Հետաքրքիր և կարևոր թեմաներ կենսաֆիզիկայում. Մարդու մարմնի ֆիզիոլոգիա և կենսաֆիզիկա. Գործողությունների ներուժի և գրգռվածության փուլերի հարաբերակցությունը

Ամենահին գիտություններից մեկը, իհարկե, կենսաբանությունն է։ Մարդկանց հետաքրքրությունը իրենց և շրջակա էակների մեջ տեղի ունեցող գործընթացների նկատմամբ առաջացել է մեր դարաշրջանից մի քանի հազար տարի առաջ:

Կենդանիների, բույսերի, բնական պրոցեսների դիտարկումը մարդկանց կյանքի կարևոր մասն էր։ Ժամանակի ընթացքում շատ գիտելիքներ են կուտակվել, կատարելագործվել ու մշակվել են վայրի բնության ուսումնասիրության մեթոդները և նրանում առաջացող մեխանիզմները։ Սա հանգեցրեց բազմաթիվ բաժինների առաջացմանը, որոնք ընդհանուր առմամբ կազմում են բարդ գիտություն:

Կենսաբանական հետազոտությունները կյանքի տարբեր ոլորտներում հնարավորություն են տալիս ձեռք բերել նոր արժեքավոր տվյալներ, որոնք կարևոր են մոլորակի կենսազանգվածի կառուցվածքը հասկանալու համար։ Օգտագործեք այս գիտելիքները գործնական մարդկային նպատակների համար (տիեզերքի հետախուզում, բժշկություն, գյուղատնտեսություն, քիմիական արդյունաբերություն և այլն):

Բազմաթիվ հայտնագործություններ թույլ տվեցին կենսաբանական հետազոտություններ կատարել բոլոր կենդանի համակարգերի ներքին կառուցվածքի և գործունեության ոլորտում: Ուսումնասիրվել է օրգանիզմների մոլեկուլային կազմը, նրանց միկրոկառուցվածքը, մարդկանց և կենդանիների, բույսերի գենոմից առանձնացվել և ուսումնասիրվել են բազմաթիվ գեներ։ Կենսատեխնոլոգիայի արժանիքները բջջային են և թույլ են տալիս սեզոնին ստանալ բույսերի մի քանի բերք, ինչպես նաև բուծել կենդանիների ցեղատեսակներ, որոնք տալիս են ավելի շատ միս, կաթ և ձու:

Միկրոօրգանիզմների ուսումնասիրությունը հնարավորություն տվեց ձեռք բերել հակաբիոտիկներ և ստեղծել տասնյակ ու հարյուրավոր պատվաստանյութեր, որոնք թույլ են տալիս հաղթահարել բազմաթիվ հիվանդություններ, նույնիսկ նրանք, որոնք նախկինում հազարավոր կյանքեր էին խլում մարդկանց և կենդանիների համաճարակների ժամանակ:

Հետևաբար, կենսաբանության ժամանակակից գիտությունը մարդկության անսահման հնարավորություններն են գիտության, արդյունաբերության և առողջության պահպանման բազմաթիվ ճյուղերում:

Կենսաբանական գիտությունների դասակարգում

Կենսաբանության գիտության առաջին իսկ հայտնված մասնավոր բաժիններից մեկը: Ինչպիսիք են բուսաբանությունը, կենդանաբանությունը, անատոմիան և տաքսոնոմիան: Հետագայում սկսեցին ձևավորվել տեխնիկական սարքավորումներից ավելի կախված առարկաներ՝ մանրէաբանություն, վիրուսաբանություն, ֆիզիոլոգիա և այլն։

Կան մի շարք երիտասարդ և առաջադեմ գիտություններ, որոնք առաջացել են միայն 20-21-րդ դարերում և կարևոր դեր են խաղում կենսաբանության ժամանակակից զարգացման գործում։

Կա ոչ թե մեկ, այլ մի քանի դասակարգում, որոնցով կարելի է դասակարգել կենսաբանական գիտությունները։ Նրանց ցանկը բոլոր դեպքերում բավականին տպավորիչ է, դիտարկենք դրանցից մեկը։

Կենսաբանություն	Մասնավոր գիտություններ	Բուսաբանություն	զբաղվում է մոլորակի (ֆլորայի) վրա գոյություն ունեցող բոլոր բույսերի արտաքին և ներքին կառուցվածքի, ֆիզիոլոգիական պրոցեսների, ֆիլոգենեզի և բնության մեջ բաշխվածության ուսումնասիրությամբ։	Ներառում է հետևյալ բաժինները. ալգոլոգիա; դենդրոլոգիա; տաքսոնոմիա; անատոմիա; մորֆոլոգիա; ֆիզիոլոգիա; բրիոլոգիա; պալեոբուսաբանություն; էկոլոգիա; գեոբուսաբանություն; էթնոբուսաբանություն; բույսերի վերարտադրություն.
		Կենդանաբանություն	զբաղվում է մոլորակի վրա գոյություն ունեցող բոլոր կենդանիների (կենդանական աշխարհի) արտաքին և ներքին կառուցվածքի, ֆիզիոլոգիական պրոցեսների, ֆիլոգենեզի և բնության մեջ բաշխվածության ուսումնասիրությամբ։	Առարկաները ներառված են. Կարգավորումներ: տեղագրական անատոմիա; համեմատական; համակարգված; Տարիք; պլաստիկ; ֆունկցիոնալ; փորձարարական.
		Մարդաբանություն	մի շարք առարկաներ, որոնք ուսումնասիրում են մարդու զարգացումն ու ձևավորումը կենսաբանական և սոցիալական միջավայրում համալիրում	Բաժիններ՝ փիլիսոփայական, դատական, կրոնական, ֆիզիկական, սոցիալական, մշակութային, տեսողական։
		Մանրէաբանություն	ուսումնասիրում է ամենափոքր կենդանի օրգանիզմները՝ բակտերիայից մինչև վիրուսներ	Առարկաներ՝ վիրուսաբանություն, մանրէաբանություն, բժշկական մանրէաբանություն, սնկաբանություն, արդյունաբերական, տեխնիկական, գյուղատնտեսական, տիեզերական մանրէաբանություն
		Ընդհանուր գիտություններ	Սիստեմատիկա	Խնդիրները ներառում են մեր մոլորակի ողջ կյանքի դասակարգման հիմքերի մշակումը՝ կենսազանգվածի ցանկացած ներկայացուցչի խիստ դասակարգման և նույնականացման նպատակով։
	Մորֆոլոգիա		բոլոր կենդանի էակների օրգանների արտաքին նշանների, ներքին կառուցվածքի և տեղագրության նկարագրությունը	Բաժիններ՝ բույսեր, կենդանիներ, միկրոօրգանիզմներ, սնկեր
	Ֆիզիոլոգիա		ուսումնասիրում է որոշակի համակարգի, օրգանի կամ մարմնի մի մասի գործունեության առանձնահատկությունները, բոլոր գործընթացների մեխանիզմները, որոնք ապահովում են դրա կենսագործունեությունը.	Բույսեր, կենդանիներ, մարդ, միկրոօրգանիզմներ
	Էկոլոգիա		կենդանի էակների միմյանց, շրջակա միջավայրի և մարդու փոխհարաբերությունների գիտությունը	Երկրաէկոլոգիա, ընդհանուր, սոցիալական, արդյունաբերական
	Գենետիկա		ուսումնասիրում է կենդանի էակների գենոմը, տարբեր պայմանների ազդեցության տակ գծերի ժառանգականության և փոփոխականության մեխանիզմները, ինչպես նաև էվոլյուցիոն փոխակերպումների ժամանակ գենոտիպում տեղի ունեցած պատմական փոփոխությունները։
	կենսաաշխարհագրություն		դիտարկում է մոլորակի վրա կենդանի էակների որոշակի տեսակների վերաբնակեցումն ու բաշխումը
	էվոլյուցիոն վարդապետություն		բացահայտում է մոլորակի վրա մարդու և այլ կենդանի համակարգերի պատմական զարգացման մեխանիզմները։ Նրանց ծագումն ու զարգացումը
	Բարդ գիտություններ, որոնք առաջացել են միմյանց հետ հանգույցում	Կենսաքիմիա	ուսումնասիրում է կենդանի էակների բջիջներում տեղի ունեցող գործընթացները քիմիական տեսանկյունից
		Կենսատեխնոլոգիա	հաշվի է առնում օրգանիզմների, դրանց արտադրանքի և կամ մասերի օգտագործումը մարդու կարիքների համար
		Մոլեկուլային կենսաբանություն	ուսումնասիրում է կենդանի էակների կողմից ժառանգական տեղեկատվության փոխանցման, պահպանման և օգտագործման մեխանիզմները, ինչպես նաև սպիտակուցների, ԴՆԹ-ի և ՌՆԹ-ի գործառույթներն ու նուրբ կառուցվածքը։	Հարակից գիտություններ՝ գենետիկ և բջջային ճարտարագիտություն, մոլեկուլային գենետիկա, բիոինֆորմատիկա, պրոտեոմիկա, գենոմիկա
		Կենսաֆիզիկա	դա գիտություն է, որն ուսումնասիրում է բոլոր հնարավոր ֆիզիկական գործընթացները, որոնք տեղի են ունենում բոլոր կենդանի օրգանիզմներում՝ վիրուսներից մինչև մարդ	Այս կարգապահության բաժինները կքննարկվեն ստորև:

Այսպիսով, մենք փորձել ենք ֆիքսել այն հիմնական բազմազանությունը, որը կենսաբանական գիտություններն են: Տեխնոլոգիաների և ուսումնասիրության մեթոդների զարգացմամբ այս ցանկն ընդլայնվում և համալրվում է։ Ուստի կենսաբանության միասնական դասակարգում այսօր գոյություն չունի:

Պրոգրեսիվ կենսագիտությունները և դրանց նշանակությունը

Կենսաբանության ամենաերիտասարդ, ժամանակակից և առաջադեմ գիտությունները ներառում են.

• կենսատեխնոլոգիա;
• մոլեկուլային կենսաբանություն;
• տիեզերական կենսաբանություն;
• կենսաֆիզիկա;
• կենսաքիմիա։

Այս գիտություններից յուրաքանչյուրը ձևավորվել է ոչ շուտ, քան 20-րդ դարը և, հետևաբար, իրավամբ համարվում է երիտասարդ, ինտենսիվ զարգացող և մարդկային գործնական գործունեության համար առավել նշանակալից:

Եկեք կանգ առնենք դրանցից, ինչպիսին է կենսաֆիզիկան: Սա գիտություն է, որը ի հայտ եկավ մոտ 1945 թվականին և դարձավ ողջ կենսաբանական համակարգի կարևոր մասը։

Ի՞նչ է կենսաֆիզիկան:

Այս հարցին պատասխանելու համար նախ անհրաժեշտ է մատնանշել նրա սերտ կապը քիմիայի և կենսաբանության հետ։ Որոշ հարցերում այս գիտությունների միջև սահմաններն այնքան մոտ են, որ դժվար է պարզել, թե դրանցից որն է հատուկ ներգրավված և առաջնահերթ։ Հետևաբար, արժե կենսաֆիզիկան դիտարկել որպես բարդ գիտություն, որն ուսումնասիրում է կենդանի համակարգերում տեղի ունեցող խորը ֆիզիկական և քիմիական գործընթացները ինչպես մոլեկուլների, բջիջների, օրգանների, այնպես էլ Կենսոլորտի մակարդակով որպես ամբողջություն:

Ինչպես ցանկացած այլ, կենսաֆիզիկան գիտություն է, որն ունի իր ուսումնասիրության առարկան, նպատակներն ու խնդիրները, ինչպես նաև արժանի ու նշանակալի արդյունքներ: Բացի այդ, այս կարգապահությունը սերտորեն փոխկապակցված է մի քանի նոր ուղղությունների հետ:

Ուսումնասիրության առարկաներ

Կենսաֆիզիկայի համար դրանք կենսահամակարգեր են տարբեր կազմակերպչական մակարդակներում:

1. վիրուսներ, միաբջիջ սնկեր և ջրիմուռներ):
2. Ամենապարզ կենդանիները.
3. Առանձին բջիջներ և դրանց կառուցվածքային մասեր (օրգանելներ):
4. Բույսեր.
5. Կենդանիներ (ներառյալ մարդիկ):
6. էկոլոգիական համայնքներ.

Այսինքն՝ կենսաֆիզիկան կենդանիների ուսումնասիրությունն է նրանում տեղի ունեցող ֆիզիկական պրոցեսների տեսանկյունից։

Գիտության խնդիրները

Ի սկզբանե կենսաֆիզիկոսների խնդիրն էր ապացուցել կենդանի էակների կյանքում ֆիզիկական գործընթացների և երևույթների առկայությունը և ուսումնասիրել դրանք՝ պարզելով դրանց բնույթն ու նշանակությունը։

Այս գիտության ժամանակակից խնդիրները կարելի է ձևակերպել հետևյալ կերպ.

1. Ուսումնասիրել գեների կառուցվածքը և դրանց փոխանցմանն ու պահպանմանը ուղեկցող մեխանիզմները, փոփոխությունները (մուտացիաները):
2. Դիտարկենք բջջային կենսաբանության բազմաթիվ ասպեկտներ (բջիջների փոխազդեցությունը միմյանց հետ, քրոմոսոմային և գենետիկական փոխազդեցությունները և այլ գործընթացներ):
3. Ուսումնասիրել պոլիմերային մոլեկուլները (սպիտակուցներ, նուկլեինաթթուներ, պոլիսախարիդներ) մոլեկուլային կենսաբանության հետ համատեղ։
4. Բացահայտել տիեզերական գործոնների ազդեցությունը կենդանի օրգանիզմների բոլոր ֆիզիկական և քիմիական գործընթացների ընթացքի վրա:
5. Ավելի խորը բացահայտել ֆոտոկենսաբանության մեխանիզմները (ֆոտոսինթեզ, ֆոտոպերիոդիզմ և այլն):
6. Իրականացնել և մշակել մաթեմատիկական մոդելավորման մեթոդներ:
7. Կիրառել նանոտեխնոլոգիայի արդյունքները կենդանի համակարգերի ուսումնասիրության մեջ:

Այս ցանկից ակնհայտ է, որ կենսաֆիզիկան ուսումնասիրում է ժամանակակից հասարակության բազմաթիվ նշանակալի և լուրջ խնդիրներ, և այդ գիտության արդյունքները մեծ նշանակություն ունեն մարդու և նրա կյանքի համար։

Կազմավորման պատմություն

Որպես գիտություն՝ կենսաֆիզիկան ծնվել է համեմատաբար վերջերս՝ 1945 թվականին, երբ նա հրատարակեց իր «Ի՞նչ է կյանքը ֆիզիկայի տեսանկյունից» աշխատությունը։ Հենց նա է առաջինը նկատել և նշել, որ ֆիզիկայի շատ օրենքներ (թերմոդինամիկ, քվանտային մեխանիկայի օրենքներ) տեղի են ունենում հենց կենդանի էակների օրգանիզմների կյանքում և աշխատանքում։

Այս մարդու աշխատանքի շնորհիվ կենսաֆիզիկայի գիտությունը սկսեց իր ինտենսիվ զարգացումը։ Այնուամենայնիվ, նույնիսկ ավելի վաղ՝ 1922 թվականին, Ռուսաստանում ստեղծվեց կենսաֆիզիկայի ինստիտուտ՝ Պ.Պ. Լազարևի գլխավորությամբ։ Այնտեղ հիմնական դերը վերապահված է հյուսվածքների և օրգանների գրգռման բնույթի ուսումնասիրությանը։ Արդյունքը եղավ այս գործընթացում իոնների կարևորության բացահայտումը:

1. Գալվանին բացահայտում է էլեկտրականությունը և դրա նշանակությունը կենդանի հյուսվածքների համար (բիոէլեկտրականություն):
2. Ա.Լ. Չիժևսկին մի քանի գիտությունների հայրն է, որոնք ուսումնասիրում են տիեզերքի ազդեցությունը կենսոլորտի վրա, ինչպես նաև իոնացնող ճառագայթումը և էլեկտրահեմոդինամիկան:
3. Սպիտակուցի մոլեկուլների մանրամասն կառուցվածքն ուսումնասիրվել է միայն ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզի հայտնաբերումից հետո (ռենտգեն դիֆրակցիոն անալիզ)։ Դա արեցին Պերուցը և Քենդրյուն (1962):
4. Նույն թվականին հայտնաբերվեց ԴՆԹ-ի եռաչափ կառուցվածքը (Մորիս Ուիլկինս)։
5. Նեհերին և Զաքմանը 1991 թվականին հաջողվեց մշակել էլեկտրական ներուժի տեղային ամրագրման մեթոդ։

Նաև մի շարք այլ հայտնագործություններ թույլ տվեցին կենսաֆիզիկայի գիտությանը բռնել զարգացման և ձևավորման ինտենսիվ և առաջադեմ արդիականացման ճանապարհը:

Կենսաֆիզիկայի բաժիններ

Կան մի շարք առարկաներ, որոնք կազմում են այս գիտությունը: Դիտարկենք դրանցից ամենահիմնականները.

