активний транспорт, і іонний обмін, і механо-хімічні процеси.

Виникнення молекулярної біофізики зв'язане з розвитком молекулярної біології. Це — нова область біофізики, про існування якої ще не можна було говорити кілька десятиліть тому назад.

Біофізика клітки - умовне найменування самої старої, традиційної області біофізики. Це — фізика вичленованих процесів у живому організмі, що контактує з фізіологією. Вичленовування означає уявний (і експериментальний) розривши зв'язків цих процесів з єдиною живою системою — прийом, зовсім необхідний на визначеному рівні дослідження. Можна вказати три найбільш розвиті області біофізики клітки — біофізика скорочувальних систем (насамперед біофізика м'язової діяльності), біофізика нервової провідності і біофізика органів почуттів. Уже Гельмгольц піддав ряд стосовних сюди проблем строгому фізико-хімічному аналізу. Сєченов говорив, що фізіологія є фізико-хімія живого організму.

Фізіологія здавна застосовує фізичні методи. На цій підставі ряд фізіологічних досліджень найчастіше ототожнюється з біофізичними. У силу сказаного вище таке ототожнення незаконне, поки розв'язувана задача формулюється як фізіологічна, а не фізична. Так, вивчення польоту комах, кількісна реєстрація нервових імпульсів, змах крил і т.д. залишається чисто фізіологічним, поки не поставлена задача з'ясування механізму відповідного автоколивного процесу.

Вичленовування об'єкта дослідження з організму — чи м'яза нервового аксона — дозволяє установити основні закономірності, що зберігають своє значення й у цілісній системі. Кальмар Loligo, з якого витягнутий аксон, мертвий, але, вивчаючи цей аксон, можна зрозуміти процеси, що протікають у живому кальмарі і, у кінцевому рахунку, в організмі будь-якої тварини.

Сьогодні біофізика клітки стуляється з молекулярною біофізикою. Знання надмолекулярної і молекулярної структур м'яза, нерва і т.д. є необхідним для молекулярного тлумачення відповідних процесів. Проблеми біофізики клітки значно складніше проблем молекулярної біофізики, тому що вони відносяться до вивчення гетерогенних надмолекулярних систем, а не окремих молекул і їхніх взаємодій.

Сучасна біофізика складних систем присвячена дослідженню фізичних основ поводження організму чи деякої його функціональної підсистеми як цілого. Тут на перший план виступають ті особливості, від яких практично цілком відволікається молекулярна біофізика і майже цілком — біофізика клітки. Це — властивості організму як відкритої системи, саморегуляція і самовідтворення. Складною системою в цьому змісті є не тільки організм, але і популяція, і біогеоценоз, і біосфера в цілому. Біофізика складних систем поєднується з теоретичною біологією.

Центральна проблема теоретичної біології і біофізики складних систем - проблема розвитку (філогенезу й онтогенезу). Диференціація кліток, виникнення складного організму з зиготи ставлять перед наукою безліч невирішених питань. Їхнє рішення буде мати величезне теоретичне і практичне значення (проблема раку!).

Методи дослідження в біофізиці складних систем специфічні. Сьогодні вони складаються в експериментальному і теоретичному моделюванні, у розробці адекватного математичного апарата, що дозволяє інтерпретувати складні явища регуляції, і т.д. Складна біологічна система вивчається в її динаміці, у взаєминах з навколишнім середовищем. Така система існує, зберігаючи, нерівновагий стаціонарний стан чи необоротне змінюючись. Треба думати, що дослідження періодичних процесів, вивчення "біологічних годин" може дуже допомогти розумінню внутрішніх зв'язків у складній системі. Вважаючи деякий радіоелектронний пристрій чорною шухлядою, ми випробуємо його в різних коливальних режимах і в результаті розкриваємо його внутрішню структуру.

Таким чином, сьогодні біофізика складних систем - феноменологічна область фізики, що широко застосовує представлення кібернетики, математичне моделювання.

Співвідношення між біофізикою складних систем і інших розділів біофізики, охарактеризованими вище, подібно співвідношенню між феноменологічною термодинамікою і молекулярною фізикою. В основі поводження складної біологічної системи лежать властивості біологічних молекул і утворених ними структур. Подальший розвиток біофізики повинен привести до її інтеграції — до загального молекулярного тлумачення властивостей таких систем. Уже сьогодні ми говоримо про молекулярні основи еволюції. Однак ряд біологічних явищ виникає тільки на рівні складної системи. Так, вища нервова діяльність, в основі якої лежать молекулярні процеси, реалізується лише в складній системі.

Про можливість молекулярного тлумачення поводження подібних систем уже свідчать деякі результати дослідження молекулярних регуляторних систем, наприклад, оперона в молекулярній генетиці чи біохімічних реакцій, каталізуємих алостеричними ферментами. Очевидно, що необхідно саме загальне молекулярне тлумачення складної системи і її поводження. Опис і пояснення її конкретного функціонування, природно, повинне вироблятися на основі фізико-математичного моделювання, кібернетики, теорії регулювання. Так, знаючи електронні основи роботи транзистора, ми не прибігаємо до квантової теорії твердого тіла при розрахунку радіоелектронних схем.

Ми бачимо, що біофізика сама є складною системою знань. Як і фізика неживої природи, вона містить феноменологічні й атомно-молекулярні розділи.

У літературі приходиться зустрічатися з однобічним визначенням змісту біофізики. Біофізика ототожнюється з фізичною хімією, з фізіологією, з теорією складних систем. Сьогодні гостро відчувається необхідність побудови біофізики як невід'ємної частини фізики.

Треба сказати кілька слів про радіобіологію. Вплив короткохвильової радіації на організм, клітки, надмолекулярні біологічні структури і біологічні молекули підлягають фізичному тлумаченню. Однак радіобіологія вивчає життя в аномальних умовах (якщо відвернутися від тла космічної радіації). Це — спеціальна область, що надзвичайно розвилася за останні десятиліття унаслідок величезного її практичного значення, зокрема медичного. У кінцевому рахунку, обґрунтування біофізики варто шукати в атомно-молекулярній структурі і функціональності. Побудова і стрімкий розвиток молекулярної біології, що відбувалося в тісному зв'язку з фізикою, привели до того, що молекулярна біофізика стала сьогодні добре розробленою областю науки. На основі молекулярної біофізики повинна будуватися фізика надмолекулярних систем, фізика процесів розвитку, фізика життя в цілому.