1. Բարդ համակարգերի կենսաֆիզիկա - դիտարկում է բազմաբջիջ օրգանիզմների ինքնակարգավորման բոլոր բարդ մեխանիզմները (համակարգոգենեզ, մորֆոգենեզ, սիներգոգենեզ): Նաև այս առարկան ուսումնասիրում է օնտոգենեզի և էվոլյուցիոն զարգացման գործընթացների ֆիզիկական բաղադրիչի առանձնահատկությունները, օրգանիզմների կազմակերպման մակարդակները:
2. Զգայական համակարգերի կենսաակուստիկա և կենսաֆիզիկա - ուսումնասիրում է կենդանի օրգանիզմների զգայական համակարգերը (տեսողություն, լսողություն, ընդունում, խոսք և այլն), տարբեր ազդանշանների հաղորդման ուղիները: Բացահայտում է էներգիայի փոխակերպման մեխանիզմները, երբ օրգանիզմներն ընկալում են արտաքին ազդեցությունները (գրգռումները):
3. Տեսական կենսաֆիզիկա - ներառում է մի շարք գիտություններ, որոնք զբաղվում են կենսաբանական գործընթացների թերմոդինամիկայի ուսումնասիրությամբ, օրգանիզմների կառուցվածքային մասերի մաթեմատիկական մոդելների կառուցմամբ: Նաև հաշվի է առնում կինետիկ գործընթացները:
4. Մոլեկուլային կենսաֆիզիկա - դիտարկում է այնպիսի կենսապոլիմերների կառուցվածքային կազմակերպման և գործելու խորը մեխանիզմները, ինչպիսիք են ԴՆԹ-ն, ՌՆԹ-ն, սպիտակուցները, պոլիսախարիդները: Նա զբաղվում է այդ մոլեկուլների մոդելների և գրաֆիկական պատկերների կառուցմամբ, կանխատեսում է դրանց վարքն ու ձևավորումը կենդանի համակարգերում։ Նաև այս գիտակարգը կառուցում է վերմոլեկուլային և ենթամոլեկուլային համակարգեր՝ կենդանի համակարգերում կենսապոլիմերների կառուցման և գործողության մեխանիզմը որոշելու համար:
5. Բջջի կենսաֆիզիկա. Նա ուսումնասիրում է բջջային ամենակարևոր գործընթացները՝ թաղանթային կառուցվածքի տարբերակումը, բաժանումը, գրգռումը և կենսապոտենցիալները։ Առանձնահատուկ ուշադրություն է դարձվում նյութերի մեմբրանային փոխադրման մեխանիզմներին, պոտենցիալ տարբերությանը, թաղանթի և դրա շրջակա մասերի հատկություններին և կառուցվածքին։
6. Նյութափոխանակության կենսաֆիզիկա. Քննարկվող հիմնականներն են՝ օրգանիզմների արևայնացումը և դրան հարմարվողականությունը, հեմոդինամիկան, ջերմակարգավորումը, նյութափոխանակությունը և իոնացնող ճառագայթների ազդեցությունը։
7. Կիրառական կենսաֆիզիկա. Այն բաղկացած է մի քանի առարկաներից՝ կենսաինֆորմատիկա, կենսաչափություն, բիոմեխանիկա, էվոլյուցիոն գործընթացների և օնտոգենեզի ուսումնասիրություն, ախտաբանական (բժշկական) կենսաֆիզիկա։ Կիրառական կենսաֆիզիկայի ուսումնասիրության օբյեկտներն են՝ հենաշարժական համակարգը, շարժման մեթոդները, մարդկանց ֆիզիկական հատկանիշներով ճանաչելու մեթոդները։ Առանձնահատուկ ուշադրության է արժանի բժշկական կենսաֆիզիկան։ Այն հաշվի է առնում օրգանիզմների պաթոլոգիական պրոցեսները, մոլեկուլների կամ կառուցվածքների վնասված հատվածների վերականգնման կամ դրանց փոխհատուցման մեթոդները։ Նյութ է տալիս կենսատեխնոլոգիայի համար։ Այն մեծ նշանակություն ունի հատկապես գենետիկ բնույթի հիվանդությունների զարգացման կանխարգելման, դրանց վերացման և գործողության մեխանիզմների բացատրության գործում։
8. Հաբիթաթի կենսաֆիզիկա - ուսումնասիրում է ինչպես էակների տեղական բնակավայրերի, այնպես էլ մոտ և հեռավոր տիեզերական մարմինների ազդեցությունները: Նաև հաշվի է առնում բիոռիթմերը, եղանակային պայմանների և կենսադաշտերի ազդեցությունը արարածների վրա: Մշակում է միջոցներ բացասական ազդեցությունները կանխելու համար

Այս բոլոր առարկաները հսկայական ներդրում ունեն կենդանի համակարգերի կյանքի մեխանիզմների, կենսոլորտի ազդեցության և դրանց վրա տարբեր պայմանների ըմբռնման գործում:

Ժամանակակից նվաճումներ

Կենսաֆիզիկայի նվաճումների հետ կապված ամենակարևոր իրադարձություններից մի քանիսը կարելի է անվանել.

• բացահայտել է օրգանիզմների կլոնավորման մեխանիզմները.
• ուսումնասիրվել են փոխակերպումների առանձնահատկությունները և ազոտի օքսիդի դերը կենդանի համակարգերում.
• հաստատվել է կապը փոքր և սուրհանդակ ՌՆԹ-ների միջև, ինչը ապագայում հնարավորություն կտա լուծում գտնել բազմաթիվ բժշկական խնդիրների (հիվանդությունների վերացում);
• հայտնաբերել է ավտոալիքների ֆիզիկական բնույթը.
• մոլեկուլային կենսաֆիզիկոսների աշխատանքի շնորհիվ ուսումնասիրվել են ԴՆԹ-ի սինթեզի և վերարտադրության ասպեկտները, ինչը հանգեցրել է լուրջ և բարդ հիվանդությունների համար մի շարք նոր դեղամիջոցների ստեղծման հնարավորությանը.
• ստեղծվել են ֆոտոսինթեզի գործընթացին ուղեկցող բոլոր ռեակցիաների համակարգչային մոդելներ.
• մշակված են օրգանիզմի ուլտրաձայնային հետազոտության մեթոդներ.
• հաստատվել է կապը տիեզերաերկրաֆիզիկական և կենսաքիմիական գործընթացների միջև.
• կանխատեսված կլիմայի փոփոխություն մոլորակի վրա;
• ուրոկենազ ֆերմենտի նշանակության բացահայտում թրոմբոզի կանխարգելման և ինսուլտներից հետո հետևանքների վերացման գործում.
• մի շարք բացահայտումներ արեց նաև սպիտակուցի կառուցվածքի, արյան շրջանառության համակարգի և մարմնի այլ մասերի վերաբերյալ:

Ռուսաստանի կենսաֆիզիկայի ինստիտուտ

Մեր երկրում դրանք կան։ Մ.Վ.Լոմոնոսով. Այս ուսումնական հաստատության բազայի վրա գործում է կենսաֆիզիկայի ֆակուլտետը։ Հենց նա է պատրաստում որակյալ մասնագետներ այս ոլորտում աշխատելու համար։

Շատ կարևոր է լավ սկիզբ տալ ապագա մասնագետներին։ Նրանց դժվար գործ է սպասվում։ Կենսաֆիզիկոսը պարտավոր է հասկանալ կենդանի էակների մեջ տեղի ունեցող գործընթացների բոլոր բարդությունները: Բացի այդ, ուսանողները պետք է հասկանան ֆիզիկան: Ի վերջո, սա բարդ գիտություն է՝ կենսաֆիզիկա։ Դասախոսությունները կառուցված են այնպես, որ ընդգրկեն կենսաֆիզիկայի հետ կապված և կազմող բոլոր առարկաները և ընդգրկեն ինչպես կենսաբանական, այնպես էլ ֆիզիկական հարցերի քննարկումը:

Կենդանի օրգանիզմների մասին մարդու գիտելիքների ընդլայնմամբ ու խորացմամբ ի հայտ են եկել գիտության այնպիսի ճյուղեր, որոնք ուսումնասիրում են գործընթացներ և երևույթներ, որոնք միաժամանակ պատկանում են գիտելիքի տարբեր ոլորտներին։ Այս գիտական ​​առարկաներից կենսաբանական ֆիզիկա,կամ կենսաֆիզիկա։Ի՞նչ է նա սովորում և որո՞նք են հետազոտության մեթոդները:

Հայտնի է, որ ֆիզիկան ուսումնասիրում է բնության հիմնական օրենքները՝ ատոմների և միջուկների կառուցվածքը, տարրական մասնիկների հատկությունները, էլեկտրամագնիսական ալիքների և մասնիկների փոխազդեցությունը և այլն։ Կենսաֆիզիկան, որն առաջացել է կենսաբանության և ֆիզիկայի խաչմերուկում, գիտություն է։ Կենդանի մարմնի հիմնական ֆիզիկական և ֆիզիկա-քիմիական գործընթացները և դրանց կարգավորումը:

Կենսաֆիզիկոսները պետք է սովորեն կենդանի օրգանիզմների կառուցվածքի և աշխատանքի օրենքները՝ չխախտելով նրանց հատկությունները՝ օրգանիզմը պահելով կենդանի, ակտիվ վիճակում։ Ի վերջո, երբ մահանում է, մարմինը կորցնում է իր բնորոշ հատկությունները, նրա բոլոր գործընթացները փոխվում են, և այն դառնում է սովորական անշունչ համակարգ: Դրանում է մեծ դժվարությունը: Ուստի անհրաժեշտություն առաջացավ ուսումնասիրել կենդանի օրգանիզմները տարբեր «մակարդակներում»՝ ուսումնասիրել կենսաբանական մոլեկուլների հատկությունները, բջիջների բնութագրական առանձնահատկությունները և աշխատանքը, ուսումնասիրել օրգանների համատեղ աշխատանքը ամբողջ օրգանիզմում և այլն։ Հետևաբար, նման մեծ հատվածներն ունեն։ առաջացել է կենսաֆիզիկայում. մոլեկուլային կենսաֆիզիկա, բջջային կենսաֆիզիկա, կենսաֆիզիկայի կառավարման և կարգավորման գործընթացներ և այլն։ Եկեք համառոտ խոսենք կենսաֆիզիկայի հիմնական բաժիններից յուրաքանչյուրի մասին։

Մոլեկուլային կենսաֆիզիկաուսումնասիրում է կենսաբանական մոլեկուլների հատկությունները, ֆիզիկաքիմիական պրոցեսները ընկալիչ բջիջներում։ Այս բջիջները կոչվում են ընկալիչ կամ զգայուն, քանի որ նրանք առաջինն են ընկալում լույսի, համի, հոտի մասին ազդանշանները (լատիներեն «receptio» - ես զգում եմ):

Մոլեկուլային կենսաֆիզիկան ուսումնասիրում է, օրինակ, գործընթացները, որոնք տեղի են ունենում կենդանիների զգայական օրգաններում՝ տեսողության, լսողության, հպման և հոտառության օրգաններում: Մենք սովոր ենք այն փաստին, որ մեր մարմնում ամեն ինչ տեղի է ունենում պարզ, բնականաբար, և երբեմն չենք մտածում, թե որքան բարդ կենսաֆիզիկական գործընթացներ են տեղի ունենում, օրինակ, երբ մենք շաքար ենք համտեսում կամ ծաղիկների հոտ ենք գալիս: Եվ սա այն խնդիրներից մեկն է, որի վրա երկար տարիներ աշխատել է մոլեկուլային կենսաֆիզիկան։ Բանն այն է, որ համի կամ հոտի սենսացիաները հնարավոր են ընկալիչ բջիջներում բարդ ֆիզիկաքիմիական գործընթացների պատճառով, երբ տարբեր նյութերի մոլեկուլները փոխազդում են դրանց հետ:

Հայտնի է, որ քիմիկոսները ստեղծել են 1 միլիոն օրգանական միացություններ և գրեթե յուրաքանչյուրն ունի իր բնորոշ հոտը։ Մարդը կարող է տարբերել մի քանի հազար հոտ, և մենք զգում ենք որոշ նյութեր ծայրահեղ ցածր կոնցենտրացիաներում՝ մեկ լիտր ջրի համար ընդամենը միլիոներորդ և միլիարդերորդական միլիգրամի: Օրինակ, նյութերը զգալու համար, ինչպիսիք են սկատոլը, տրինիտրոբուտիլտոլուենը, բավարար է դրանց կոնցենտրացիան 10 -9 մգ/լ: Կենդանիները շատ ավելի զգայուն են, քան մարդիկ: Օրինակ՝ երկրաբաններն օգտագործում են հատուկ վարժեցված շներ՝ գետնի խորքում հանքաքարի պաշարները հոտոտելու համար: Բոլորը քաջատեղյակ են հոտառական շների աշխատանքին՝ աննշան հոտից հետք գտնելով։ Բայց, հավանաբար, ձկներն ու միջատները գերազանցում են հոտի սրությամբ։ Որոշ ձկներ զգում են հոտավետ նյութ, նույնիսկ եթե այն պարունակվում է ջրի մեջ անհետացող փոքր կոնցենտրացիաներով՝ ընդամենը 10-11 մգ/լ: Թիթեռները հայտնաբերում են հոտային նյութի գրեթե մեկ մոլեկուլ 1 մ 3 օդի վրա:

Մոլեկուլային կենսաֆիզիկան օգնում է պարզել ոչ միայն տարբեր կենդանիների հոտառության օրգանների զգայունության և կառուցվածքի տարբերությունը, այլև բուն հոտի հայտնաբերման գործընթացը: Այժմ հաստատվել է, որ կան 6-7 հիմնական հոտեր, որոնց տարբեր համակցությունները բացատրում են դրանց բազմազանությունը։ Այս հիմնական հոտերը համապատասխանում են հոտառության բջիջների որոշակի տեսակների:

Մոլեկուլային կենսաֆիզիկան ուսումնասիրում է հատկությունները և գործընթացները ոչ միայն կենդանիների, այլև բույսերի մեջ։ Մասնավորապես, նա զբաղվում է ֆոտոսինթեզի ուսումնասիրությամբ։ Զարմանալի ու բարդ գործընթացներ են տեղի ունենում կեչու, թռչնի բալի, խնձորի կամ ցորենի կանաչ տերևում։ Արևը Երկիր է ուղարկում հսկայական էներգիա, որը կկորցներ, եթե չլինեին կանաչ տերևները, որոնք գրավում են այն և նրա օգնությամբ օրգանական նյութեր են ստեղծում ջրից և ածխաթթու գազից և դրանով իսկ կյանք տալիս բոլոր կենդանի օրգանիզմներին:

Ֆոտոսինթեզը տեղի է ունենում կանաչ մասնիկներում՝ քլորոպլաստներում, որոնք գտնվում են տերևի բջիջներում և պարունակում են բուսական պիգմենտ՝ քլորոֆիլ։ Լույսի էներգիայի մասերը (ֆոտոնները) կլանում են պիգմենտը և առաջացնում ջրի ֆոտոօքսիդացում. այն իր էլեկտրոնը տալիս է քլորոֆիլի մոլեկուլին, իսկ պրոտոնն օգտագործվում է ածխածնի երկօքսիդը ածխաջրերի վերածելու համար: Պրոտոնը և էլեկտրոնը, ինչպես գիտենք, կազմում են ջրածնի ատոմը. այս ատոմը «մասերով» վերցվում է ջրի մոլեկուլից։ Ֆոտոսինթեզի գործընթացում արտազատվում է թթվածին, որը շնչում են բոլոր կենդանի օրգանիզմները։

Ֆոտոսինթեզի հիմքը հենց առաջին տարրական գործընթացն է՝ լույսի էներգիայի մասերի (ֆոտոնների) փոխազդեցությունը քլորոֆիլի մոլեկուլի հետ։ Հենց այս պրոցեսն է ուսումնասիրվում մոլեկուլային կենսաֆիզիկայի կողմից ֆոտոսինթեզի ժամանակ՝ իմանալու համար, թե ինչպես է տեղի ունենում լույսի էներգիայի փոխակերպումը քիմիական կապերի էներգիայի և նյութերի հետագա փոխակերպումը։ Եթե ​​այս հիմնարար գործընթացը լիովին հասկանալի է, ապա այն կարող է իրականացվել արհեստական ​​պայմաններում։ Այդ ժամանակ մարդկությունը կտիրապետի օրգանական նյութերի, հետևաբար՝ սննդամթերքի և արժեքավոր հումքի ստացման ամենաարագ և խնայող միջոցին, որոնք այսօր մարդուն տալիս են կանաչ բույսերը։

Կա սերտ կապ բջիջների ուսումնասիրության և դրանցում տեղի ունեցող մոլեկուլային գործընթացների, այսինքն՝ մոլեկուլային և բջջային կենսաֆիզիկայի միջև։ Դրանցից մեկը ուսումնասիրում է մոլեկուլային փոփոխությունները, կենսաբանական մոլեկուլների հատկությունները և բջիջներում մոլեկուլների կողմից ձևավորված համակարգերը (ինչպես ասում են՝ ենթամոլեկուլային գոյացությունները), դրանց հատկություններն ու փոփոխությունները, մյուսը՝ տարբեր բջիջների՝ արտազատող, կծկվող, հոտառական հատկություններն ու գործունեությունը։ , լուսազգայուն և այլն։

Զարգացում բջջային կենսաֆիզիկաՖիզիկայի և ռադիոէլեկտրոնիկայի հաջողությունները շատ առումներով նպաստեցին, հենց այս գիտությունների շնորհիվ էր, որ կենսաֆիզիկան ստացավ էլեկտրոնային մանրադիտակներ, որոնք հնարավորություն տվեցին մեծացնել միկրոսկոպիկ առարկաները հարյուր հազարավոր անգամներ: Կենսաֆիզիկոսները զինված են էլեկտրոնային պարամագնիսական ռեզոնանսով, որը կարող է օգտագործվել մոլեկուլների հատուկ ակտիվ մասերի՝ այսպես կոչված, ազատ ռադիկալների ուսումնասիրության համար, որոնք շատ կարևոր դեր են խաղում բոլոր կենսաբանական գործընթացներում: Լույսի նկատմամբ խիստ զգայուն սարքերի՝ ֆոտոմուլտիպլիկատոր խողովակների (PMT) օգնությամբ հնարավոր է դարձել որոշել չափազանց փոքր լույսի հոսքերը։ Այս գործիքների օգտագործումը հանգեցրել է բջջային կենսաֆիզիկայի մեծ հայտնագործության:

Կենդանի օրգանիզմների մեջ շողալու ունակությունը վաղուց է հայտնի՝ կայծոռիկներ և ջրային տարբեր օրգանիզմներ, որոնք կոչվում են. կենսալյումինեսցենտություն.Բայց ֆոտոմուլտիպլիկատորների օգնությամբ պարզվել է, որ գրեթե բոլոր կենդանիների ու բույսերի օրգանները փայլելու հատկություն ունեն։ Այս, այսպես կոչված, գերթույլ փայլը, կենսաքիմիլյումինեսցենտություն -առաջանում է բջիջների ներսում ֆիզիկաքիմիական ռեակցիաների արդյունքում և կապված է կառուցվածքային տարրերը կազմող լիպիդային նյութերի ներբջջային օքսիդացման հետ: Այս գործընթացներում կարևոր դեր են խաղում վերը նշված ազատ ռադիկալները: Գերթույլ փայլի ինտենսիվությամբ կարելի է վերահսկել օքսիդատիվ նյութափոխանակության ռեակցիաների մակարդակը և էներգիայի արտազատումը բջիջների ներսում տեղի ունեցող տարբեր ռեակցիաների արդյունքում:

Գերթույլ լյումինեսցենցիայի, ազատ ռադիկալների առկայության և բջջի կենսագործունեության հետ դրանց կապի հայտնաբերումը կտրուկ փոխել է բջջային պրոցեսների հայեցակարգը: Բջջային կենսաֆիզիկայի խնդիրն էր ոչ միայն հասկանալ բջջի և նրա օրգանելների ուլտրամիկրոսկոպիկ կառուցվածքը, այլ նաև պարզել, թե ինչպես են այդ տարրերը կապված միմյանց հետ, ինչպես են նրանք աշխատում, ինչով է պայմանավորված գործընթացների համահունչությունն ու հետևողականությունը։ առաջացող բջիջներում.

Էլեկտրոնային մանրադիտակով բջիջն ուսումնասիրելիս գիտնականները բացեցին ուլտրամանրադիտակային, այսինքն՝ ամենափոքր, բջջային կառուցվածքների նոր աշխարհ: Հայտնաբերվել են ներբջջային թաղանթներ, խողովակներ, խողովակներ, վեզիկուլներ։ Այս բոլոր կառուցվածքները, որոնք միլիոնավոր անգամ ավելի բարակ են, քան մարդու մազը, որոշակի դեր են խաղում բջջի կյանքում: Ցանկացած բջիջ, որը թվում է, թե միջուկով ցիտոպլազմայի պարզ գոյացություն է, բարդ գոյացություն է՝ մեծ թվով մանր մասնիկներով (կառուցվածքային տարրեր), որոնք գործում են ճշգրիտ և հետևողականորեն, խիստ կարգով, սերտորեն փոխկապակցված: Այս կառուցվածքային տարրերի թիվը շատ մեծ է, օրինակ՝ նյարդային բջիջում կա մինչև 70 հազար մասնիկ՝ միտոքոնդրիա, որոնց շնորհիվ բջիջը շնչում է և էներգիա ստանում իր գործունեության համար։

Կենդանի օրգանիզմի ցանկացած բջջում տեղի է ունենում անհրաժեշտ նյութերի կլանումը և ավելորդ նյութերի արտազատումը, տեղի է ունենում շնչառություն և բաժանում, դրան զուգահեռ բջիջները կատարում են հատուկ գործառույթներ։ Այսպիսով, աչքի ցանցաթաղանթի բջիջները որոշում են լույսի ուժն ու որակը, քթի լորձաթաղանթի բջիջները որոշում են նյութերի հոտը, տարբեր գեղձերի բջիջները արտազատում են ֆիզիոլոգիապես ակտիվ նյութեր՝ ֆերմենտներ և հորմոններ, որոնք կարգավորում են աճն ու զարգացումը։ մարմինը.

Կենդանիների նյարդային հյուսվածքի բջիջները իրենց ողջ մեծ աշխատանքի մասին՝ տեսած, լսված, բացահայտված, հաղորդում են ուղեղին՝ գլխավոր համակարգող կենտրոնին, էլեկտրական իմպուլսներով: Բջջի կենսաֆիզիկան որպես ամբողջություն և նրա կարևոր բաժիններից մեկը, որը կոչվում է բջջային էլեկտրաֆիզիոլոգիա,նրանք ուսումնասիրում են, թե ինչպես են բջիջները ստանում անհրաժեշտ տեղեկատվությունը շրջակա տարածությունից, ինչպես է այդ տեղեկատվությունը գաղտնագրվում էլեկտրական ազդանշաններում՝ իմպուլսներում, ինչպես են բջիջներում ձևավորվում կենսաբանական հոսանքներն ու պոտենցիալները:

Կենդանի օրգանիզմի բջիջները սերտորեն կապված են միմյանց հետ, ուղեղի հետ՝ գլխավոր կառավարման կենտրոնը։ Իրենց բջիջներում, դրանց կառուցվածքային հազարավոր տարրերում տեղի են ունենում կարգավորված կենսաքիմիական գործընթացներ։ Ի՞նչն է դարձնում այս հարյուր հազարավոր արձագանքներն այդքան համակարգված և ճշգրիտ:

Փաստն այն է, որ և՛ բջիջը, և՛ առանձին օրգանը, և՛ ամբողջ օրգանիզմը որոշակի են ներկայացնում համակարգ,հիմնված կարգավորման և փոխկապակցման հատուկ օրենքների վրա: Այս հատկանիշները ուսումնասիրվում են ամենաերիտասարդ հատվածի կողմից. վերահսկողության և կարգավորման գործընթացների կենսաֆիզիկա.

Եկեք խոսենք կենսաֆիզիկայի այս ճյուղի մասին՝ օգտագործելով հետևյալ օրինակը. Մարդու յուրաքանչյուր օրգան բաղկացած է մեծ թվով բջիջներից, որոնք կատարում են որոշակի աշխատանք: Օրինակ՝ հոտառության մեջ առանձնահատուկ դեր է խաղում քթի լորձաթաղանթը, այսպես կոչված, լորձաթաղանթային էպիթելը։ Նրա մակերեսը 4 սմ 2-ից ոչ ավելի է, սակայն այն պարունակում է գրեթե 500 միլիոն հոտառական ընկալիչ բջիջներ: Նրանց աշխատանքի մասին տեղեկատվությունը փոխանցվում է նյարդաթելերի միջոցով, որոնց թիվը հասնում է 50 միլիոնի, հոտառական նյարդին, ապա՝ ուղեղին։ Բջիջներից առաջնային էլեկտրական իմպուլսների տեսքով եկող ազդանշանները պետք է ճիշտ վերծանվեն։ Դրա համար դրանք ուղարկվում են ուղեղի տարբեր հատվածներ՝ բաղկացած հսկայական քանակությամբ բջիջներից։ Օրինակ, միայն ուղեղի կիսագնդերը պարունակում են 2 * 10 10 բջիջ, ուղեղիկը՝ 10 11 բջիջ: Ուղեղը ընդունում է անհրաժեշտ «որոշումները» և փոխանցում է պատասխան ազդանշաններ՝ հրահանգներ, թե ինչպես պետք է աշխատեն որոշակի բջիջներ, հյուսվածքներ կամ օրգաններ։ Կենտրոնական նյարդային համակարգը արտաքին միջավայրից ստանում է հարյուր հազարավոր տարբեր ազդանշաններ ձայների, լույսի, հոտերի և մարմնի բջիջների վիճակի մասին ազդանշանների մասին: Ասվածից պարզ է դառնում, թե որքան բարդ են փոխկապակցվածությունները ցանկացած կենդանի համակարգում՝ մեկ բջջում կամ ամբողջ օրգանիզմում, որքան դժվար է կառավարել բջիջները, կարգավորել դրանց վիճակը և վերահսկել կյանքի բոլոր գործընթացների հետևողականությունը:

Կենսաֆիզիկայի այս կարևոր ճյուղը հիմնված է մեկ այլ գիտության կողմից հայտնաբերված օրինաչափությունների վրա. կիբեռնետիկա.Կենսաֆիզիկոսները, որոնք ուսումնասիրում են վերահսկման և կարգավորման գործընթացները, օգտագործելով դրա մեթոդները, մշակել են մի շարք էլեկտրոնային մոդելներ, ինչպիսիք են կրիան, նյարդային բջիջը և ֆոտոսինթեզի գործընթացը, որոնք հեշտացնում են մարմնում բարդ կարգավորիչ երևույթների ուսումնասիրությունը:

Կենդանի օրգանիզմում կարգավորող գործընթացների ուսումնասիրությունը ցույց է տվել, որ դրանք զարմանալի հատկություն ունեն. ինքնակարգավորումը.Կենդանի օրգանիզմների բջիջները, հյուսվածքները, օրգանները ինքնակարգավորվող, ինքնակազմակերպվող, ինքնակարգավորվող, ինքնուսուցման համակարգեր են։ Սա նշանակում է, որ բջիջների, օրգանների և ամբողջ օրգանիզմի աշխատանքը որոշվում է հենց օրգանիզմին բնորոշ հատկություններով և որակներով։ Հետեւաբար, յուրաքանչյուր բջիջ կամ օրգան ինքնուրույն,առանց արտաքին օգնության կարգավորում է նրանց ներսում միջավայրի կազմի կայունությունը: Եթե ​​որևէ գործոնի ազդեցության տակ նրանց վիճակը փոխվում է, այս զարմանալի հատկությունն օգնում է նրանց նորից վերադառնալ իրենց նորմալ վիճակին։

Տերևի բջիջներում գտնվող քլորոպլաստները փոխում են իրենց գտնվելու վայրը կախված լուսավորության ինտենսիվությունից. ուժեղ լուսավորության դեպքում դրանք տեղակայված են բջջային պատերի երկայնքով (ձախ); թույլի հետ - ամբողջ խցում: Սա բջջային ինքնակարգավորման օրինակ է։

Ահա նման ինքնակարգավորման ընդամենը մեկ պարզ օրինակ. Մենք արդեն խոսել ենք կանաչ տերևների բջիջներում տեղակայված քլորոպլաստների կարևոր դերի մասին։ Քլորոպլաստներն ունակ են ինքնուրույն շարժվել բջիջներում լույսի ազդեցության տակ, քանի որ դրանք շատ զգայուն են դրա նկատմամբ: Լույսի բարձր ինտենսիվությամբ պայծառ արևոտ օրը քլորոպլաստները տեղակայված են բջջային պատի երկայնքով, կարծես փորձում են խուսափել ուժեղ լույսի ազդեցությունից: Ամպամած, ամպամած օրերին քլորոպլաստները տարածվում են բջջի ամբողջ մակերեսի վրա՝ ավելի շատ ճառագայթներ կլանելու համար: Քլորոպլաստների անցումը մի դիրքից մյուսը լույսի ազդեցության տակ (ֆոտոտաքսիս) տեղի է ունենում բջջային ինքնակարգավորման շնորհիվ։

Բնության և տարբեր կենդանի օրգանիզմների մասին մարդու իմացությունն այնքան արագ է ընթանում և հանգեցնում այնպիսի անսպասելի արդյունքների ու եզրակացությունների, որ դրանք չեն տեղավորվում որևէ գիտության շրջանակում։ Կենսաֆիզիկան հիմք դրեց գիտության նոր ճյուղերի՝ ընդլայնելով մարդկային գիտելիքների հորիզոնները։ Այսպիսով, այն առանձնացավ որպես կենսաբանության անկախ ճյուղ ռադիոկենսաբանություն -գիտություն կենդանի օրգանիզմների վրա տարբեր տեսակի ճառագայթների ազդեցության մասին, տիեզերական կենսաբանություն,ուսումնասիրելով տիեզերքում կյանքի խնդիրները, մեխանոքիմիա,Քիմիական էներգիայի մեխանիկական էներգիայի փոխակերպման ուսումնասիրություն, որը տեղի է ունենում մկանային մանրաթելերում: Կենսաֆիզիկական հետազոտությունների հիման վրա առաջացել է նոր գիտություն. բիոնիկա,կենդանի օրգանիզմների ուսումնասիրություն՝ նրանց աշխատանքի սկզբունքներն օգտագործելու համար նոր և ավելի առաջադեմ սարքեր և ապարատներ ստեղծելու համար։

Մենք խոսեցինք կենսաֆիզիկոսների կատարած հետազոտության միայն մի փոքր մասի մասին, սակայն կարելի է շատ ավելի շատ օրինակներ բերել ինչպես մոլեկուլների, ենթաբջջային կառուցվածքների, այնպես էլ ամբողջ մարմնի ուսումնասիրության ոլորտում։ Ամեն օր բերում է նոր բացահայտումներ, գյուտեր, արժեքավոր գաղափարներ։ Մեր դարը մեծ հաջողությունների ժամանակ է գիտելիքի բոլոր բնագավառներում, այդ թվում՝ բնության ուսումնասիրության մեջ:

Ռուսաստանում կենսաբանական գիտահետազոտական ​​ինստիտուտների պատմությունը սկսվում է 19-րդ դարի վերջից և սկսվում է կատաղած շների խայթոցներով։ Պաստերի մշակած կատաղության դեմ պատվաստանյութի հաջողությամբ տպավորված՝ 19-րդ դարի վերջին Սանկտ Պետերբուրգում ստեղծվեց Փորձարարական բժշկության ինստիտուտը։ Ինստիտուտի կազմակերպումը նախաձեռնել և ֆինանսավորել է արքայազն Ա.Պ.Օլդենբուրգսկին։ Մինչ այդ արքայազնը ստիպված է եղել իր սպաներից մեկին ուղարկել Փարիզ՝ պատվաստման։ 1917 թվականին Մոսկվայում վաճառական Խ.Ս.Լեդենցովի միջոցներով ստեղծվեց Ֆիզիկայի և կենսաֆիզիկայի ինստիտուտը։ Այս ինստիտուտը ղեկավարում էր Պ.Պ.Լազարևը, ով շուտով պարզվեց, որ մոտ է «Լենինի մարմնին». համաշխարհային պրոլետարիատի առաջնորդի դեմ մահափորձից հետո նրան ռենտգեն հետազոտություն է անհրաժեշտ եղել։

Խորհրդային Ռուսաստանում կենսաֆիզիկան որոշ ժամանակ դարձավ «ճակատագրի սիրելի»: Բոլշևիկները տարված էին հասարակության մեջ նորարարություններով և պատրաստակամություն ցուցաբերեցին աջակցելու գիտության նոր ուղղություններին: Հետագայում այս ինստիտուտից դուրս եկավ Ռուսաստանի գիտությունների ակադեմիայի ֆիզիկայի ինստիտուտը։ Նշենք, որ բազմաթիվ հիմնարար ֆիզիկական հայտնագործություններ տեղի են ունեցել կենսաբանական համակարգերի նկատմամբ գիտնականների հետաքրքրության շնորհիվ: Այսպիսով, հայտնի իտալացի Լուիջի Գալվանին բացահայտումներ արեց էլեկտրաէներգիայի ոլորտում՝ ուսումնասիրելով կենդանիների էլեկտրականությունը գորտերի վրա, և Ալեսանդրո Վոլտան կռահեց, որ դա ավելի ընդհանուր ֆիզիկական երևույթ է։

Խորհրդային Միությունում իշխանությունները շահագրգռված էին «լայն ճակատով» գիտական ​​հետազոտություններ անցկացնելով։ Անհնար էր բաց թողնել այն խոստումնալից ուղղությունները, որոնք ապագայում կարող էին խոստանալ ռազմական կամ տնտեսական առավելություններ։ Մինչև 1990-ականների սկիզբը պետական ​​աջակցությունն ապահովում էր մոլեկուլային կենսաբանության և կենսաֆիզիկայի առաջնահերթ զարգացումը։ 1992-ին նոր իշխանությունները գիտնականներին միանշանակ ազդանշան ուղարկեցին՝ գիտաշխատողի աշխատավարձը պակասեց ապրուստի մակարդակից, և գիտնականները ստիպված եղան ընտրություն կատարել արտագաղթի և գործունեության բնագավառի փոփոխության միջև։ Շատ կենսաֆիզիկոսներ, ովքեր նախկինում չէին մտածում արտագաղթի մասին, ստիպված էին գնալ Արևմուտք։ Ռուսաստանում կենսաֆիզիկոսների համայնքը համեմատաբար փոքր է, և եթե մի քանի հազարից հարյուրավոր հետազոտողներ հեռանան, ապա դա անհնար է չնկատել։

Սկզբում ռուսական կենսաֆիզիկան քիչ էր տուժել «տնտեսական» արտագաղթից։ Հաղորդակցության այնպիսի միջոցների զարգացումը, ինչպիսիք են էլեկտրոնային փոստը և ինտերնետը, հնարավորություն են տվել կապեր պահպանել գիտնականների և գործընկերների միջև: Շատերը սկսեցին օգնել իրենց ինստիտուտներին ռեագենտներով և գիտական ​​գրականությամբ և շարունակեցին հետազոտությունները «իրենց» թեմաներով: Հայտնի գիտնականները նոր վայր հասնելուց հետո ստեղծել են պրակտիկա անցնելու «հարթակներ» և հրավիրել գործընկերներին։ Ամենաեռանդուն գիտնականները հեռացան՝ հիմնականում երիտասարդ։ Դա հանգեցրեց գիտական ​​կադրերի «ծերացման», որին նպաստեց նաեւ մասնագիտության հեղինակության անկումը։ Ակադեմիական աշխատավարձով ապրելու անկարողության պատճառով նվազել է ուսանողների հոսքը դեպի գիտություն։ Առաջացել է սերունդների ճեղքվածք, որը հիմա, 15 տարվա փոփոխությունից հետո, սկսում է ավելի ու ավելի ուժեղ ազդել՝ ԳԱ որոշ լաբորատորիաներում աշխատողների միջին տարիքն արդեն անցնում է 60 տարին։

Ռուսական կենսաֆիզիկան չի կորցրել իր առաջատար դիրքերը մի շարք ոլորտներում, որոնք ղեկավարում են 20-րդ դարի 60-80-ական թվականներին կրթություն ստացած գիտնականները։ Գիտության մեջ նշանակալի բացահայտումներ են արել այս գիտնականները։ Այսպիսով, որպես օրինակ կարող ենք բերել վերջին տարիներին նոր գիտության՝ բիոինֆորմատիկայի ստեղծումը, որի հիմնական ձեռքբերումները կապված են գենոմների համակարգչային վերլուծության հետ։ Այս գիտության հիմքերը դրվել են դեռ 60-ականներին երիտասարդ կենսաֆիզիկոս Վլադիմիր Թումանյանի կողմից, ով առաջինն էր մշակել նուկլեինաթթուների հաջորդականությունների վերլուծության համակարգչային ալգորիթմը։ Այս օրինակից պարզ է դառնում, թե որքան կարևոր է այժմ գիտություն ներգրավել շնորհալի երիտասարդներին, ովքեր կարող են հիմք դնել գիտական ​​նոր ուղղություններին։

Կենսաֆիզիկոս Անատոլի Վանինը հայտնաբերել է ազոտի օքսիդի դերը բջջային պրոցեսների կարգավորման գործում դեռևս 1960-ականներին։ Հետագայում պարզվեց, որ ազոտի օքսիդը բժշկական մեծ նշանակություն ունի։ Ազոտի օքսիդը սրտանոթային համակարգի հիմնական ազդանշանային մոլեկուլն է: Այս համակարգում ազոտի օքսիդի դերի ուսումնասիրությունը Նոբելյան մրցանակի է արժանացել 1998 թվականին։ Ազոտի օքսիդի հիման վրա ստեղծվել է պոտենցիալը բարձրացնող աշխարհում ամենահայտնի դեղամիջոցը՝ «Վիագրան»։ Մինչդեռ Անատոլի Վանինի «Նոր տեսակի ազատ ռադիկալներ» հոդվածը տպագրվել է 1965 թվականին Biophysics ամսագրում։ Ամերիկացի գիտնականներն այժմ դա ցուցադրում են որպես կենդանի օրգանիզմում ազոտի օքսիդի վրա առաջին աշխատանք: Նմանատիպ պատմություն եղավ կլոնավորման հետ կապված. առաջին աշխատանքը տպագրվե՞լ է հայրենական «Կենսաֆիզիկայում»։

Կենսաֆիզիկայի բնագավառում բազմաթիվ ձեռքբերումներ կապված են խորհրդային գիտնականների կողմից հայտնաբերված Բելոուսով-Ժաբոտինսկու ինքնահոսքալցման ռեակցիայի հետ։ Այս ռեակցիան անշունչ բնության մեջ ինքնակազմակերպման օրինակ է, որը հիմք է ծառայել սիներգետիկ բազմաթիվ մոդելների համար, որոնք այժմ մոդայիկ են: Պուշչինոյից Օլեգ Մորնևը վերջերս ցույց տվեց, որ ավտոալիքները տարածվում են ըստ օպտիկական ալիքների օրենքների: Այս հայտնագործությունը լույս է սփռում ավտոալիքների ֆիզիկական բնույթի վրա, ինչը կարելի է համարել նաև կենսաֆիզիկոսների ներդրումը ֆիզիկայում:

Ժամանակակից կենսաֆիզիկայի ամենահետաքրքիր ոլորտներից մեկը փոքր ՌՆԹ-ների կապակցման վերլուծությունն է սուրհանդակային ՌՆԹ կոդավորող սպիտակուցներին: Այս կապը ընկած է «ՌՆԹ-ի միջամտության» ֆենոմենի հիմքում։ Այս երեւույթի բացահայտումն արժանացել է Նոբելյան մրցանակի 2006 թվականին։ Համաշխարհային գիտական ​​հանրությունը մեծ հույսեր ունի, որ այս երեւույթը կօգնի պայքարել բազմաթիվ հիվանդությունների դեմ։ ՌՆԹ-ի մոլեկուլների կապակցման մեխանիզմների վերլուծությունը վերջին տարիներին հաջողությամբ իրականացվել է հետազոտողների միջազգային խմբի կողմից՝ ներկայումս ԱՄՆ-ում աշխատող Օլգա Մատվեևայի գլխավորությամբ։

Մոլեկուլային կենսաֆիզիկայի ամենակարևոր ոլորտը ԴՆԹ-ի մեկ մոլեկուլի մեխանիկական հատկությունների ուսումնասիրությունն է: Կենսաֆիզիկական և կենսաքիմիական վերլուծության նուրբ տեխնիկայի մշակումը հնարավորություն է տալիս վերահսկել ԴՆԹ-ի մոլեկուլի այնպիսի հատկությունները, ինչպիսիք են կարծրությունը, ձգումը, ճկումը և առաձգական ուժը: Նման հատկություններ բացահայտվում են վերջին տարիներին Ռուսաստանում Սերգեյ Գրոխովսկու և ԱՄՆ-ում Կառլոս Բուստամենտեի ղեկավարությամբ իրականացված փորձարարական և տեսական աշխատանքում։ Այս աշխատանքները սերտորեն կապված են կենդանի բջջի մեխանիկական սթրեսների ուսումնասիրությունների հետ: Դոնալդ Ինգբերն առաջինն էր, ով մատնանշեց կենդանի բջջի մեխանիկական կառուցվածքների նմանությունը «ինքնալարված կառույցներին»։ Նման կառույցները հայտնագործվել են 1920-ականների սկզբին ռուս ինժեներ Կարլ Իոգանսոնի կողմից, իսկ ավելի ուշ «վերագտնվել» ամերիկացի ինժեներ Բաքմինսթեր Ֆուլերի կողմից։

Ռուս կենսաֆիզիկոսների դիրքերը տեսության ոլորտում ավանդաբար ամուր են։ Մոսկվայի պետական ​​համալսարանի ֆիզիկայի ֆակուլտետը, որտեղ 20-րդ դարում աշխատում և դասավանդում էին երկրի ուժեղագույն տեսաբանները, շատ բան տվեց կենսաֆիզիկայի ամբիոնի շրջանավարտներին։ Այս բաժնի շրջանավարտները առաջ քաշեցին մի շարք ինքնատիպ տեսական հասկացություններ և ստեղծեցին բազմաթիվ եզակի զարգացումներ, որոնք իրենց կիրառությունը գտան բժշկության մեջ։ Օրինակ՝ Գեորգի Գուրսկին և Ալեքսանդր Զասեդատելևը մշակել են ԴՆԹ-ի հետ կենսաբանորեն ակտիվ միացությունների միացման տեսությունը։ Նրանք ենթադրում էին, որ նման կապի հիմքում ընկած է «մատրիցի կլանման» ֆենոմենը: Այս հայեցակարգի հիման վրա նրանք առաջարկեցին ցածր մոլեկուլային քաշով միացությունների սինթեզի օրիգինալ նախագիծ։ Նման միացությունները կարող են «ճանաչել» ԴՆԹ-ի մոլեկուլի որոշ տեղեր և կարգավորել գեների ակտիվությունը։ Վերջին տարիներին այս նախագիծը հաջողությամբ զարգանում է, դեղամիջոցներ են սինթեզվում մի շարք լուրջ հիվանդությունների համար։ Ալեքսանդր Զասեդատելևը հաջողությամբ կիրառում է իր զարգացումները՝ ստեղծելու կենցաղային բիոչիպեր, որոնք թույլ են տալիս վաղ փուլում ախտորոշել ուռուցքաբանական հիվանդությունները: Վլադիմիր Պորոյկովի ղեկավարությամբ ստեղծվեց համակարգչային ծրագրերի մի շարք, որոնք հնարավորություն տվեցին կանխատեսել քիմիական միացությունների կենսաբանական ակտիվությունը՝ ըստ դրանց բանաձևերի։ Այս ուղղությունը հնարավորություն է տալիս զգալիորեն հեշտացնել նոր բուժական միացությունների որոնումը։

Գալինա Ռիզնիչենկոն և նրա գործընկերները մշակել են ֆոտոսինթեզի ընթացքում տեղի ունեցող ռեակցիաների համակարգչային մոդելներ։ Նա ղեկավարում է «Կանայք գիտության, մշակույթի և կրթության մեջ» ասոցիացիան, որը Մոսկվայի պետական ​​համալսարանի Կենսաբանության ֆակուլտետի կենսաֆիզիկայի ամբիոնի հետ միասին անցկացնում է մի շարք կարևոր գիտաժողովներ ռուս կենսաֆիզիկոսների համայնքի համար: Խորհրդային տարիներին նման գիտաժողովներ շատ էին լինում. տարին մի քանի անգամ կենսաֆիզիկոսները հավաքվում էին Հայաստանում, Վրաստանում, Ուկրաինայում և Բալթյան երկրներում հանդիպումների, սիմպոզիումների և սեմինարների համար։ ԽՍՀՄ փլուզմամբ այդ հանդիպումները դադարեցին, ինչը բացասաբար ազդեց ԱՊՀ մի շարք երկրներում կատարվող հետազոտությունների մակարդակի վրա։ Գիտությունների ակադեմիայի կենսաֆիզիկայի գիտական ​​խորհուրդը վերջին 15 տարիների ընթացքում անցկացրել է երկու համառուսական կենսաֆիզիկական կոնգրես, որոնք խթանել են գիտական ​​շփումները և տեղեկատվության փոխանակումը ռուս գիտնականների միջև: Լև Բլյումենֆելդի և Էմիլիա Ֆրիսմանի հիշատակին նվիրված գիտաժողովները սկսել են կարևոր դեր խաղալ վերջին տարիներին։ Այս գիտաժողովները պարբերաբար անցկացվում են Մոսկվայի պետական ​​համալսարանի և Սանկտ Պետերբուրգի պետական ​​համալսարանի ֆիզիկայի ամբիոններում:

Դատելով ֆինանսական ցուցանիշներից՝ ամենամեծ ձեռքբերումների «ափը» պետք է տրվի կենսաֆիզիկոս Արմեն Սարվազյանին, ով ուլտրաձայնի միջոցով մարդու օրգանիզմի ուսումնասիրության ոլորտում մի շարք եզակի զարգացումներ է ստեղծել։ Այս ուսումնասիրությունները մեծահոգաբար ֆինանսավորվում են ԱՄՆ ռազմական գերատեսչության կողմից. օրինակ, Սարվազյանին պատկանում է հյուսվածքների խոնավացման (ջրազրկման աստիճանի) և մարմնի վիճակի միջև կապի բացահայտումը: Սարվազյանի լաբորատորիայի աշխատանքը պահանջված է Մերձավոր Արևելքում ԱՄՆ-ի գլխավորած ռազմական գործողությունների հետ կապված։

Աշխարհայացքային ցնցումները խոստանում են Սայմոն Շնոլի հայտնագործությունը. նա բացահայտեց տիեզերագեոֆիզիկական գործոնների ազդեցությունը ֆիզիկական և կենսաքիմիական ռեակցիաների ընթացքի վրա։ Բանն այն է, որ հայտնի Գաուսի օրենքը կամ չափման սխալների նորմալ բաշխումը, պարզվում է, որ կոպիտ միջինացման արդյունք է, որը միշտ չէ, որ վավերական է։ Իրականում բոլոր ընթացող գործընթացներն ունեն որոշակի «սպեկտրալ» բնութագրեր՝ շնորհիվ տարածության անիզոտրոպության։ «Տիեզերական» քամին, որի մասին գրել են 20-րդ դարի ֆանտաստագիր գրողները, իր հաստատումը գտնում է 21-րդ դարի նուրբ փորձերի և ինքնատիպ կոնցեպտների մեջ։

Մեր մոլորակի վրա ապրող բոլոր մարդկանց համար ամենակարևորը կարող է լինել կենսաֆիզիկոս Ալեքսեյ Կարնաուխովի հետազոտությունը։ Նրա կլիմայական մոդելները կանխատեսում են, որ մենք կբախվենք գլոբալ սառեցմանը, որին հաջորդում է տաքացումը: Զարմանալի չէ, որ այս թեմայի նկատմամբ հանրային մեծ հետաքրքրություն է առաջացել: Զարմանալի է, բայց «Վաղը օրը» ֆիլմը հիմնված է ոչ միայն այս գաղափարի վրա, այլ նույնիսկ սառեցման կոնկրետ մոդելի վրա, որն առաջարկել է Կարնաուխովը։ Գոլֆստրիմը, որը տաքացնում է Հյուսիսային Եվրոպան, կդադարի ջերմություն բերել Ատլանտյան օվկիանոսից այն պատճառով, որ Լաբրադորի հոսանքը, որը հակառակ է դրան, աղազրկվելու է սառցադաշտերի հալման և հյուսիսային գետերի հոսքի ավելացման պատճառով։ , ինչը կհեշտացնի ու կդադարեցնի «սուզվելը» Գոլֆստրիմի տակ։ Վերջին տարիներին նկատված հյուսիսային գետերի հոսքի ավելացումը և սառցադաշտերի հալոցքը Կարնաուխովի կանխատեսումներին ավելի ու ավելի են հիմնավորում։ Կլիմայական աղետների ռիսկերը կտրուկ աճում են, և եվրոպական մի շարք երկրներում հասարակությունն արդեն ահազանգում է։

Սրտաբանական կենտրոնից Ռոբերտ Բիբիլաշվիլիի հետազոտությունները զգալի արդյունքների են հանգեցրել մի շարք հիվանդությունների բուժման հարցում, որոնք նախկինում համարվում էին անբուժելի: Պարզվել է, որ ժամանակին միջամտությունը (ուրոկինազա ֆերմենտի ներարկումը ուղեղի ինսուլտից տուժած հիվանդների ուղեղի հատվածներ) կարող է ամբողջությամբ վերացնել նույնիսկ շատ ծանր նոպաների հետևանքները: Ուրոկինազը ֆերմենտ է, որը ձևավորվում է արյան և անոթային բջիջների կողմից և հանդիսանում է համակարգի բաղադրիչներից մեկը, որը կանխում է թրոմբոզի զարգացումը։

Մինչև վերջերս ռուսական կենսաֆիզիկան առաջնահերթություն էր պահպանում բազմաթիվ գիտական ​​ոլորտներում. Վսևոլոդ Տվերդիսլովը զբաղվում է կյանքի ծագման ոլորտում բնօրինակ հետազոտություններով, Ֆազոիլ Աթաուլլախանովը ստացել է մի շարք հիմնարար արդյունքներ՝ հասկանալու արյան համակարգի գործունեությունը. Մ.

Համաշխարհային կենսաֆիզիկական հանրությունը ոգևորությամբ ողջունեց Ալեքսեյ Ֆինքելշտեյնի և Օլեգ Պտիցինի կողմից գրված «Սպիտակուցների ֆիզիկա» գիրքը։ Մաքսիմ Ֆրանկ-Կամենեցկու «ԴՆԹ-ի դարաշրջանը» (ռուսերեն առաջին հրատարակության «Ամենակարևոր մոլեկուլը») գրքի հետ միասին այս գիրքը դարձել է աշխատասեղանի ուղեցույց բազմաթիվ երկրների ուսանողների և գիտնականների համար: Ընդհանուր առմամբ, վերջին 15 տարիների ընթացքում ռուսական կենսաֆիզիկան, չնայած ֆինանսավորման զգալի կրճատմանը, չի կորցրել նոր գաղափարներ առաջացնելու և օրիգինալ արդյունքներ ստանալու ունակությունը։ Սակայն գիտական ​​ենթակառուցվածքի և գործիքային բազայի վատթարացումը, երիտասարդների արտահոսքը տնտեսության ավելի շահութաբեր ոլորտներ հանգեցրեց նրան, որ գիտության հետագա զարգացման ռեսուրսները սպառվեցին։ Ներքին գիտությունը մի փոքր կորցրել է իր զարգացման արագությունն ու ինտենսիվությունը։ Գիտությանը աջակցում էին գիտնականների նվիրումը, արևմտյան գործընկերների և հիմնադրամների օգնությունը, ինչպես նաև կրթության աշխատասիրությամբ պայմանավորված իներցիայի նշանակությունը։ Այստեղ «փրկիչ» դեր է խաղացել նաև գիտնականների հակումների պահպանողականությունը։ Գիտությունը դարեր շարունակ աջակցություն է ստացել հասարակության վերին շերտերի մարդկանց հետաքրքրության շնորհիվ, ովքեր իրենց գրպանից ֆինանսավորում են հետազոտությունները (կարծում ենք՝ Օլդենբուրգի արքայազնը): Ակադեմիական գիտության հայտնի արիստոկրատիան իր կրողներին փրկեց «անցումային շրջանի» շուկայական գայթակղություններից։

Այժմ կենսաֆիզիկայի այս «ազնվական դոնորներն» այլևս չեն կարողանում գտնել և կրթել իրենց տեսակին. երիտասարդները գրասենյակներ են գնում ոչ թե այն պատճառով, որ գիտություն չեն սիրում, այլ այն պատճառով, որ չեն կարողանում լիարժեք վարձատրություն գտնել իրենց աշխատանքի համար: Թերի կրթությունը դարձել է մեր ժամանակների պատուհասը՝ իսկական գիտնական «դարձնելու» համար անհրաժեշտ է առնվազն 8-10 տարի՝ 5-6 տարի սովորել համալսարանում կամ համալսարանում, իսկ երեք տարի՝ ասպիրանտուրայում։ Այս ամբողջ ընթացքում երիտասարդին պետք է աջակցեն ծնողները, բայց եթե նա սկսում է «լրացուցիչ վաստակել», ապա դա, որպես կանոն, ավարտվում է «օֆիս» հեռանալով։ Սակայն բավականին դժվար է գտնել ծնողներ, ովքեր պատրաստ են տասը տարի դաստիարակել իրենց երեխային և բավարարել նրա հետաքրքրությունը գիտության նկատմամբ։ Նման ծնողների կարելի էր գտնել գիտական ​​հանրության մեջ, եթե իրենք՝ գիտնականները, բավարար ֆինանսավորում ունենային։ Երկարատև կրթության շնորհիվ ձեռք է բերվում «երկար խաղացող» մասնագետ, սակայն ուսման կիսատ դադարը հանգեցնում է «թողումների»։ Հենց գիտության ոլորտում երիտասարդ մասնագետների (և ոչ ձեռքբերումների) անուղղելի կորուստն է ռուսական կենսաֆիզիկայի փոփոխությունների հիմնական արդյունքը։ Ձեռքբերումների կորուստը և համաշխարհային մակարդակի հետազոտությունների կորուստը գործընթաց է, որը դեռ սպասում է մեզ, եթե երիտասարդները չվերադառնան գիտություն:

Օտարերկրյա գիտնականների վերջին ձեռքբերումներից կարելի է նշել երկուսը. նախ՝ Միչիգանի համալսարանի ամերիկացի հետազոտողների խումբը՝ Ս.Ջ. Վայսը հայտնաբերել է կենսաբանական հյուսվածքի «եռաչափ» զարգացման համար պատասխանատու գեներից մեկը, և երկրորդ՝ ճապոնացի գիտնականները ցույց են տվել, որ մեխանիկական սթրեսներն օգնում են ստեղծել արհեստական ​​անոթներ։ Ճապոնացի գիտնականները ցողունային բջիջները տեղադրեցին պոլիուրեթանային խողովակի մեջ և հեղուկը խողովակի միջով անցկացրին տարբեր ճնշման տակ: Պուլսացիայի պարամետրերը և մեխանիկական սթրեսի կառուցվածքը մոտավորապես նույնն էին, ինչ իրական մարդու զարկերակների մեջ: Արդյունքը հուսադրող է՝ ցողունային բջիջները «վերածվել» են արյունատար անոթները պատող բջիջների։ Այս աշխատանքը թույլ է տալիս ավելի խորը հասկանալ օրգանների զարգացման մեջ մեխանիկական սթրեսի դերը: Օրակարգում է արյան շրջանառության համակարգի արհեստական ​​«պահեստամասերի վերանորոգման» ստեղծումը։ Գիտության նորությունները կարելի է դիտել Scientific.ru կայքում:

Ամփոփելով՝ կարելի է ասել, որ ռուսական կենսաֆիզիկան շատ բան է կորցրել ներկայում, սակայն նրան սպառնում է ավելի լուրջ վտանգ՝ կորցնել ապագան։

Մարդու գործառույթների իմացությունը ամենադժվար խնդիրներից է։ Գիտության զարգացումը տեղի է ունենում առաջին փուլերում՝ առարկաների տարբերակում, որն ուղղված է որոշակի խնդիրների խորը ուսումնասիրմանը: Առաջին փուլում մենք փորձում ենք իմանալ որոշակի հատված, և երբ դա մեզ հաջողվում է, առաջ է գալիս մեկ այլ խնդիր՝ ինչպես ընդհանուր գաղափար կազմել։ Բնօրինակ մասնագիտությունների հանգույցում կան գիտական ​​առարկաներ։ Սա վերաբերում է նաև կենսաֆիզիկային, որը հայտնվեց ֆիզիոլոգիայի, ֆիզիկայի, ֆիզիկական քիմիայի խաչմերուկում և նոր հնարավորություններ բացեց կենսաբանական գործընթացները հասկանալու համար:

Կենսաֆիզիկա- գիտություն, որն ուսումնասիրում է ֆիզիկական և ֆիզիկաքիմիական գործընթացները կենդանի նյութի տարբեր մակարդակներում (մոլեկուլային, բջջային, օրգան, ամբողջ օրգանիզմ), ինչպես նաև կենդանի նյութի վրա ֆիզիկական միջավայրի գործոնների ազդեցության օրենքներն ու մեխանիզմները։

Հատկացնել-

• մոլեկուլային կենսաֆիզիկա - պրոցեսների կինետիկա և թերմոդինամիկա
• բջջային կենսաֆիզիկա - բջջի կառուցվածքի և ֆիզիկաքիմիական դրսևորումների ուսումնասիրություն - թափանցելիություն, կենսապոտենցիալների ձևավորում
• Զգայական օրգանների կենսաֆիզիկա - ընդունման ֆիզիկական և քիմիական մեխանիզմներ, էներգիայի փոխակերպում, ընկալիչների մեջ տեղեկատվության կոդավորում:
• Բարդ համակարգերի կենսաֆիզիկա - կարգավորման և ինքնակարգավորման գործընթացներ և այդ գործընթացների թերմոդինամիկական առանձնահատկությունները
• Արտաքին գործոնների ազդեցության կենսաֆիզիկա - ուսումնասիրում է մարմնի վրա իոնացնող ճառագայթման ազդեցությունը, ուլտրաձայնը, թրթռումը, լույսի ազդեցությունը

Կենսաֆիզիկայի առաջադրանքներ

1. Ստեղծել վայրի բնության օրինաչափություններ՝ ուսումնասիրելով մարմնում ֆիզիկական և քիմիական երևույթները
2. Մարմնի վրա ֆիզիկական գործոնների ազդեցության մեխանիզմների ուսումնասիրություն

Էյլեր (1707-1783) - հիդրոդինամիկայի տեսության օրենքները, բացատրել արյան շարժումը անոթներով

Lavoisier (1780) - ուսումնասիրել է էներգիայի փոխանակումը մարմնում

Գալվանի (1786) - կենսապոտենցիալների, կենդանիների էլեկտրաէներգիայի վարդապետության հիմնադիր

Հելմհոլց (1821)

Ռենտգեն - փորձել է բացատրել մկանների կծկման մեխանիզմները պիեզո էֆեկտների դիրքից

Arrhenius - դասական կինետիկայի օրենքներ կենսաբանական գործընթացները բացատրելու համար

Լոմոնոսով - էներգիայի պահպանման և փոխակերպման օրենք

Սեչենով - ուսումնասիրել է արյան մեջ գազի տեղափոխումը

Լազարև - ազգային կենսաֆիզիկական դպրոցի հիմնադիր

Պաուլինգ - սպիտակուցի տարածական կառուցվածքի բացահայտում

Ուոթսոն և Կրիկ - ԴՆԹ-ի կրկնակի կառուցվածքի բացահայտում

Հոջկին, Հաքսլի, Կաց - բիոէլեկտրական երևույթների իոնային բնույթի բացահայտում

Պրիգոժին - անշրջելի գործընթացների թերմոդինամիկայի տեսություն

Eigen - հիպերցիկլների տեսություն, որպես էվոլյուցիայի հիմք

Սակման, Նեհեր - հաստատել է իոնային ալիքների մոլեկուլային կառուցվածքը

Կենսաֆիզիկան դարձավ բժշկության զարգացման հետ կապված, քանի որ. այնտեղ կիրառվել են մարմնի վրա ֆիզիկական ազդեցության մեթոդներ։

Կենսաբանությունը զարգանում էր, և անհրաժեշտ էր ներթափանցել մոլեկուլային մակարդակում տեղի ունեցող կենսաբանական գործընթացների գաղտնիքները.

Արդյունաբերության կարիքը, որի զարգացումը հանգեցրեց մարմնի վրա տարբեր ֆիզիկական գործոնների ազդեցությանը `ռադիոակտիվ ճառագայթում, թրթռում, անկշռություն, ծանրաբեռնվածություն:

Կենսաֆիզիկական հետազոտության մեթոդներ

• Ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծություն- նյութի ատոմային կառուցվածքի ուսումնասիրություն՝ օգտագործելով ռենտգենյան դիֆրակցիան։ Նյութի էլեկտրոնային խտության բաշխումը որոշվում է դիֆրակցիոն օրինաչափությունից, և արդեն դրանից կարելի է որոշել, թե որ ատոմներն են պարունակվում նյութում և ինչպես են դրանք տեղակայված։ Բյուրեղային կառուցվածքների, հեղուկների և սպիտակուցների մոլեկուլների ուսումնասիրություն:
• Սյունակի քրոմատոգրաֆիա- խառնուրդների տարբեր բաշխում և վերլուծություն 2 փուլերի միջև՝ շարժական և ստացիոնար: Այն կարող է կապված լինել նյութի կլանման տարբեր աստիճանների կամ իոնների փոխանակման տարբեր աստիճանների հետ: Կարող է լինել գազ կամ հեղուկ: Նյութերի բաշխումն օգտագործվում է մազանոթներում՝ մազանոթ, կամ սորբենտով լցված խողովակներում՝ սյունաձև։ Կարելի է անել թղթի, ափսեների վրա
• Սպեկտրային վերլուծություն- նյութի որակական և քանակական որոշումը օպտիկական սպեկտրներով. Նյութը որոշվում է կա՛մ արտանետումների սպեկտրով՝ արտանետումների սպեկտրալ վերլուծությամբ, կա՛մ կլանման սպեկտրով՝ կլանմամբ: Նյութի պարունակությունը որոշվում է սպեկտրի գծերի հարաբերական կամ բացարձակ հաստությամբ: Ներառում են նաև ռադիոսպեկտրոսկոպիա՝ էլեկտրոնային պարամագնիսական ռեզոնանս և միջուկային մագնիսական ռեզոնանս:
• Իզոտոպային ցուցում
• էլեկտրոնային մանրադիտակ
• ուլտրամանուշակագույն մանրադիտակ- Ուլտրամանուշակագույն ճառագայթների մեջ կենսաբանական օբյեկտների ուսումնասիրությունը մեծացնում է պատկերի, հատկապես ներբջջային կառուցվածքների հակադրությունը և թույլ է տալիս հետազոտել այլ բջիջներ՝ առանց նախնական ներկման և ամրացնելու պատրաստուկը։

Գոյության կարևորագույն պայմաններից մեկը ֆունկցիաների, օրգանների և հյուսվածքների, համակարգերի համարժեք հարմարեցումն է շրջակա միջավայրին։ Գոյություն ունի օրգանիզմի և շրջակա միջավայրի մշտական ​​հավասարակշռում։ Այս գործընթացներում հիմնական գործընթացը ֆիզիոլոգիական գործառույթների կարգավորումն ու վերահսկումն է։

Տարբեր համակարգերում տեղեկատվության ներդրման, կառավարման և մշակման ընդհանուր օրենքները ուսումնասիրվում են կիբեռնետիկայի գիտության կողմից (կիբեռնետիկան կառավարման արվեստ է): Կառավարման օրենքները ընդհանուր են ինչպես մարդկանց, այնպես էլ տեխնիկական սարքերի համար: Կիբեռնետիկայի առաջացումը նախապատրաստվել է ավտոմատ կառավարման տեսության, ռադիոէլեկտրոնիկայի զարգացմամբ և տեղեկատվական տեսության ստեղծմամբ։

Այս աշխատանքը ներկայացվել է Շենոնի կողմից (1948) «Հաղորդակցության մաթեմատիկական տեսություն» գրքում.

Կիբեռնետիկազբաղվում է ցանկացած բնույթի համակարգերի ուսումնասիրությամբ, որոնք կարող են տեղեկատվություն ստանալ, պահել և մշակել և օգտագործել այն կառավարման և կարգավորման համար: Կիբեռնետիկան ուսումնասիրում է այն ազդանշաններն ու գործոնները, որոնք հանգեցնում են որոշակի վերահսկողական գործընթացների։

Դա մեծ նշանակություն ունի բժշկության համար։ Կենսաբանական գործընթացների վերլուծությունը հնարավորություն է տալիս որակապես և քանակապես ուսումնասիրել կարգավորման մեխանիզմները։ Կառավարման և կարգավորման տեղեկատվական գործընթացները մարմնում որոշիչ են, այսինքն. առաջնային են, որոնց հիման վրա տեղի են ունենում բոլոր գործընթացները։

Համակարգեր- միմյանց հետ կապված և որոշակի գործառույթներ կատարող տարրերի կազմակերպված համալիր՝ ամբողջ համակարգի ծրագրին համապատասխան: Ուղեղի տարրերը կլինեն նեյրոններ։ Թիմի տարրերը այն մարդիկ են, ովքեր կազմում են այն: Միայն ամբոխը կիբեռնետիկ համակարգ չէ։

Ծրագիր- համակարգի փոփոխությունների հաջորդականությունը տարածության և ժամանակի մեջ, որը կարող է ներառվել համակարգի կառուցվածքում կամ մուտք գործել դրսից:

Միացում- տարրերի միմյանց հետ փոխազդեցության գործընթաց, որի ժամանակ տեղի է ունենում նյութի, էներգիայի, տեղեկատվության փոխանակում:

Հաղորդագրությունները շարունակական են և դիսկրետ:

շարունակականունեն անընդհատ փոփոխվող արժեքի բնույթ (արյան ճնշում, ջերմաստիճան, մկանային լարվածություն, երաժշտական ​​մեղեդիներ):

Դիսկրետ- բաղկացած է միմյանցից տարբերվող առանձին աստիճաններից կամ աստիճանավորումներից (միջնորդների մասեր, ԴՆԹ-ի ազոտային հիմք, Մորզեի կոդի կետեր և գծիկներ)

Կարևոր է նաև տեղեկատվության կոդավորման գործընթացը: Այն կոդավորված է նյարդային ազդակներով՝ նյարդային կենտրոնների կողմից տեղեկատվության ընկալման համար։ Կոդի տարրեր՝ սիմվոլներ և դիրքեր։ Նշանները չափազուրկ մեծություններ են, որոնք տարբերում են ինչ-որ բան (այբուբենի տառերը, մաթեմատիկական նշանները, նյարդային ազդակները, հոտավետ նյութերի մոլեկուլները և դիրքերը որոշում են նշանների տարածական և ժամանակային դասավորությունը):

Տեղեկատվական կոդը պարունակում է նույն տեղեկատվությունը, ինչ սկզբնական հաղորդագրությունը: Սա իզոմորֆիզմի ֆենոմենն է։ Կոդի ազդանշանը շատ ցածր էներգիայի արժեք ունի: Տեղեկատվության ժամանումը գնահատվում է ազդանշանի առկայությամբ կամ բացակայությամբ:

Հաղորդագրությունն ու տեղեկատվությունը նույնը չեն, քանի որ ըստ տեղեկատվության տեսության

Տեղեկատվություն- անորոշության չափը, որը վերացվում է հաղորդագրությունը ստանալուց հետո:

Իրադարձության հնարավորությունը a priori տեղեկատվություն.

Տեղեկատվություն ստանալուց հետո իրադարձության հավանականությունը a posteriori տեղեկատվություն.

Հաղորդագրության տեղեկատվական լինելն ավելի մեծ կլինի, եթե ստացված տեղեկատվությունը մեծացնի հետին հավանականությունը։

Տեղեկատվական հատկություններ.

1. Տեղեկատվությունը իմաստ ունի միայն այն դեպքում, եթե կան դրա ընդունիչներ (սպառող)՝ «եթե սենյակում կա հեռուստացույց, և այնտեղ ոչ ոք չկա»:
2. Ազդանշանի առկայությունը պարտադիր չէ ցույց տալ, որ տեղեկատվություն է փոխանցվում, քանի որ կան հաղորդագրություններ, որոնք ոչ մի նոր բան չեն կրում սպառողի համար։
3. Տեղեկատվությունը կարող է փոխանցվել ինչպես գիտակցական, այնպես էլ ենթագիտակցական մակարդակով։
4. Եթե ​​իրադարձությունը հուսալի է (այսինքն դրա հավանականությունը P=1 է), ապա հաղորդագրությունը, որ դա տեղի է ունեցել, սպառողի համար որևէ տեղեկություն չի պարունակում:
5. Հաղորդագրություն մի իրադարձության մասին, որի հավանականությունը Պ< 1, содержит в себе информацию, и тем большую, чем меньше вероятность события, которого произошло.

Ապատեղեկատվություն- տեղեկատվության բացասական արժեքը.

Իրադարձությունների անորոշության չափանիշ - էնտրոպիա(H)

Եթե ​​log2 N=1, ապա N=2

Տեղեկատվության միավոր - քիչ(տեղեկատվության կրկնակի միավոր)

H=lg N (հարթլի)

1 Հարթլիտասը համարժեք հնարավորություններից մեկը ընտրելու համար անհրաժեշտ տեղեկատվության քանակն է: 1 Հարթլի = 3,3 բիթ

Կարգավորիչը կարող է աշխատել փոխհատուցման վրա, երբ մարմնի վրա ազդեցությունը կարգավորիչի փոխհատուցող գործողությունն է, ինչը հանգեցնում է ֆունկցիայի նորմալացմանը:

Կառավարումն ուղղված է ֆիզիոլոգիական գործառույթների գործարկմանը, դրանց ուղղմանը և գործընթացների համակարգմանը:

Ամենահինը կարգավորման հումորալ մեխանիզմն է։

նյարդային մեխանիզմ.

նյարդահումորալ մեխանիզմ.

Կարգավորող մեխանիզմների զարգացումը հանգեցնում է նրան, որ կենդանիները կարողանում են շարժվել և կարող են թողնել անբարենպաստ միջավայր՝ ի տարբերություն բույսերի։

Ֆորպոստ մեխանիզմ (մարդկանց մոտ) - պայմանավորված ռեֆլեքսների տեսքով: Ազդանշանային խթանների դեպքում մենք կարող ենք միջոցներ ձեռնարկել շրջակա միջավայրի վրա ազդելու համար:

Ինչ է կենսաֆիզիկան

Մարդը ձգտում է ճանաչել աշխարհը: Այս խիզախություններում մարդը հույսը դնում է գիտության և տեխնիկայի վրա: Հսկայական ռադիոաստղադիտակները լսեցին հեռավոր գալակտիկաների «ձայնը», դիմացկուն բաթիսկաֆները օգնեցին բացահայտել նոր աշխարհ՝ աննախադեպ կենդանիներով օվկիանոսի հատակին, հզոր հրթիռները թողեցին գրավիտացիայի ոլորտը և ճանապարհ բացեցին դեպի տիեզերք…

Մեզ շրջապատող բնության մեջ կա ևս մեկ «ամրոց». Սա ինքնին կյանքն է: Այո, կյանքը, կենդանի օրգանիզմը, կենդանի բջիջը` պրոտոպլազմայի (կամ ցիտոպլազմայի) անտեսանելի մի կտոր, որի միջուկը պատված է պատյանի մեջ, աշխարհի ամենաառեղծվածային երեւույթներից է: Եվ այս «ամրոցը» պետք է հանձնվի, հզոր զենք՝ մարդկային միտքը պատառոտում է ծածկոցները կենդանի բջիջների մանրադիտակային աշխարհներից՝ ներթափանցելով կյանքի բուն էության մեջ։
Մարդու կողմից բնության ուսումնասիրությունն այժմ այնքան արագ է ընթանում և հանգեցնում այնպիսի անսպասելի արդյունքների ու եզրակացությունների, որ դրանք չեն տեղավորվում հին գիտությունների շրջանակում։ Օրինակ՝ ֆիզիկան՝ բնական երևույթների կարևորագույն գիտություններից մեկը, այնքան է զարգացել, որ անհրաժեշտություն է առաջացել առանձնացնել նոր, անկախ ոլորտներ՝ քվանտային ֆիզիկա, միջուկային, պինդ վիճակի ֆիզիկա, աստղագիտություն, ռադիոֆիզիկա և այլն։ Գործընթացը։ Բնության մասին մարդու գիտելիքների ընդլայնումն ու խորացումը հանգեցրել է գիտության այնպիսի ճյուղերի առաջացմանը, որոնք ուսումնասիրում են գործընթացներ և երևույթներ, որոնք միաժամանակ պատկանում են գիտելիքի տարբեր ոլորտներին:
Նման սահմանային գիտությունը, որը առաջացել է կենսաբանության, ֆիզիկայի և քիմիայի խաչմերուկում, կենսաֆիզիկան է, որը հատուկ դեր է խաղում կենդանի նյութի հատկությունների ուսումնասիրության մեջ։
Կենսաֆիզիկան գիտություն է կենդանի օրգանիզմում ֆիզիկական և ֆիզիկա-քիմիական գործընթացների և դրանց կարգավորման մասին:
Կենսաֆիզիկայից իրենց հերթին բուսնում են նոր գիտություններ, որոնք ընդլայնում են մարդկային գիտելիքների հորիզոնները։ Ահա թե ինչպես է աչքի ընկել ռադիոկենսաբանությունը՝ կենդանի օրգանիզմների վրա տարբեր տեսակի ճառագայթների ազդեցության գիտություն. տիեզերական կենսաբանություն - գիտություն, որն ուսումնասիրում է տիեզերքում կյանքի առանձնահատկությունները. մեխանոքիմիա, որն ուսումնասիրում է քիմիական և մեխանիկական էներգիայի փոխադարձ փոխակերպումը, որը տեղի է ունենում մկանային մանրաթելերում. Վերջերս ի հայտ եկավ բիոնիկան, որն ուսումնասիրում է կենդանի օրգանիզմները, որպեսզի օգտագործեն նրանց աշխատանքի սկզբունքները նոր, կատարյալ դիզայներական սարքեր և ապարատներ ստեղծելու համար:
Կենսաֆիզիկայի մեջ ընդգրկված այս գիտական ​​առարկաների մասին պատմությունը չափազանց շատ տեղ կզբաղեցնի, ուստի մենք կխոսենք միայն կենսաֆիզիկայում այսօր մշակվող երեք հիմնական ուղղությունների մասին, նրա երեք բաժինների մասին՝ մոլեկուլային կենսաֆիզիկա, բջջային և վերահսկման գործընթացների կենսաֆիզիկա:
Յուրաքանչյուր գիտություն, այդ թվում՝ կենսաֆիզիկա, բաղկացած է երկու մասից՝ տեսական և փորձարարական, սերտորեն կապված միմյանց հետ, փոխադարձաբար լրացնող։ Բայց նրանց միջև կան նաև տարբերություններ. Տեսական կենսաֆիզիկան ուսումնասիրում է կենսաբանական մոլեկուլներում առաջնային երևույթներն ու գործընթացները մոդելային նյութերի վրա, ինչպես ասում են գիտնականները, այսինքն՝ կենդանի օրգանիզմից մեկուսացված կամ արհեստականորեն ստեղծված համակարգերի վրա։ Այս մոդելային համակարգերը օգտագործվում են ֆոտոսինթեզի հիմնական գործընթացները, կենսապոտենցիալների բնույթը, կենսալյումինեսցենցիան և այլ երևույթներ ուսումնասիրելու համար։
Փորձարարական (կիրառական) կենսաֆիզիկան ուսումնասիրում է ամբողջ մարմնի և նրա առանձին օրգանների գործունեությունը` օգտագործելով տեսական կենսաֆիզիկայի մեթոդներն ու մոտեցումները (շարժման կենսաֆիզիկա, տեսողություն, ֆիզիոլոգիական գործառույթների կարգավորում):
Կենսաֆիզիկայի խոշոր բաժիններից մեկը, ինչպես արդեն նշվեց, կոչվում է մոլեկուլային կենսաֆիզիկա։ Այս բաժինը ուսումնասիրում է կենսաբանական մոլեկուլների հատկությունները, զգայուն բջիջներում տեղի ունեցող ֆիզիկաքիմիական գործընթացները, դրանց փոխհարաբերությունները բջջային կառուցվածքների հետ: Առանձնահատուկ ուշադրություն է դարձվում ֆերմենտների՝ սպիտակուցների հատկությունների ուսումնասիրությանը, որոնք ունեն կենդանի օրգանիզմների կենսաքիմիական ռեակցիաները արագացնելու (կատալիզացնելու) հատկություն։
Մոլեկուլային կենսաֆիզիկայի հաջողությունների շնորհիվ մարդիկ շատ բան իմացան այն մասին, թե ինչպես է տեղեկատվությունը պահվում և փոխանցվում կենդանի բջիջներում, ինչպես են շարժվում մոլեկուլներն ու իոնները, ինչպես են սինթեզվում սպիտակուցները, ինչպես է էներգիան պահվում կենդանի բջիջներում: Մոլեկուլային կենսաֆիզիկան օգնում է ֆոտոսինթեզի ուսումնասիրությանը:
Բոլորը տեսան բույսերի կանաչ տերևները: Բայց, հավանաբար, ոչ բոլորը գիտեն, թե ինչ զարմանալի գործընթացներ են տեղի ունենում կեչու կամ թռչնի բալի, խնձորի կամ ցորենի սովորական տերևում։ Արևը Երկիր է ուղարկում հսկայական քանակությամբ էներգիա, որը կվնասի, եթե չլինեին կանաչ տերևները, որոնք գրավում են այն, նրա օգնությամբ ստեղծում օրգանական նյութեր և դրանով իսկ կյանք տալիս Երկրի վրա գտնվող ողջ կյանքին:
Այս շատ կարևոր պրոցեսը տեղի է ունենում տերևի բջիջներում տեղակայված կանաչ մասնիկների՝ բույսերի պիգմենտներ պարունակող քլորոպլաստներում՝ քլորոֆիլ և կարոտինոիդներ։
Լույսի էներգիայի մասերը կլանվում են պիգմենտներով և առաջացնում ջրի ֆոտոօքսիդացում. այն իր էլեկտրոնը տալիս է քլորոֆիլի մոլեկուլին, իսկ հետո պրոտոնն օգտագործվում է ածխածնի երկօքսիդը վերածելու ածխաջրերի: (Պրոտոնն ու էլեկտրոնը, ինչպես գիտեք, կազմում են ջրածնի ատոմը, այս ատոմը մաս-մաս հանվում է ջրի մոլեկուլից: Ջուրը օքսիդացվում է և ավելացվում ածխաթթու գազի մեջ, և ստացվում են ածխաջրեր:) Մնացած ջուրը ( այն կոչվում է հիդրոքսիլ) քայքայվում է հատուկ ֆերմենտներով՝ առաջացնելով թթվածին, որը շնչում են բոլոր կենդանի էակները։
Մենք շատ կարճ խոսեցինք ֆոտոսինթեզի մասին։ Փաստորեն, քլորոֆիլով կլանված լույսի էներգիայի վերածումը կանաչ տերևի մեջ սինթեզված նյութերի քիմիական էներգիայի մոլեկուլային փոփոխությունների անվերջանալի շղթա է։ Այս գործընթացի ընթացքում էլեկտրոնները անցնում են մի մոլեկուլից մյուսը, առաջանում են բարձր էներգիա ունեցող միացությունների մոլեկուլներ և քայքայվում, տեղի են ունենում հարյուր հազարավոր ռեակցիաներ։
Կենսաֆիզիկոսները նույնպես քրտնաջան աշխատել են այս գործընթացի բացահայտման համար, և մենք պարտավոր ենք մոլեկուլային կենսաֆիզիկայի՝ դրա մանրամասները պարզաբանելու համար:
Կարելի է հարց տալ՝ ինչո՞ւ են գիտնականներն այդքան երկար և համառ պայքարում կանաչ տերևի գաղտնիքի շուրջ։ Փաստն այն է, որ կանաչ տերեւը, ասես, մանրանկարչական «գործարան» է, որն արտադրում է նյութեր, որոնք կազմում են մարդու սնուցման հիմքը: Հաշվարկվել է, որ որպես հումք կանաչ բույսերը տարեկան սպառում են հսկայական քանակությամբ ածխաթթու գազ՝ 150,000,000,000 գ։ Եթե ​​գիտնականները մինչև վերջ բացահայտեն կանաչ տերևի մեծ առեղծվածը, մարդկությունը կստանա ամենաարագ և խնայող ճանապարհը՝ սնունդ և այլ կարևոր ապրանքներ ստանալու համար, մի խոսքով՝ այն ամենը, ինչ այսօր տալիս են կանաչ բույսերը մարդուն։
Մոլեկուլային կենսաֆիզիկան զբաղվում է նաև կենդանիների օրգանիզմներում տեղի ունեցող գործընթացներով, օրինակ՝ նրանց զգայական օրգաններում։
Մոլեկուլային կենսաֆիզիկայի այդպիսի զարմանալի և արտասովոր էջերից մեկը հոտի ուսումնասիրությունն է։ Քիմիկոսները ստեղծել են մոտ 1 միլիոն օրգանական միացություններ, և գրեթե բոլորն ունեն իրենց բնորոշ հոտը։ Մարդը կարող է տարբերել մի քանի հազար հոտ, և որոշ նյութերի համար բավական է չափազանց փոքր քանակությամբ դրանք զգալու համար՝ ընդամենը միլիոներորդ և միլիարդերորդական միլիգրամի մեկ լիտր ջրի համար (օրինակ՝ նյութեր, ինչպիսիք են սկատոլը, տրինիտրոբութիլ տոլուենը, [բավարար 7-10 -9 մգ / լ):
Կենդանիներն ավելի զգայուն են, քան մարդիկ։ Շները, օրինակ, տարբերում են մոտ կես միլիոն տարբեր հոտեր: Նրանք ի վիճակի են (հատկապես հոտառող շներին) ճիշտ հոտը զգալ, նույնիսկ եթե այն աննշանորեն թույլ է: Արժե, որ մարդը մի փոքր շոշափի թեմային, և շունն արդեն կարող է որոշել, թե ով է դա արել: Լինում են դեպքեր, երբ վարժեցված հայտնաբերող շները երկրաբաններին օգնել են գետնի տակ ընկած 2-3 մ խորության վրա գտնվող հանքաքար գտնել։
Բայց, հավանաբար, բոլորին գերազանցում են ձկներն ու միջատները։ Որոշ ձկներ զգում են բուրավետ նյութ իր անչափ ցածր պարունակության դեպքում՝ 10 «մգ/լ: Դա նման է նյութի մեկ կաթիլը 100 միլիարդ մ3 ջրում լուծարելուն: Թիթեռները հոտով իրար են գտնում մի քանի կիլոմետր հեռավորության վրա: Հաշվարկները ցույց են տալիս, որ Այդպես Թիթեռների դեպքում նրանք հայտնաբերում են գրեթե մեկ մոլեկուլ գարշահոտ նյութի 1 մգ օդի համար: Թե ինչպես է դա տեղի ունենում, մնում է առեղծված: Որոշ գիտնականներ ենթադրում են, որ հոտային նյութերը տարածում են էլեկտրամագնիսական ալիքները, որոնց էներգիան ընկալվում է միջատների զգայուն բջիջների կողմից: և օգնում է նրանց գտնել միմյանց այդքան մեծ հեռավորությունների վրա:
Վերջերս կենսաֆիզիկոսների ուշադրությունը գրավել է ճանճերի որոշ տեսակների արտասովոր ունակությունը։ Պարզվում է, որ ճանճը, թաթերով դիպչելով նյութին, ակնթարթորեն ճշգրիտ քիմիական անալիզ է արտադրում։ Այս երևույթի մեխանիզմն անհայտ է, սակայն հաստատվել է, որ թաթերի վրա գտնվող հատուկ զգայուն բջիջները էլեկտրամագնիսական միջոցներով որոշում են նյութի «համը»։
Մոլեկուլային կենսաֆիզիկան օգնում է պարզել ոչ միայն կենդանիների, ձկների և միջատների տարբեր խմբերի հոտային օրգանների զգայունության և կառուցվածքի տարբերությունները, այլև հոտի որոշման գործընթացը: Այժմ հաստատվել է, որ կան մի քանի հիմնական (6-7) հոտեր, որոնց համակցությունները բացատրում են դրանց ողջ բազմազանությունը։ Այս հիմնական հոտերը համապատասխանում են հոտառության բջիջների որոշակի տեսակների, որոնք ընկալում են հոտը: Բջիջներն ունեն խստորեն սահմանված ձևի և չափի մոլեկուլային խորշեր, որոնք համապատասխանում են հոտավետ նյութերի մոլեկուլների ձևին (կամֆորի մոլեկուլն ունի գնդիկի նմանություն, մուշկի մոլեկուլը՝ սկավառակ և այլն): Մտնելով «իր» խորքում՝ մոլեկուլը գրգռում է նյարդերի վերջավորությունները և ստեղծում հոտառություն։
Նույնիսկ մի կարճ պատմությունից պարզ է դառնում, որ սերտ կապ կա բջիջների ուսումնասիրության և դրանցում տեղի ունեցող մոլեկուլային գործընթացների, այսինքն՝ մոլեկուլային և բջջային կենսաֆիզիկայի միջև: Նրանցից մեկը ուսումնասիրում է մոլեկուլային փոփոխությունները, կենսաբանական մոլեկուլների հատկությունները, ինչպես նաև այն համակարգերը, որոնք բջիջներում մոլեկուլներ են կազմում (ինչպես ասում են՝ ենթամոլեկուլային գոյացություններ), դրանց հատկություններն ու փոփոխությունները, իսկ մյուսը՝ բջիջների հատկություններն ու գործունեությունը. կծկվող, հոտառություն և այլն:
Բջջային կենսաֆիզիկայի զարգացմանը, որը մենք հիմա կքննարկենք, մեծապես նպաստեց էլեկտրոնային մանրադիտակի գյուտը: Էլեկտրոնային մանրադիտակի օգտագործումը հարյուր հազարավոր, միլիոնավոր անգամներ խոշորացմամբ մեծապես ընդլայնել է մեր գիտելիքները մոլորակում բնակվող կենդանի օրգանիզմների, նրանց ներքին կառուցվածքի մասին: Էլեկտրոնային մանրադիտակով բջիջը ուսումնասիրելիս անմիջապես բացվեց ուլտրամանրադիտակային (ամենափոքր) բջջային կառուցվածքների նոր աշխարհ: Էլեկտրոնային մանրադիտակները հնարավորություն են տվել տեսնել թաղանթի տարբեր հաստություններ, ամենափոքր խողովակները, որոնք հարյուր հազարավոր անգամ ավելի բարակ են, քան մարդու մազը, փոքրիկ փուչիկները, խոռոչները, խողովակները: Ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ նույնիսկ ամենափոքր բջջային կառուցվածքները՝ միտոքոնդրիումները, քլորոպլաստները, նույնպես ունեն բավականին բարդ կառուցվածք։ Պարզ դարձավ, որ ցանկացած բջիջ, որը կարծես միջուկով պրոտոպլազմայի պարզ գոյացություն է, բարդ գոյացություն է՝ մեծ թվով մանր բջջային մասնիկներով (ինչպես ասում են՝ կառուցվածքային տարրեր), որոնք գործում են խիստ կարգով և փոխկապակցված։ բարդ, ճշգրիտ և համակարգված ձևով:
Հետազոտողներին հատկապես տպավորել է կառուցվածքային տարրերի բազմազանությունը։ Օրինակ՝ նյարդային բջիջում կա մինչև 70 հազար մասնիկ՝ միտոքոնդրիա, որոնց շնորհիվ բջիջը շնչում է և էներգիա ստանում իր գործունեության համար։ Բացի այդ, բջջում կան մինչև հարյուր հազար ամենափոքր մասնիկներ՝ ռիբոսոմներ, որոնք ստեղծում են սպիտակուցի մոլեկուլներ։
Ամենազարմանալին այն է, որ կենդանի օրգանիզմի ցանկացած փոքրիկ բջջում տեղի են ունենում ճշգրիտ համակարգված գործընթացներ՝ տեղի է ունենում անհրաժեշտ նյութերի կլանումը և ավելորդ նյութերի արտազատումը, տեղի է ունենում շնչառություն և բաժանում։ Սրա հետ մեկտեղ բջիջները կատարում են հատուկ գործառույթներ. ցանցաթաղանթի բջիջները որոշում են լույսի ուժն ու որակը, քթի լորձաթաղանթի բջիջները որոշում են նյութերի հոտը, տարբեր գեղձերի բջիջները արտազատում են հատուկ նյութեր՝ մարսողությունը խթանող ֆերմենտներ և հորմոններ, որոնք նպաստում են մարմնի աճին և զարգացմանը.
Իրենց բոլոր մեծ աշխատանքի մասին՝ տեսած, լսված, բացահայտված, բջիջները հաղորդում են նյարդային էլեկտրական իմպուլսները ուղեղին՝ գլխավոր համակարգող կենտրոնին: Ինչպես են բջիջները ստանում անհրաժեշտ տեղեկատվությունը շրջակա տարածությունից, ինչպես է այդ տեղեկատվությունը գաղտնագրվում էլեկտրական ազդակներ-իմպուլսներում, ինչպես են ձևավորվում կենսաբանական պոտենցիալները բջիջներում, ինչ կապ ունի ուղեղի հետ. այս և շատ այլ հարցեր ուսումնասիրվում են բջջային կենսաֆիզիկայի կողմից:
Վերջերս կարևոր բացահայտում է արվել բջջային կենսաֆիզիկայի ոլորտում. Վաղուց հայտնի է, որ շատ կենդանի օրգանիզմներ ունեն փայլելու հատկություն՝ լյումինեսցենտ: Ծովերի շատ բնակիչների փայլն ուժեղ է` ձկներ, սպունգեր, աստղեր և այլն: Բայց պարզվում է, որ ցանկացած օրգանիզմի բջիջներն ունեն լյումինեսցենտություն` այսպես կոչված, գերթույլ փայլ: Այս լույսն այնքան աննշան է, որ միայն հատուկ սարքերը կարող են հայտնաբերել այն՝ ֆոտոբազմապատկիչներ, որոնք ունակ են միլիոնավոր անգամ ուժեղացնել լույսի անկման հոսքը: Գերթույլ փայլը նկատվում է բույսերի արմատներում և տերևներում, կենդանիների տարբեր օրգանների բջիջներում։ Գերթույլ փայլը բնորոշ է կենդանի օրգանիզմների բոլոր բջիջներին և առաջանում է բջիջներում տեղի ունեցող կենսաքիմիական ռեակցիաների արդյունքում:
Գիտնականները պարզել են, որ գերթույլ փայլն ունի իր առանձնահատկությունները կենդանիների, միջատների և բույսերի տարբեր խմբերում։ Գերթույլ փայլի ինտենսիվությամբ կենսաֆիզիկոսներն արդեն կարող են որոշել գյուղատնտեսական բույսերի երաշտի և ցրտահարության դիմադրությունը (գարի, ցորեն) և դրանով իսկ օգնել բուսաբույծներին և բույսերի ֆիզիոլոգներին ցանկալի սորտերի բուծման գործում:
Մենք արդեն ասացինք, որ բոլոր բջիջները փոխկապակցված են, որ դրանցում տեղի ունեցող ռեակցիաները, չնայած իրենց բարդությանը, ընթանում են զարմանալի օրինաչափությամբ և կայունությամբ, խոսեցինք նաև ուղեղի հետ բոլոր բջիջների սերտ կապի մասին։ Բջիջների, օրգանների և ամբողջ օրգանիզմի այս առանձնահատկությունները ուսումնասիրվում են գիտության վերջերս ի հայտ եկած ճյուղի կողմից՝ վերահսկողության և կարգավորման գործընթացների կենսաֆիզիկայի կողմից:
Այս բաժնի աշխատանքի մասին խոսենք հետևյալ օրինակով. Մարդու յուրաքանչյուր օրգան կազմված է անթիվ բջիջներից, որոնք հաճախ կատարում են հատուկ աշխատանքներ։ Օրինակ, հոտառության մեջ կարեւոր դեր է խաղում քթի լորձաթաղանթը, այսպես կոչված, հոտառական էպիթելը: Լորձաթաղանթը զբաղեցնում է ոչ ավելի, քան 4 վրկ տարածք, բայց պարունակում է գրեթե 500 միլիոն հոտառական ընկալիչ բջիջներ: Նրանց աշխատանքի մասին տեղեկատվությունը փոխանցվում է հոտառական նյարդին նյարդաթելերի միջոցով, որոնց թիվը հասնում է 50 միլիոնի, իսկ հետո՝ ուղեղ։ Ուղեղի մասերը՝ գլխուղեղի կիսագնդերը, պարունակում են 2 1010 բջիջ, իսկ ուղեղիկում դրանք ավելի շատ են՝ 10-րդ։ Նույնիսկ] դժվար է պատկերացնել, թե ուղեղն ինչ տեղեկատվական հոսք է ստանում ամեն վայրկյան բոլոր օրգաններից և հյուսվածքներից։
Բջիջներից առաջնային էլեկտրական իմպուլսների տեսքով եկող ազդանշանները պետք է ճիշտ վերծանվեն, այնուհետև անհրաժեշտ է ընդունել համապատասխան «որոշումներ» և փոխանցել պատասխան ազդանշաններ. . Հասկանալի է, որ կենտրոնական նյարդային համակարգը արտաքին միջավայրից ստանում է հազարավոր տարբեր ազդանշաններ՝ ձայների, լույսի, հոտերի և այլնի տեսքով։Այսպիսով, | մենք տեսնում ենք, թե որքան բարդ են փոխկապակցվածությունները ցանկացած օրգանիզմում, որքան բարդ է բջիջների կառավարումը, դրանց վիճակը կարգավորելը, կյանքի բոլոր գործընթացների հետևողականությունը վերահսկելը:
Կենսաֆիզիկայի այս կարևոր ճյուղը հենվում է մեկ այլ գիտության՝ կիբեռնետիկայի կողմից հայտնաբերված օրենքների վրա։ Օգտագործելով դրա մեթոդները՝ հսկողության և կարգավորման գործընթացներն ուսումնասիրող կենսաֆիզիկոսները մշակել են կենդանի օրգանիզմների, օրգանների, բջիջների և նույնիսկ այդ բջիջներում տեղի ունեցող առանձին գործընթացների էլեկտրոնային մոդելներ: Նման էլեկտրոնային մոդելները (օրինակ՝ էլեկտրոնային կրիա, էլեկտրոնային նյարդային բջիջ, ֆոտոսինթեզի գործընթացի էլեկտրոնային մոդել) հեշտացնում են բոլոր | Կենդանի օրգանիզմում կարգավորման բարդ երևույթներ.
Կենսաֆիզիկոսները, ովքեր ուսումնասիրում են կենդանի օրգանիզմի կարգավորումն ու կառավարումը, պարզել են, որ կենդանի օրգանիզմների և՛ բջիջները, և՛ օրգանները զարմանալի հատկություն ունեցող համակարգ են: Բջիջներն ու օրգանները, ինչպես ասում են կենսաֆիզիկոսները, ԻՆՔՆԱկարգավորվող, ԻՆՔՆԱկարգավորվող, ԻՆՔՆԱկարգավորվող, ԻՆՔՆԱՍԻՐՎՈՂ համակարգեր են, այսինքն՝ նրանց ամբողջ աշխատանքը, նրանց բնութագրող անսովոր հատկություններն ու հատկությունները, ներսում միջավայրի բաղադրության կայունությունը։ դրանք և նրանց կատարած աշխատանքը՝ ամեն ինչ պայմանավորված է դրանցում հոսող գործընթացներով։
Կենսաֆիզիկոսների աշխատանքը մի փոքր ավելի մանրամասն պատկերացնելու համար մենք կխոսենք մեկ հետաքրքիր ուղղության մասին, որն առաջացել է կենսաֆիզիկայի հիման վրա և արդեն ձևավորվել է անկախ կենսաֆիզիկական գիտության մեջ՝ բիոնիկա։
Սա գիտություն է, որն ուսումնասիրում է կենդանի օրգանիզմները՝ ստեղծելու կատարյալ արհեստական ​​համակարգեր, մեքենաներ և սարքեր: Բիոնիկայի հետազոտությունների արդյունքները ցույց են տվել, որ բոլոր մասնագիտությունների նախագծող ինժեներները շատ բան ունեն սովորելու բնությունից։ Ահա մի քանի օրինակներ.
Ժամանակակից էլեկտրոնային համակարգիչների դիզայնը ներառում է մեծ թվով տարբեր մասեր (կիսահաղորդչային դիոդներ, տրիոդներ, դիմադրություններ, կոնդենսատորներ և այլն)։ Էլեկտրոնային համակարգիչների չափերը կախված են նրանից, թե քանի այդպիսի մասեր (տարրեր) կա մեքենայի 1 սմ3-ում։ Որքան շատ աշխատանքային տարրեր 1 սմ3-ում (այսպես կոչված՝ մոնտաժային խտություն), այնքան ավելի տարողունակ է մեքենայի «հիշողությունը», այնքան շատ են անհրաժեշտ գործողությունները կատարելու հնարավորությունները, այնքան լավ է աշխատանքը։ Ստացվում է, որ եթե մեքենաների տեխնիկական սխեմաներում հավաքման ամենաբարձր խտությունը հասնում է 2000 տարրի 1 սմ3-ում, ապա ուղեղի տարրերի հավաքման խտությունը 50 հազար անգամ ավելի է՝ 100,000,000 տարր 1 սմ3-ում։

Կենդանի օրգանիզմների և ամենաբարդ ժամանակակից մեքենաների ու սարքերի միջև տարբերությունը դրսևորվում է ոչ միայն կառուցվածքով, այլև հատկություններով։ Վերցրեք, օրինակ, տեսողության օրգանները։ Կենդանիների աչքերը ոչ միայն տարբեր չափերի են՝ մրջյունի մանրադիտակից փոքրից (0,1 մմ) մինչև հսկա (20-30 սմ) կաղամարներում, այլև տարբերվում են այլ հատկություններով:
Պարզվում է, որ պայտաձկան աչքն ի վիճակի է մեծացնել տեսանելի պատկերի եզրի և ընդհանուր ֆոնի միջև եղած հակադրությունը, որպեսզի թեման կտրուկ ընդգծվի, ինչպես անում են հեռուստացույցի էկրանին, ավելացնելով կամ թուլացնելով կոնտրաստը։ . Հետաքրքիր հատկություն ունի նաև սովորական ճահճային գորտի աչքը. Հայտնի է, որ գորտը սնվում է միայն շարժվող մթերքներով՝ ճանճեր, միջատներ, խոզուկներ։ Բայց եթե միջատը չի շարժվում, գորտը երբեք չի գտնի իր կերակուրը և սոված կմնա՝ նրա աչքը ընկալում է միայն շարժվող առարկաները՝ անտեսելով ֆոնը։
Վաղուց հայտնի է, որ գիշերային անտառային թռչունները (արծիվ բու, բու) հիանալի տեսնում են մթության մեջ, սակայն վերջերս որոշ կենդանիների (գորտեր, մկներ) արտասովոր ունակությունը տեսնելու նույնիսկ «անտեսանելի» իոնացնող ճառագայթներ՝ ռենտգենյան ճառագայթներ և տիեզերական։ ճառագայթում.
Բնությունը պարզվեց, որ բացառիկ դիզայներ է, ով լսողության ոլորտում հասել է հմտությունների արտասովոր բարձունքների: Փորձերը ցույց են տվել, որ մարդու ականջն իր զգայունությամբ ունակ է ընկալելու ձայներ, որոնց աննշան ինտենսիվությունը նույնիսկ դժվար է պատկերացնել։ Դա կարելի է համեմատել միայն այն «աղմուկի» հետ, որով տեղի է ունենում մոլեկուլների ջերմային շարժում։ Ոչ պակաս տպավորիչ է մորեխի լսողական օրգանը, որը գտնվում է նրա ոտքի վրա։ Այս օրգանը թույլ է տալիս մորեխին զգալ թրթռումներ, որոնց մեծությունը (ամպլիտուդը) ջրածնի ատոմի տրամագծի կեսն է։ Մորեխի լսողության զգայունությունն այնքան բարձր է, որ գտնվելով Մոսկվայում՝ կարող է ընկալել Հեռավոր Արևելքում տեղի ունեցող ամենափոքր երկրաշարժերը։
Bionics-ը ձգտում է իմանալ կենդանի օրգանիզմների բոլոր անսովոր հատկությունները և կիրառել ստացված տվյալները մեքենաներ և սարքեր ստեղծելու համար: Օրինակ՝ գիտնականները սարք են մշակում, որը թույլ կտա կույրերին կարդալ սովորական տպագրական տպագրված գրքերը։ Արդեն ստեղծվել է արհեստական ​​ձեռքի մոդել՝ կառավարվող մարդու մտքով, ավելի ճիշտ՝ մկաններում առաջացող կենսապոտենցիալներով։ Մեղուների և ճպուռների աչքերի ուսումնասիրության հիման վրա (ի դեպ, նրանք ունեն շատ մեծ տեսադաշտ՝ 240-300 °), դիզայներները ստեղծել են սարք՝ երկնային կողմնացույց, որն օգտագործվում է նավերի և ինքնաթիռների շարժման մեջ: Մեդուզաների ուսումնասիրությունը հանգեցրեց սարքի կառուցմանը, որը նախազգուշացնում է գրեթե 15 ժամվա ընթացքում փոթորկի սկսվելու մասին: Bionics-ի կողմից մշակված սարքերի ցանկը բավականին մեծ է, և նույնիսկ դրանց պարզ թվարկումը երկար ժամանակ կպահանջի։
Բայց բիոնիկան ոչ միայն պատճենում է կենդանիների առանձին օրգանների գործառույթներն ու կառուցվածքը: Նրանք ուսումնասիրում և օգտագործում են միջատների, թռչունների և ձկների մոտ տեղեկատվության փոխանցման առանձնահատկությունները: Այս աշխատանքների արդյունքները շատ հետաքրքիր են։ Այսպիսով, վերջերս հայտնի դարձավ, որ մոծակները միմյանց հետ շփվում են միլիմետրային միջակայքի (13-17 մմ) էլեկտրամագնիսական ալիքների միջոցով, իսկ մոծակների «ռադիոկայանի» հեռահարությունը 15 մ է (օրինակ, երբ հայտնվում է չղջիկ): Գիտնականներն աշխատում են ուլտրաձայնային սարքերի ստեղծման վրա, որոնք վանում են վնասակար միջատներին և գրավում օգտակար միջատներին։ (Տե՛ս նաև «Ի՞նչ է տեխնիկական կիբեռնետիկան և բիոնիկան» հոդվածը բիոնիկայի մասին):

Մենք խոսեցինք կենսաֆիզիկոսների կատարած հետազոտության միայն մի փոքր մասի մասին, բայց շատ ավելի շատ օրինակներ կարելի է բերել ինչպես մոլեկուլների, բջիջների, այնպես էլ ամբողջ օրգանիզմի ուսումնասիրության ոլորտում։ Մեր դարը մեծ ձեռքբերումների ժամանակ է գիտելիքի բոլոր բնագավառներում, այդ թվում՝ կենդանի բնության մասին:

Ա.Պ. Դուբովը

Լուսանկարներ տեղադրելը և մեր կայքի հոդվածները այլ ռեսուրսներում մեջբերելը թույլատրվում է աղբյուրին և լուսանկարներին հղումով տրամադրելու պայմանով: