Subiecte interesante și importante în biofizică. Fiziologia și biofizica corpului uman. Raportul dintre fazele potențialului de acțiune și excitabilitatea

Una dintre cele mai vechi științe este, desigur, biologia. Interesul oamenilor pentru procesele care au loc în ei înșiși și ființele din jur a apărut cu câteva mii de ani înaintea erei noastre.

Observarea animalelor, a plantelor, a proceselor naturale a fost o parte importantă a vieții oamenilor. De-a lungul timpului, s-au acumulat multe cunoștințe, au fost îmbunătățite și dezvoltate metode de studiere a vieții sălbatice și mecanismele care apar în ea. Acest lucru a dus la apariția multor secțiuni care alcătuiesc o știință complexă în total.

Cercetările biologice în diverse domenii ale vieții fac posibilă obținerea de noi date valoroase care sunt importante pentru înțelegerea structurii biomasei planetei. Utilizați aceste cunoștințe în scopuri umane practice (explorare spațială, medicină, agricultură, industria chimică și așa mai departe).

Multe descoperiri au făcut posibilă realizarea de cercetări biologice în domeniul structurii interne și al funcționării tuturor sistemelor vii. Compoziția moleculară a organismelor, microstructura lor a fost studiată, multe gene au fost izolate și studiate din genomul oamenilor și animalelor, plantelor. Meritele biotehnologiei, celulare și vă permit să obțineți mai multe recolte de plante pe sezon, precum și să creșteți rase de animale care dau mai multă carne, lapte și ouă.

Studiul microorganismelor a făcut posibilă obținerea de antibiotice și crearea a zeci și sute de vaccinuri care permit înfrângerea multor boli, chiar și a celor care obișnuiau să ia mii de vieți în epidemiile de oameni și animale.

Prin urmare, știința modernă a biologiei reprezintă posibilitățile nelimitate ale omenirii în multe ramuri ale științei, industriei și conservarea sănătății.

Clasificarea stiintelor biologice

Una dintre primele secțiuni private ale științei biologiei a apărut. Cum ar fi botanica, zoologia, anatomia și taxonomia. Mai târziu, au început să se formeze discipline mai dependente de echipamentul tehnic - microbiologie, virologie, fiziologie etc.

Există o serie de științe tinere și progresiste care au apărut abia în secolul 20-21 și joacă un rol important în dezvoltarea modernă a biologiei.

Nu există una, ci mai multe clasificări după care științele biologice pot fi clasificate. Lista lor este destul de impresionantă în toate cazurile, luați în considerare una dintre ele.

Biologie	Științe private	Botanică	se ocupă cu studiul structurii externe și interne, proceselor fiziologice, filogenezei și distribuției în natură a tuturor plantelor existente pe planetă (flora)	Include următoarele secțiuni: algologie; dendrologie; taxonomie; anatomie; morfologie; fiziologie; briologie; paleobotanica; ecologie; geobotanică; etnobotanica; reproducerea plantelor.
		Zoologie	se ocupa cu studiul structurii externe si interne, proceselor fiziologice, filogenezei si distributiei in natura a tuturor animalelor existente pe planeta (fauna)	Discipline incluse în: Discipline: anatomie topografică; comparativ; sistematic; vârstă; plastic; funcţional; experimental.
		Antropologie	o serie de discipline care studiază dezvoltarea și formarea unei persoane într-un mediu biologic și social într-un complex	Secțiuni: filozofic, judiciar, religios, fizic, social, cultural, vizual.
		Microbiologie	studiază cele mai mici organisme vii, de la bacterii la viruși	Discipline: virologie, bacteriologie, microbiologie medicală, micologie, microbiologie industrială, tehnică, agricolă, spațială
		Științe generale	Sistematică	Sarcinile includ dezvoltarea bazei pentru clasificarea întregii vieți de pe planeta noastră, cu scopul de a ordona strict și de a identifica orice reprezentant al biomasei.
	Morfologie		descrierea semnelor externe, a structurii interne și a topografiei organelor tuturor ființelor vii	Secțiuni: plante, animale, microorganisme, ciuperci
	Fiziologie		studiază caracteristicile funcționării unui anumit sistem, organ sau parte a corpului, mecanismele tuturor proceselor care asigură activitatea sa vitală	Plante, animale, oameni, microorganisme
	Ecologie		știința relației ființelor vii între ele, mediul și omul	Geoecologie, generală, socială, industrială
	Genetica		studiază genomul ființelor vii, mecanismele de ereditate și variabilitatea trăsăturilor sub influența diferitelor condiții, precum și modificările istorice ale genotipului în timpul transformărilor evolutive
	biogeografie		are în vedere relocarea și distribuția anumitor specii de ființe vii de pe planetă
	doctrina evoluționistă		dezvăluie mecanismele dezvoltării istorice a omului și a altor sisteme vii de pe planetă. Originea și dezvoltarea lor
	Științe complexe care au apărut la joncțiunea între ele	Biochimie	studiază procesele care au loc în celulele ființelor vii din punct de vedere chimic
		Biotehnologie	ia în considerare utilizarea organismelor, a produselor și/sau a părților acestora pentru nevoile umane
		Biologie moleculara	studiază mecanismele de transmitere, stocare și utilizare a informațiilor ereditare de către ființele vii, precum și funcțiile și structura fină a proteinelor, ADN-ului și ARN-ului.	Stiinte conexe: inginerie genetica si celulara, genetica moleculara, bioinformatica, proteomica, genomica
		Biofizică	este o știință care studiază toate procesele fizice posibile care au loc în toate organismele vii, de la viruși la oameni	Secțiunile acestei discipline vor fi discutate mai jos.

Astfel, am încercat să surprindem principala diversitate care este științele biologice. Această listă cu dezvoltarea tehnologiei și a metodelor de studiu se extinde și se completează. Prin urmare, o clasificare unificată a biologiei nu există astăzi.

Bioștiințe progresive și semnificația lor

Cele mai tinere, moderne și progresiste științe ale biologiei includ:

• biotehnologie;
• biologie moleculara;
• biologia spațială;
• biofizică;
• biochimie.

Fiecare dintre aceste științe a fost formată nu mai devreme de secolul al XX-lea și, prin urmare, este considerată pe bună dreptate tânără, în curs de dezvoltare intensă și cea mai semnificativă pentru activitatea umană practică.

Să ne oprim asupra unora dintre ele precum biofizica. Aceasta este o știință care a apărut în jurul anului 1945 și a devenit o parte importantă a întregului sistem biologic.

Ce este biofizica?

Pentru a răspunde la această întrebare, în primul rând, este necesar să subliniem contactul său strâns cu chimia și biologia. În unele probleme, granițele dintre aceste științe sunt atât de strânse, încât este dificil de identificat care dintre ele este implicat în mod specific și are prioritate. Prin urmare, merită să considerăm biofizica ca o știință complexă care studiază procesele fizice și chimice profunde care au loc în sistemele vii atât la nivelul moleculelor, celulelor, organelor, cât și la nivelul Biosferei în ansamblu.

Ca orice alta, biofizica este o știință care are propriul obiect de studiu, scopuri și obiective, precum și rezultate demne și semnificative. În plus, această disciplină este strâns corelată cu câteva direcții noi.

Obiecte de studiu

Pentru biofizică sunt biosisteme la diferite niveluri organizaționale.

1. virusuri, ciuperci unicelulare și alge).
2. Cele mai simple animale.
3. Celulele individuale și părțile lor structurale (organele).
4. Plante.
5. Animale (inclusiv oameni).
6. comunități ecologice.

Adică, biofizica este studiul vieții din punctul de vedere al proceselor fizice care au loc în el.

Sarcinile științei

Inițial, sarcinile biofizicienilor au fost să dovedească existența proceselor și fenomenelor fizice în viața ființelor vii și să le studieze, aflând natura și semnificația lor.

Sarcinile moderne ale acestei științe pot fi formulate după cum urmează:

1. Să studieze structura genelor și mecanismele care însoțesc transmiterea și stocarea acestora, modificări (mutații).
2. Luați în considerare multe aspecte ale biologiei celulare (interacțiunea celulelor între ele, interacțiunile cromozomiale și genetice și alte procese).
3. Să studieze moleculele polimerice (proteine, acizi nucleici, polizaharide) în combinație cu biologia moleculară.
4. Să dezvăluie influența factorilor cosmogeofizici asupra cursului tuturor proceselor fizice și chimice din organismele vii.
5. Dezvăluie mai profund mecanismele fotobiologiei (fotosinteză, fotoperiodism și așa mai departe).
6. Implementarea și dezvoltarea metodelor de modelare matematică.
7. Aplicați rezultatele nanotehnologiei la studiul sistemelor vii.

Din această listă, este evident că biofizica studiază o mulțime de probleme semnificative și grave ale societății moderne, iar rezultatele acestei științe sunt de mare importanță pentru o persoană și viața sa.

Istoria formării

Ca știință, biofizica s-a născut relativ recent - în 1945, când și-a publicat lucrarea „Ce este viața din punctul de vedere al fizicii”. El a fost primul care a observat și a indicat că multe legi ale fizicii (termodinamice, legile mecanicii cuantice) au loc tocmai în viața și munca organismelor ființelor vii.

Datorită muncii acestui om, știința biofizicii și-a început dezvoltarea intensivă. Cu toate acestea, chiar și mai devreme, în 1922, a fost creat în Rusia un institut de biofizică, condus de P.P. Lazarev. Acolo, rolul principal este atribuit studiului naturii excitației în țesuturi și organe. Rezultatul a fost identificarea importanței ionilor în acest proces.

1. Galvani descoperă electricitatea și semnificația ei pentru țesuturile vii (bioelectricitate).
2. A. L. Chizhevsky este părintele mai multor discipline care studiază influența spațiului asupra biosferei, precum și radiațiile de ionizare și electrohemodinamica.
3. Structura detaliată a moleculelor de proteine ​​a fost studiată numai după descoperirea analizei de difracție cu raze X (analiza difracției cu raze X). Acest lucru a fost făcut de Perutz și Kendrew (1962).
4. În același an, a fost descoperită structura tridimensională a ADN-ului (Maurice Wilkins).
5. Neher și Zakman au reușit în 1991 să dezvolte o metodă de fixare locală a potențialului electric.

De asemenea, o serie de alte descoperiri au permis științei biofizicii să se angajeze pe calea modernizării intensive și progresive în dezvoltare și formare.

Secțiuni de biofizică

Există o serie de discipline care alcătuiesc această știință. Să luăm în considerare cele mai elementare dintre ele.

1. Biofizica sistemelor complexe – are în vedere toate mecanismele complexe de autoreglare a organismelor pluricelulare (sistemogeneză, morfogeneză, sinergogeneză). De asemenea, această disciplină studiază trăsăturile componentei fizice a proceselor de ontogeneză și dezvoltare evolutivă, nivelurile de organizare a organismelor.
2. Bioacustica și biofizica sistemelor senzoriale - studiază sistemele senzoriale ale organismelor vii (viziunea, auzul, recepția, vorbirea și altele), modalitățile de transmitere a diferitelor semnale. Dezvăluie mecanismele de conversie a energiei atunci când organismele percep influențe externe (iritații).
3. Biofizica teoretică - include o serie de subștiințe implicate în studiul termodinamicii proceselor biologice, construcția de modele matematice ale părților structurale ale organismelor. De asemenea, ia în considerare procesele cinetice.
4. Biofizica moleculară - ia în considerare mecanismele profunde ale organizării structurale și funcționării unor astfel de biopolimeri precum ADN, ARN, proteine, polizaharide. El este angajat în construcția de modele și imagini grafice ale acestor molecule, prezice comportamentul și formarea lor în sistemele vii. De asemenea, această disciplină construiește sisteme supramoleculare și submoleculare pentru a determina mecanismul de construcție și acțiune a biopolimerilor în sistemele vii.
5. Biofizica celulei. El studiază cele mai importante procese celulare: diferențierea, diviziunea, excitația și biopotențialele structurii membranei. O atenție deosebită se acordă mecanismelor de transport prin membrană a substanțelor, diferenței de potențial, proprietăților și structurii membranei și părților înconjurătoare.
6. Biofizica metabolismului. Principalele luate în considerare sunt solarizarea și adaptarea organismelor la aceasta, hemodinamica, termoreglarea, metabolismul și influența razelor de ionizare.
7. Biofizica aplicata. Se compune din mai multe discipline: bioinformatica, biometria, biomecanica, studiul proceselor evolutive si ontogeneza, biofizica patologica (medicala). Obiectele de studiu ale biofizicii aplicate sunt sistemul musculo-scheletic, metodele de mișcare, metodele de recunoaștere a oamenilor după trăsături fizice. Biofizica medicală merită o atenție specială. Se ia în considerare procesele patologice în organisme, metodele de reconstrucție a secțiunilor deteriorate de molecule sau structuri sau compensarea acestora. Oferă material pentru biotehnologie. Are o mare importanță în prevenirea dezvoltării bolilor, în special de natură genetică, eliminarea acestora și explicarea mecanismelor de acțiune.
8. Biofizica habitatelor - studiază efectele fizice atât ale habitatelor locale ale ființelor, cât și efectele entităților spațiale apropiate și îndepărtate. De asemenea, ia în considerare bioritmurile, influența condițiilor meteorologice și a biocâmpurilor asupra creaturilor. Elaborează măsuri pentru prevenirea impactului negativ

Toate aceste discipline aduc o contribuție enormă la dezvoltarea înțelegerii mecanismelor vieții sistemelor vii, a influenței biosferei și a diferitelor condiții asupra acestora.

Realizări moderne

Unele dintre cele mai semnificative evenimente care se referă la realizările biofizicii pot fi denumite:

• a dezvăluit mecanismele de clonare a organismelor;
• au fost studiate caracteristicile transformărilor și rolul oxidului de azot în sistemele vii;
• s-a stabilit relația dintre ARN-urile mici și mesageri, ceea ce va face posibilă în viitor găsirea unei soluții la multe probleme medicale (eliminarea bolilor);
• a descoperit natura fizică a undelor auto;
• datorită muncii biofizicienilor moleculari, au fost studiate aspecte ale sintezei și replicării ADN-ului, ceea ce a condus la posibilitatea creării unui număr de noi medicamente pentru boli grave și complexe;
• au fost create modele computerizate ale tuturor reacțiilor care însoțesc procesul de fotosinteză;
• sunt dezvoltate metode de cercetare ultrasonică a unui organism;
• s-a stabilit legătura dintre procesele cosmogeofizice și biochimice;
• schimbările climatice prezise pe planetă;
• descoperirea semnificației enzimei urokenaze în prevenirea trombozei și eliminarea consecințelor după accident vascular cerebral;
• de asemenea, a făcut o serie de descoperiri asupra structurii proteinei, a sistemului circulator și a altor părți ale corpului.

Institutul de Biofizică din Rusia

La noi, ele există. M. V. Lomonosov. Pe baza acestei instituții de învățământ funcționează Facultatea de Biofizică. El este cel care pregătește specialiști calificați pentru munca în acest domeniu.

Este foarte important să oferim un început bun viitorilor profesioniști. Au o treabă grea în față. Un biofizician este obligat să înțeleagă toate complexitățile proceselor care au loc la ființele vii. În plus, elevii trebuie să înțeleagă fizica. La urma urmei, aceasta este o știință complexă - biofizica. Prelegerile sunt structurate astfel încât să acopere toate disciplinele legate de și care constituie biofizica și să acopere atât aspectele biologice, cât și cele fizice.

Odată cu extinderea și aprofundarea cunoștințelor umane despre organismele vii, au apărut astfel de ramuri ale științei care studiază procese și fenomene care aparțin simultan diferitelor domenii ale cunoașterii. Printre aceste discipline științifice fizica biologica, sau biofizică. Ce studiază și care sunt metodele ei de cercetare?

Se știe că fizica studiază legile de bază ale naturii: structura atomilor și nucleelor, proprietățile particulelor elementare, interacțiunea undelor electromagnetice și particulelor etc. Biofizica, care a apărut la intersecția dintre biologie și fizică, este știința a proceselor fizice și fizico-chimice de bază din organismul viu și reglarea acestora.

Biofizicienii trebuie să învețe legile structurii și activității organismelor vii fără a le încălca proprietățile, menținând organismul într-o stare vie, activă. La urma urmei, atunci când moare, corpul își pierde proprietățile inerente, toate procesele din el se schimbă și devine un sistem neînsuflețit obișnuit. Aici constă marea dificultate. De aici a apărut nevoia de a studia organismele vii la diferite „nivele” - de a studia proprietățile moleculelor biologice, trăsăturile caracteristice și funcționarea celulelor, pentru a studia activitatea comună a organelor în întregul organism etc. Prin urmare, astfel de secțiuni mari au apărute în biofizică: biofizica moleculară, biofizica celulară, managementul biofizicii și procesele de reglare etc. Să vorbim pe scurt despre fiecare dintre secțiunile principale ale biofizicii.

Biofizica moleculara studiază proprietățile moleculelor biologice, procesele fizico-chimice din celulele receptorilor. Aceste celule se numesc receptor sau sensibile, deoarece sunt primele care percep semnale despre lumină, gust, miros (în latină „receptio” – simt).

Biofizica moleculară investighează, de exemplu, procesele care au loc în organele de simț ale animalelor - în organele văzului, auzului, atingerii și mirosului. Suntem obișnuiți cu faptul că totul se întâmplă în corpul nostru simplu, natural și, uneori, nu ne gândim la cât de complexe au loc procese biofizice, de exemplu, când gustăm zahăr sau mirosim flori. Și aceasta este una dintre problemele la care biofizica moleculară a lucrat de mulți ani. Faptul este că senzațiile de gust sau miros sunt posibile datorită proceselor fizico-chimice complexe din celulele receptorilor atunci când moleculele diferitelor substanțe interacționează cu acestea.

Se știe că chimiștii au creat 1 milion de compuși organici și aproape fiecare dintre ei are propriul miros caracteristic. O persoană poate distinge câteva mii de mirosuri și simțim unele substanțe la concentrații extrem de scăzute - doar milionimi și miliarde de miligram pe litru de apă. De exemplu, pentru a simți substanțe precum skatol, trinitrobutiltoluen, concentrația lor de 10 -9 mg/l este suficientă. Animalele sunt mult mai sensibile decât oamenii. De exemplu, geologii folosesc câini special dresați pentru a adulmeca zăcămintele de minereu adânc în subteran. Toată lumea este conștientă de munca câinilor sniffer, găsind o urmă printr-un miros neglijabil. Dar, poate, peștii și insectele excelează în acuitatea mirosului. Unii pești simt o substanță mirositoare, chiar dacă este conținută în apă în concentrații extrem de mici - doar 10 -11 mg / l. Fluturii detectează aproape o moleculă de substanță mirositoare la 1 m 3 de aer.

Biofizica moleculară ajută la clarificarea nu numai a diferenței de sensibilitate și a structurii organelor olfactive la diferite animale, ci și a procesului de detectare a mirosului în sine. S-a stabilit acum că există 6-7 mirosuri de bază, dintre care diferite combinații explică diversitatea lor. Aceste mirosuri de bază corespund anumitor tipuri de celule olfactive.

Biofizica moleculară studiază proprietățile și procesele nu numai la animale, ci și la plante. În special, ea este angajată în studiul fotosintezei. Procese uimitoare și complexe au loc în frunza verde de mesteacăn, cireș, măr sau grâu. Soarele trimite o cantitate colosală de energie către Pământ, care ar fi irosită dacă nu ar fi frunzele verzi care îl captează și creează cu ajutorul ei materie organică din apă și dioxid de carbon și astfel dau viață tuturor organismelor vii.

Fotosinteza are loc în particule verzi - cloroplaste, situate în celulele frunzelor și care conțin pigment vegetal - clorofilă. Porțiuni de energie luminoasă (fotoni) sunt absorbite de pigment și produc foto-oxidarea apei: își dă electronul moleculei de clorofilă, iar protonul este folosit pentru a reduce dioxidul de carbon în carbohidrați. După cum știm, protonul și electronul formează atomul de hidrogen; acest atom „pe părți” este îndepărtat din molecula de apă. În procesul de fotosinteză, se eliberează oxigen, pe care toate organismele vii îl respiră.

Baza fotosintezei este primul proces elementar: interacțiunea porțiunilor de energie luminoasă (fotoni) cu o moleculă de clorofilă. Este acest proces care este studiat de biofizica moleculară în fotosinteză pentru a ști cum are loc conversia energiei luminoase în energia legăturilor chimice și transformarea ulterioară a substanțelor. Dacă acest proces fundamental este pe deplin cunoscut, el poate fi efectuat în condiții artificiale. Atunci omenirea va stăpâni cea mai rapidă și mai economică modalitate de a obține substanțe organice, deci hrană și materii prime valoroase, pe care plantele verzi le oferă omului astăzi.

Există o strânsă legătură între studiul celulelor și procesele moleculare care au loc în ele, adică între biofizica moleculară și cea celulară. Una dintre ele studiază modificările moleculare, proprietățile moleculelor biologice și sistemele formate de molecule din celule (cum se spune, formațiunile submoleculare), proprietățile și modificările acestora, celălalt studiază proprietățile și funcționarea diferitelor celule - excretoare, contractile, olfactive. , sensibil la lumină etc.

Dezvoltare biofizica celulară succesele fizicii și ale electronicii radio au contribuit în multe feluri, datorită acestor științe biofizica a primit microscoape electronice, care au făcut posibilă mărirea obiectelor microscopice de sute de mii de ori. Biofizicienii sunt înarmați cu rezonanță paramagnetică electronică, care poate fi folosită pentru a studia părți active speciale ale moleculelor - așa-numiții radicali liberi, care joacă un rol foarte important în toate procesele biologice. Cu ajutorul dispozitivelor foarte sensibile la lumină - tuburi fotomultiplicatoare (PMT) a devenit posibilă determinarea fluxurilor de lumină extrem de mici. Utilizarea acestor instrumente a condus la o mare descoperire în biofizica celulară.

Capacitatea de a străluci în organismele vii este cunoscută de mult timp: licurici și diverse organisme acvatice, numite bioluminescență. Dar, cu ajutorul fotomultiplicatorilor, s-a constatat că organele aproape tuturor animalelor și plantelor au capacitatea de a străluci. Această așa-numită strălucire super slabă - biochimiluminiscență - apare ca urmare a reacțiilor fizico-chimice din interiorul celulelor și este asociată cu oxidarea intracelulară a substanțelor lipidice care alcătuiesc elementele structurale. Radicalii liberi menționați mai sus joacă un rol important în aceste procese. Prin intensitatea strălucirii super-slabe, se poate monitoriza nivelul reacțiilor metabolice oxidative și eliberarea de energie ca urmare a diferitelor reacții care au loc în interiorul celulelor.

Descoperirea luminiscenței foarte slabe, a prezenței radicalilor liberi și a conexiunii lor cu activitatea vitală a celulei a schimbat dramatic conceptul de procese celulare. Sarcina biofizicii celulare a fost nu numai să înțeleagă structura ultramicroscopică a celulei și organelele sale, ci și să afle cum aceste elemente sunt conectate între ele, cum funcționează, care este motivul coerenței și consistenței proceselor. care apar în celule.

Când studiau o celulă într-un microscop electronic, oamenii de știință au deschis o nouă lume a ultramicroscopice, adică cele mai mici structuri celulare. S-au găsit membrane intracelulare, tubuli, tubuli, vezicule. Toate aceste structuri, de milioane de ori mai subțiri decât un păr uman, joacă un anumit rol în viața celulei. Orice celulă, care pare a fi un simplu bulgăre de citoplasmă cu nucleu, este o formațiune complexă cu un număr mare de particule minuscule (elemente structurale) care acționează cu acuratețe și consecvență, într-o ordine strictă, strâns interconectate. Numărul acestor elemente structurale este foarte mare, de exemplu, într-o celulă nervoasă există până la 70 de mii de particule - mitocondrii, datorită cărora celula respiră și primește energie pentru activitățile sale.

În orice celulă a unui organism viu are loc absorbția substanțelor necesare și eliberarea de substanțe inutile, au loc respirația și diviziunea, împreună cu aceasta, celulele îndeplinesc funcții speciale. Astfel, celulele retinei ochiului determină puterea și calitatea luminii, celulele mucoasei nazale determină mirosul substanțelor, celulele diferitelor glande secretă substanțe active fiziologic - enzime și hormoni care reglează creșterea și dezvoltarea corpul.

Despre toată munca lor grozavă - văzută, auzită, identificată - celulele țesutului nervos al animalelor raportează prin impulsuri electrice creierului - principalul centru de coordonare. Biofizica celulei ca întreg și una dintre secțiunile sale importante, numite electrofiziologie celulară, ei studiază modul în care celulele primesc informațiile necesare din spațiul înconjurător, cum aceste informații sunt criptate în semnale electrice - impulsuri, cum se formează curentii și potențialele biologice în celule.

Celulele unui organism viu sunt strâns legate între ele, cu creierul - principalul centru de control. În celulele înseși, în mii de elemente structurale ale acestora, au loc procese biochimice ordonate. Ce face aceste sute de mii de reacții atât de coordonate și precise?

Faptul este că atât o celulă, cât și un organ separat, și un întreg organism reprezintă un anumit sistem, bazate pe legi specifice de reglementare și interconectare. Aceste caracteristici sunt studiate de cea mai tânără secțiune - biofizica proceselor de control și reglare.

Să vorbim despre această ramură a biofizicii folosind următorul exemplu. Fiecare organ uman este format dintr-un număr mare de celule care îndeplinesc o anumită sarcină. De exemplu, membrana mucoasă a nasului, așa-numitul epiteliu mucos, joacă un rol deosebit în simțul mirosului. Aria sa nu depășește 4 cm 2, dar conține aproape 500 de milioane de celule receptori olfactiv. Informațiile despre munca lor sunt transmise prin fibre nervoase, al căror număr ajunge la 50 de milioane, către nervul olfactiv și apoi către creier. Semnalele care vin de la celule sub formă de impulsuri electrice primare trebuie să fie corect decodificate. Pentru a face acest lucru, ele sunt trimise în diferite părți ale creierului, constând dintr-un număr mare de celule. De exemplu, numai emisferele cerebrale conțin 2 * 10 10 celule, cerebelul - 10 11 celule. Creierul ia „deciziile” necesare și transmite semnale de răspuns – instrucțiuni despre cum ar trebui să funcționeze anumite celule, țesuturi sau organe. Sistemul nervos central primește sute de mii de semnale diverse din mediul extern despre sunete, lumină, mirosuri și semnale despre starea celulelor corpului însuși. Din cele spuse, este clar cât de complexe sunt interconexiunile în orice sistem viu - într-o singură celulă sau în întregul organism, cât de dificil este să gestionezi celulele, să le reglezi starea și să controlezi consistența tuturor proceselor vieții.

Această ramură importantă a biofizicii se bazează pe modele descoperite de o altă știință - cibernetică. Biofizicienii care studiază procesele de control și reglare, folosind metodele sale, au dezvoltat o serie de modele electronice, cum ar fi o țestoasă, o celulă nervoasă și procesul de fotosinteză, care facilitează studiul fenomenelor complexe de reglare din organism.

Studiul proceselor de reglare într-un organism viu a arătat că acestea au o proprietate uimitoare - autoreglare. Celulele, țesuturile, organele organismelor vii sunt sisteme de auto-reglare, auto-organizare, auto-ajustare, auto-învățare. Aceasta înseamnă că activitatea celulelor, organelor și a organismului în ansamblu este determinată de proprietățile și calitățile inerente organismului însuși. Prin urmare, fiecare celulă sau organ pe cont propriu, fără ajutor exterior reglează constanța compoziției mediului din interiorul lor. Dacă, sub influența oricărui factor, starea lor se schimbă, această proprietate uimitoare îi ajută să revină la starea lor normală.

Cloroplastele din celulele frunzelor își schimbă locația în funcție de intensitatea iluminării: la iluminare puternică, sunt situate de-a lungul pereților celulei (stânga); cu o slabă – în toată celula. Acesta este un exemplu de autoreglare celulară.

Iată doar un exemplu simplu de astfel de autoreglare. Am vorbit deja despre rolul important al cloroplastelor localizate în celulele frunzelor verzi. Cloroplastele sunt capabile să se miște independent în celule sub influența luminii, deoarece sunt foarte sensibile la aceasta. Într-o zi însorită și strălucitoare, cu intensitate luminoasă ridicată, cloroplastele sunt localizate de-a lungul peretelui celular, parcă ar încerca să evite acțiunea luminii puternice. În zilele înnorate, cloroplastele se răspândesc pe întreaga suprafață a celulei pentru a absorbi mai multe raze. Tranziția cloroplastelor dintr-o poziție în alta sub influența luminii (fototaxis) are loc datorită autoreglării celulare.

Cunoașterea de către om a naturii și a diferitelor organisme vii se desfășoară atât de rapid și duce la rezultate și concluzii atât de neașteptate încât nu se încadrează în cadrul unei singure științe. Biofizica a pus bazele pentru noi ramuri ale științei, extinzând orizonturile cunoașterii umane. Deci s-a remarcat ca o ramură independentă a biologiei radiobiologie -știința efectelor diferitelor tipuri de radiații asupra organismelor vii, biologie spațială, studiind problemele vieții în spațiu, mecanochimie, investigând conversia energiei chimice în energie mecanică, care are loc în fibrele musculare. Pe baza cercetării biofizice, a apărut o nouă știință - bionica, studierea organismelor vii pentru a utiliza principiile muncii lor pentru a crea dispozitive și aparate noi și mai avansate.

Am vorbit doar despre o mică parte din cercetările desfășurate de biofizicieni, dar s-ar putea oferi mult mai multe exemple, atât în ​​domeniul studierii moleculelor, structurilor subcelulare, cât și a corpului în ansamblu. Fiecare zi aduce noi descoperiri, inventii, idei valoroase. Secolul nostru este o perioadă de mare succes în toate domeniile cunoașterii, inclusiv în studiul naturii.

Istoria institutelor de cercetare biologică din Rusia datează de la sfârșitul secolului al XIX-lea și începe cu mușcăturile câinilor turbați. Impresionat de succesul vaccinului antirabic dezvoltat de Pasteur, Institutul de Medicină Experimentală a fost înființat la Sankt Petersburg la sfârșitul secolului al XIX-lea. Organizarea institutului a fost inițiată și finanțată de prințul A.P. Oldenburgsky. Înainte de asta, prințul a trebuit să trimită unul dintre ofițerii săi la Paris pentru vaccinare. În 1917, Institutul de Fizică și Biofizică a fost înființat la Moscova pe cheltuiala comerciantului Kh.S. Ledentsov. Acest institut era condus de P.P. Lazarev, care s-a dovedit curând a fi aproape „de trupul lui Lenin”: după tentativa de asasinat asupra liderului proletariatului mondial, a avut nevoie de o examinare cu raze X.

Biofizica în Rusia sovietică a devenit de ceva vreme o „dragă a sorții”. Bolșevicii au fost obsedați de inovația în societate și au arătat dorința de a sprijini noi direcții în știință. Mai târziu, din acest institut a apărut Institutul de Fizică al Academiei Ruse de Științe. Rețineți că multe descoperiri fizice fundamentale au avut loc datorită interesului oamenilor de știință pentru sistemele biologice. Așadar, celebrul italian Luigi Galvani a făcut descoperiri în domeniul electricității, studiind electricitatea animală pe broaște, iar Alessandro Volta a ghicit că este un fenomen fizic mai general.

În Uniunea Sovietică, autoritățile erau interesate să efectueze cercetări științifice pe un „front larg”. Era imposibil să ratezi vreuna dintre direcțiile promițătoare care ar putea promite avantaje militare sau economice în viitor. Până la începutul anilor 1990, sprijinul statului a asigurat dezvoltarea prioritară a biologiei moleculare și a biofizicii. În 1992, noile autorități au transmis oamenilor de știință un semnal clar: salariul unui cercetător a devenit mai mic decât nivelul de subzistență, iar oamenii de știință au fost nevoiți să aleagă între emigrare și schimbarea domeniului de activitate. Mulți biofizicieni care nu s-au gândit înainte la emigrare au fost nevoiți să meargă în Occident. Comunitatea de biofizicieni din Rusia este relativ mică, iar dacă sute de cercetători din câteva mii pleacă, este imposibil să nu observi acest lucru.

La început, biofizica rusă a suferit puțin din cauza emigrației „economice”. Dezvoltarea unor astfel de mijloace de comunicare precum e-mailul și internetul a făcut posibilă menținerea legăturilor între oameni de știință și colegi. Mulți au început să-și ajute institutele cu reactivi și literatură științifică și au continuat cercetările pe temele „lor”. Oameni de știință cunoscuți, după ce au ajuns într-un loc nou, au creat „platforme” pentru stagii și au invitat colegi. Cei mai energici oameni de știință au plecat, majoritatea tineri. Aceasta a dus la „îmbătrânirea” personalului științific, care a fost facilitată și de scăderea prestigiului specialității. Din cauza incapacității de a trăi cu un salariu academic, afluxul studenților în știință a scăzut. A apărut un decalaj generațional, care acum, după 15 ani de schimbare, începe să afecteze din ce în ce mai puternic: vârsta medie a angajaților din unele laboratoare ale Academiei de Științe depășește deja 60 de ani.

Biofizica rusă nu și-a pierdut pozițiile de conducere într-o serie de domenii conduse de oameni de știință care au fost educați în anii 60-80 ai secolului XX. Acești oameni de știință au făcut descoperiri semnificative în știință. Deci, ca exemplu, putem cita crearea în ultimii ani a unei noi științe - bioinformatica, ale cărei principale realizări sunt legate de analiza computerizată a genomurilor. Bazele acestei științe au fost puse încă din anii 60 de către un tânăr biofizician Vladimir Tumanyan, care a fost primul care a dezvoltat un algoritm computerizat pentru analiza secvențelor de acid nucleic. Din acest exemplu, devine clar cât de important este acum să atragem către știință tineri talentați, care ar putea pune bazele unor noi direcții științifice.

Biofizicianul Anatoly Vanin a descoperit rolul oxidului nitric în reglarea proceselor celulare încă din anii 1960. Mai târziu s-a dovedit că oxidul de azot are o mare importanță medicală. Oxidul nitric este principala moleculă de semnalizare a sistemului cardiovascular. Studiul rolului oxidului de azot în acest sistem a fost distins cu Premiul Nobel în 1998. Pe baza oxidului nitric, a fost creat cel mai popular medicament din lume pentru creșterea potenței „Viagra”. Între timp, articolul lui Anatoly Vanin „Radicali liberi de un nou tip” a fost publicat în 1965 în revista Biophysics. Oamenii de știință americani o demonstrează acum ca fiind prima lucrare asupra oxidului nitric într-un organism viu. O poveste similară s-a întâmplat cu clonarea - prima lucrare a fost publicată și în publicația internă „Biofizică”?

Multe realizări în domeniul biofizicii sunt asociate cu reacția auto-oscilativă Belousov-Zhabotinsky descoperită de oamenii de știință sovietici. Această reacție oferă un exemplu de auto-organizare în natura neînsuflețită; ea a servit drept bază pentru multe modele de sinergetică care sunt acum la modă. Oleg Mornev de la Pușchino a arătat recent că undele auto se propagă conform legilor undelor optice. Această descoperire aruncă lumină asupra naturii fizice a undelor auto, care poate fi considerată și contribuția biofizicienilor la fizică.

Una dintre cele mai interesante domenii ale biofizicii moderne este analiza legării ARN-urilor mici de proteinele care codifică ARN-ul mesager. Această legare stă la baza fenomenului de „interferență ARN”. Descoperirea acestui fenomen a fost distins cu Premiul Nobel în 2006. Comunitatea științifică mondială are mari speranțe că acest fenomen va ajuta la combaterea multor boli. Analiza mecanismelor de legare a moleculelor de ARN a fost realizată cu succes în ultimii ani de un grup internațional de cercetători condus de Olga Matveeva, care lucrează în prezent în SUA.

Cel mai important domeniu al biofizicii moleculare este studiul proprietăților mecanice ale unei singure molecule de ADN. Dezvoltarea tehnicilor fine pentru analiza biofizică și biochimică face posibilă monitorizarea unor proprietăți ale moleculei de ADN precum rigiditatea, întinderea, încovoierea și rezistența la tracțiune. Astfel de proprietăți sunt relevate în lucrările experimentale și teoretice desfășurate în ultimii ani în Rusia sub conducerea lui Serghei Grokhovsky și în SUA sub conducerea lui Carlos Bustamente. Aceste lucrări sunt strâns legate de studiile solicitărilor mecanice dintr-o celulă vie. Donald Ingber a fost primul care a subliniat asemănarea structurilor mecanice ale unei celule vii cu „structurile auto-stresate”. Astfel de structuri au fost inventate la începutul anilor 1920 de inginerul rus Karl Ioganson și „redescoperite” mai târziu de inginerul american Buckminster Fuller.

Pozițiile biofizicienilor ruși în domeniul teoriei sunt în mod tradițional puternice. Facultatea de Fizică a Universității de Stat din Moscova, unde cei mai puternici teoreticieni din țară au lucrat și predat în secolul al XX-lea, a dat foarte mult absolvenților Departamentului de Biofizică. Absolvenții acestui departament au prezentat o serie de concepte teoretice originale și au creat multe dezvoltări unice care și-au găsit aplicarea în medicină. De exemplu, Georgy Gursky și Alexander Zasedatelev au dezvoltat teoria legării compușilor activi biologic la ADN. Ei au sugerat că fenomenul de „adsorbție a matricei” stă la baza unei astfel de legături. Pe baza acestui concept, ei au propus un proiect original pentru sinteza compușilor cu greutate moleculară mică. Astfel de compuși pot „recunoaște” anumite locuri pe molecula de ADN și pot regla activitatea genelor. În ultimii ani, acest proiect s-a dezvoltat cu succes, se sintetizează medicamente pentru o serie de boli grave. Alexander Zasedatelev își aplică cu succes dezvoltările pentru a crea biocipuri interne care permit diagnosticarea bolilor oncologice într-un stadiu incipient. Sub conducerea lui Vladimir Poroikov, a fost creat un set de programe de calculator care au făcut posibilă prezicerea activității biologice a compușilor chimici conform formulelor lor. Această direcție face posibilă facilitarea semnificativă a căutării de noi compuși medicinali.

Galina Riznichenko și colegii ei au dezvoltat modele computerizate ale reacțiilor care au loc în timpul fotosintezei. Ea conduce asociația „Femeile în știință, cultură și educație”, care, împreună cu Departamentul de Biofizică al Facultății de Biologie, Universitatea de Stat din Moscova, ține o serie de conferințe importante pentru comunitatea biofizicienilor ruși. În perioada sovietică, existau multe astfel de conferințe: de câteva ori pe an, biofizicienii se adunau pentru întâlniri, simpozioane și seminarii în Armenia, Georgia, Ucraina și statele baltice. Odată cu prăbușirea URSS, aceste întâlniri au încetat, ceea ce a avut un impact negativ asupra nivelului cercetărilor efectuate într-o serie de țări CSI. Consiliul Științific pentru Biofizică din cadrul Academiei de Științe a organizat două Congrese Biofizice din întreaga Rusie în ultimii 15 ani, care au stimulat contactele științifice și schimbul de informații între oamenii de știință ruși. Conferințele dedicate memoriei lui Lev Blumenfeld și Emilia Frisman au început să joace un rol important în ultimii ani. Aceste conferințe au loc în mod regulat la departamentele de fizică ale Universității de Stat din Moscova și ale Universității de Stat din Sankt Petersburg.

Judecând după indicatorii financiari, „palma” pentru cele mai mari realizări ar trebui acordată biofizicianului Armen Sarvazyan, care a creat o serie de dezvoltări unice în domeniul studierii corpului uman cu ajutorul ultrasunetelor. Aceste studii sunt finanțate cu generozitate de departamentul militar al SUA: de exemplu, Sarvazyan deține descoperirea unei legături între hidratarea țesuturilor (gradul de deshidratare) și starea organismului. Lucrările laboratorului lui Sarvazyan sunt solicitate în legătură cu operațiunile militare conduse de SUA în Orientul Mijlociu.

Transformările viziunii asupra lumii promit descoperirea lui Simon Shnol: el a descoperit influența factorilor cosmogeofizici asupra cursului reacțiilor fizice și biochimice. Ideea este că binecunoscuta lege Gauss, sau distribuția normală a erorilor de măsurare, se dovedește a fi rezultatul unei medii brute, care nu este întotdeauna valabilă. În realitate, toate procesele în desfășurare au anumite caracteristici „spectrale” datorită anizotropiei spațiului. Vântul „cosmic”, despre care scriau scriitorii de science fiction ai secolului al XX-lea, își găsește confirmarea în experimente subtile și concepte originale ale secolului al XXI-lea.

Cea mai semnificativă pentru toți oamenii care trăiesc pe planeta noastră ar putea fi cercetarea biofizicianului Alexei Karnaukhov. Modelele sale climatice prevăd că ne vom confrunta cu răcirea globală urmată de încălzire. Nu este surprinzător că a existat un interes uriaș al publicului în acest subiect. În mod surprinzător, filmul „Day aftermorrow” se bazează nu doar pe această idee, ci chiar și pe modelul specific de răcire propus de Karnaukhov. Curentul Golfului, care incalzeste Europa de Nord, va inceta sa mai aduca caldura din Atlantic din cauza faptului ca Curentul Labrador, care ii este opus, va fi desalinizat din cauza topirii ghetarilor si a cresterii debitului raurilor din nord. , datorită căruia va deveni mai ușor și va înceta „scufundarea” sub Curentul Golfului. Creșterea debitului râurilor nordice observată în ultimii ani și topirea ghețarilor dau prognozelor lui Karnaukhov tot mai multe temeiuri. Riscurile catastrofelor climatice cresc brusc, iar publicul dintr-o serie de țări europene trage deja un semnal de alarmă.

Cercetările efectuate de Robert Bibilashvili de la Centrul de Cardiologie au condus la rezultate semnificative în vindecarea unui număr de boli care anterior erau considerate incurabile. S-a dovedit că intervenția în timp util (injectarea enzimei urokinaze în zone ale creierului pacienților afectați de un accident vascular cerebral) poate elimina complet consecințele atacurilor chiar și foarte severe! Urokinaza este o enzimă care este formată din sânge și celule vasculare și este una dintre componentele sistemului care previne dezvoltarea trombozei.

Până de curând, biofizica rusă și-a păstrat prioritate într-un număr mare de domenii științifice: Vsevolod Tverdislov este angajat în cercetări originale în domeniul originii vieții, Fazoil Ataullakhanov a obținut o serie de rezultate fundamentale în înțelegerea funcționării sistemului sanguin, în conformitate cu conducerea lui Mikhail Kovalchuk o serie de domenii se dezvoltă într-o nouă știință - nanobiologie, concepte interesante fiind dezvoltate în prezent de Genrikh Ivanitsky, Vladimir Smolyaninov și Dmitry Chernavsky ...

Comunitatea biofizică mondială a salutat cu entuziasm cartea „Fizica proteinelor”, scrisă de Alexei Finkelstein și Oleg Ptitsyn. Împreună cu cartea „Epoca ADN-ului” (în prima ediție rusă – „The Most Important Molecule”) de Maxim Frank-Kamenetsky, această carte a devenit un ghid desktop pentru studenții și oamenii de știință din multe țări. În general, în ultimii 15 ani, biofizica rusă, în ciuda unei reduceri semnificative a finanțării, nu și-a pierdut capacitatea de a genera idei noi și de a obține rezultate originale. Cu toate acestea, deteriorarea infrastructurii științifice și a bazei de instrumente, ieșirea tinerilor către sectoare mai profitabile ale economiei au dus la faptul că resursele pentru dezvoltarea ulterioară a științei au fost epuizate. Știința internă a pierdut puțin în viteza și intensitatea dezvoltării sale. Știința a fost susținută de dăruirea oamenilor de știință, de ajutorul colegilor și fundațiilor occidentale, precum și de semnificația inerției, determinată de laboriozitatea educației. Rolul „salvator” aici a fost jucat și de conservatorismul predilecțiilor oamenilor de știință. Știința a fost susținută de secole datorită interesului față de ea al oamenilor din straturile superioare ale societății care finanțează cercetarea din propriile buzunare (gândiți-vă la Prințul de Oldenburg). Cunoscuta aristocrație a științei academice și-a salvat purtătorii de tentațiile pieței din „perioada de tranziție”.

Acum, acești „donatori nobili” în biofizică nu mai pot găsi și educa propria lor specie: tinerii merg la birou nu pentru că nu le place știința, ci pentru că nu pot găsi o răsplată completă pentru munca lor. Subeducația a devenit flagelul timpului nostru: pentru a „face” un adevărat om de știință este nevoie de cel puțin 8-10 ani: 5-6 ani de studii la o universitate sau universitate și trei ani la studii superioare. În tot acest timp, tânărul trebuie să fie întreținut de părinți, dar dacă începe „să câștige niște bani”, atunci, de regulă, aceasta se termină cu plecarea „la birou”. Cu toate acestea, este destul de dificil să găsești părinți care au fost gata să-și hrănească copilul și să-și satisfacă interesul pentru știință timp de zece ani. Astfel de părinți ar putea fi găsiți în comunitatea științifică dacă oamenii de știință înșiși ar avea o finanțare suficientă. Datorită unei educații de lungă durată, se obține un specialist „de lungă durată”, totuși, o pauză în educație la jumătatea drumului duce la „abandonuri”. Pierderea ireparabilă a tinerilor specialiști (și nu realizările) în știință este principalul rezultat al schimbărilor din biofizica rusă. Pierderea realizărilor și pierderea cercetării de talie mondială este un proces care încă ne așteaptă dacă tinerii nu se întorc la știință.

Dintre realizările recente ale oamenilor de știință străini, se pot remarca două: în primul rând, un grup de cercetători americani de la Universitatea din Michigan, condus de S.J. Weiss a descoperit una dintre genele responsabile pentru dezvoltarea „tridimensională” a țesutului biologic și, în al doilea rând, oamenii de știință din Japonia au arătat că solicitările mecanice ajută la crearea vaselor artificiale. Oamenii de știință japonezi au plasat celule stem într-un tub de poliuretan și au forțat fluidul prin tub sub presiune variabilă. Parametrii de pulsație și structurile mecanice de stres au fost aproximativ aceleași ca în arterele umane reale. Rezultatul este încurajator – celulele stem „s-au transformat” în celulele care căptușesc vasele de sânge. Această lucrare permite o înțelegere mai profundă a rolului stresului mecanic în dezvoltarea organelor. Pe ordinea de zi se află crearea de „piese de schimb pentru repararea” artificială a sistemului circulator. Știrile științifice pot fi vizualizate pe scientific.ru.

Rezumând, putem spune că biofizica rusă a pierdut mult în prezent, dar este amenințată de un pericol mai serios - să piardă viitorul.

Cunoașterea funcțiilor umane este una dintre cele mai dificile sarcini. Are loc dezvoltarea științei în primele etape - diferențierea disciplinelor care vizează un studiu profund al anumitor probleme. În prima etapă, încercăm să cunoaștem o anumită parte, iar când reușim să facem acest lucru, apare o altă sarcină - cum să ne facem o idee generală. Există discipline științifice la joncțiunea specialităților originale. Acest lucru se aplică și biofizicii, care a apărut la intersecția dintre fiziologie, fizică, chimie fizică și a deschis noi posibilități în înțelegerea proceselor biologice.

Biofizică- o știință care studiază procesele fizice și fizico-chimice la diferite niveluri ale materiei vii (molecular, celular, organ, întreg organism), precum și modelele și mecanismele impactului factorilor fizici de mediu asupra materiei vii.

Aloca-

• biofizica moleculara – cinetica si termodinamica proceselor
• biofizica celulara - studiul structurii celulare si al manifestarilor fizico-chimice - permeabilitatea, formarea biopotentialelor
• biofizica organelor de simț - mecanisme fizice și chimice de recepție, transformare a energiei, codificarea informațiilor în receptori.
• Biofizica sistemelor complexe - procese de reglare și autoreglare și caracteristici termodinamice ale acestor procese
• Biofizica impactului factorilor externi - explorează impactul asupra organismului al radiațiilor ionizante, ultrasunetelor, vibrațiilor, expunerii la lumină

Sarcini de biofizică

1. Stabiliți tipare ale naturii sălbatice prin studierea fenomenelor fizice și chimice din organism
2. Studiul mecanismelor de influență a factorilor fizici asupra organismului

Euler (1707-1783) - legile teoriei hidrodinamicii, pentru a explica mișcarea sângelui prin vase

Lavoisier (1780) - a studiat schimbul de energie în organism

Galvani (1786) - fondatorul doctrinei biopotențialelor, electricitatea animală

Helmholtz (1821)

Raze X - a încercat să explice mecanismele contracției musculare din poziția efectelor piezo

Arrhenius - legile cineticii clasice pentru a explica procesele biologice

Lomonosov - legea conservării și transformării energiei

Sechenov - a studiat transportul gazului în sânge

Lazarev - fondatorul școlii naționale de biofizică

Pauling - descoperirea structurii spațiale a proteinei

Watson și Crick - descoperirea structurii duble a ADN-ului

Hodgkin, Huxley, Katz - descoperirea naturii ionice a fenomenelor bioelectrice

Prigogine - teoria termodinamicii proceselor ireversibile

Eigen - teoria hiperciclurilor, ca bază a evoluției

Sakman, Neher - a stabilit structura moleculară a canalelor ionice

Biofizica a devenit în legătură cu dezvoltarea medicinei, deoarece. acolo erau folosite metode de influență fizică asupra organismului.

Biologia se dezvolta și era necesar să pătrundem secretele proceselor biologice care au loc la nivel molecular

Nevoia industriei, a cărei dezvoltare a dus la acțiunea diferiților factori fizici asupra corpului - radiații radioactive, vibrații, imponderabilitate, supraîncărcări

Metode de cercetare biofizică

• Analiza difracției cu raze X- studiul structurii atomice a materiei, folosind difracția de raze X. Distribuția densității electronice a unei substanțe este stabilită din modelul de difracție și deja din acesta este posibil să se determine ce atomi sunt conținuți în substanță și cum sunt localizați. Studiul structurilor cristaline, lichidelor și moleculelor de proteine.
• Cromatografia pe coloană- distributie si analiza diferita a amestecurilor intre 2 faze - mobila si stationara. Poate fi legat de diferite grade de absorbție a substanței sau de diferite grade de schimb ionic. Poate fi gaz sau lichid. Distribuția substanțelor este utilizată în capilare - capilare, sau în tuburi umplute cu un sorbent - columnar. Se poate face pe hârtie, farfurii
• Analiza spectrală- determinarea calitativă şi cantitativă a unei substanţe prin spectre optice. Substanța este determinată fie de spectrul de emisie - analiza spectrală de emisie, fie de spectrul de absorbție - absorbție. Conținutul de substanță este determinat de grosimea relativă sau absolută a liniilor din spectru. Include, de asemenea, radiospectroscopie - rezonanță paramagnetică electronică și rezonanță magnetică nucleară.
• Indicație izotopică
• microscopia electronică
• microscopie ultravioletă- studiul obiectelor biologice în razele UV mărește contrastul imaginii, în special structurile intracelulare, și vă permite să examinați alte celule fără colorare preliminară și fixarea preparatului

Una dintre cele mai importante condiții pentru existență este adaptarea adecvată a funcțiilor, organelor și țesuturilor, sistemelor la mediu. Există o echilibrare constantă a organismului și a mediului. În aceste procese, procesul principal este reglarea și controlul funcțiilor fiziologice.

Legile generale pentru implementarea, managementul și prelucrarea informațiilor în diferite sisteme sunt studiate de știința ciberneticii (cibernetica este arta managementului).Legile managementului sunt comune atât oamenilor, cât și dispozitivelor tehnice. Apariția ciberneticii a fost pregătită de dezvoltarea teoriei controlului automat, dezvoltarea electronicii radio și crearea teoriei informației.

Această lucrare a fost prezentată de Shannon (1948) în „The Mathematical Theory of Communication”

Cibernetică se ocupă cu studiul sistemelor de orice natură capabile să primească, să stocheze și să prelucreze informații și să le utilizeze pentru management și reglementare. Cibernetica studiază acele semnale și factori care duc la anumite procese de control.

Este de mare importanță pentru medicină. Analiza proceselor biologice face posibilă studierea calitativă și cantitativă a mecanismelor de reglare. Procesele informaționale de management și reglementare sunt decisive în organism, adică. sunt primare, pe baza cărora au loc toate procesele.

Sisteme- un complex organizat de elemente legate între ele și care îndeplinesc anumite funcții în conformitate cu programul întregului sistem. Elementele creierului vor fi neuronii. Elementele unei echipe sunt oamenii care o alcătuiesc. Numai mulțimea nu este un sistem cibernetic.

Program- succesiunea schimbărilor din sistem în spațiu și timp, care pot fi încorporate în structura sistemului sau pot intra în ea din exterior.

Conexiune- procesul de interacțiune a elementelor între ele, în care are loc un schimb de materie, energie, informații.

Mesajele sunt continue și discrete.

continuu au caracterul unei valori în continuă schimbare (tensiune arterială, temperatură, tensiune musculară, melodii muzicale).

Discret- constau din etape sau gradații separate care diferă unele de altele (porțiuni de mediatori, baza azotată a ADN-ului, puncte și liniuțe de cod Morse)

Procesul de codificare a informațiilor este de asemenea important. Este codificat de impulsuri nervoase pentru perceperea informațiilor de către centrii nervoși. Elemente de cod - simboluri și poziții. Simbolurile sunt cantități adimensionale care disting ceva (litere ale alfabetului, semne matematice, impulsuri nervoase, molecule de substanțe mirositoare și pozițiile determină aranjarea spațială și temporală a simbolurilor).

Codul de informații conține aceleași informații ca și mesajul original. Acesta este fenomenul de izomorfism. Semnalul de cod are o valoare energetică foarte scăzută. Sosirea informației este evaluată prin prezența sau absența unui semnal.

Mesajul și informația nu sunt același lucru, deoarece conform teoriei informațiilor

informație- o măsură a cantității de incertitudine care este eliminată după primirea mesajului.

Posibilitatea unui eveniment informatii a priori.

Probabilitatea unui eveniment după primirea informației este informații a posteriori.

Informativitatea mesajului va fi mai mare dacă informația primită crește probabilitatea posterioară.

Proprietățile informațiilor.

1. Informația are sens doar dacă există receptori (consumator) - „dacă există un televizor în cameră și nu este nimeni în el”
2. Prezența unui semnal nu indică neapărat că informațiile sunt transmise, deoarece există mesaje care nu poartă nimic nou pentru consumator.
3. Informația poate fi transmisă atât la nivel conștient, cât și la nivel subconștient.
4. Dacă evenimentul este de încredere (adică probabilitatea sa este P=1), mesajul că s-a întâmplat nu conține nicio informație pentru consumator
5. Mesaj despre un eveniment, a cărui probabilitate este P< 1, содержит в себе информацию, и тем большую, чем меньше вероятность события, которого произошло.

Dezinformare- valoarea negativă a informaţiei.

O măsură a incertitudinii evenimentelor - entropie(H)

Dacă log2 N=1 atunci N=2

Unitatea de informare - pic(dubla unitate de informare)

H=lg N (hartley)

1 hartley este cantitatea de informații necesară pentru a selecta una dintre cele zece posibilități equiprobabile. 1 hartley = 3,3 biți

Regulatorul poate lucra la compensare, atunci când efectul asupra organismului este o acțiune compensatorie a regulatorului, ceea ce duce la normalizarea funcției.

Managementul are ca scop lansarea funcțiilor fiziologice, corectarea acestora și coordonarea proceselor.

Cel mai vechi este mecanismul umoral de reglare.

mecanism nervos.

mecanism neuroumoral.

Dezvoltarea mecanismelor de reglare duce la faptul că animalele sunt capabile să se miște și pot părăsi un mediu nefavorabil, spre deosebire de plante.

Mecanism avanpost (la om) - sub formă de reflexe condiționate. Pe stimuli de semnalizare, putem implementa măsuri pentru a influența mediul.

Ce este biofizica

Omul caută să cunoască lumea. În aceste îndrăznețe omul se bazează pe știință și tehnologie. Radiotelescoape uriașe au auzit „vocea” galaxiilor îndepărtate, batiscafele durabile au ajutat la descoperirea unei lumi noi cu animale fără precedent pe fundul oceanului, rachete puternice au părăsit sfera gravitațională și au deschis calea către spațiu...

Există o altă „cetate” în natura care ne înconjoară. Aceasta este viața însăși. Da, viața, un organism viu, o celulă vie - un bulgăre invizibil de protoplasmă (sau citoplasmă) cu un nucleu închis într-o coajă - este unul dintre cele mai misterioase fenomene din lume. Și această „cetate” trebuie să se predea, o armă puternică - mintea umană rupe acoperirile din lumile microscopice ale celulelor vii, pătrunzând în însăși esența vieții.
Studiul naturii de către om se desfășoară acum atât de rapid și duce la rezultate și concluzii atât de neașteptate încât nu se încadrează în cadrul vechilor științe. De exemplu, fizica, una dintre cele mai importante științe ale fenomenelor naturale, s-a dezvoltat atât de larg încât a devenit necesară evidențierea unor domenii noi, independente - fizica cuantică, nucleară, fizica stării solide, astronomică, radiofizica etc. Procesul de extinderea și aprofundarea cunoștințelor umane despre natură a condus la apariția unor astfel de ramuri ale științei care studiază procese și fenomene care aparțin simultan diferitelor domenii ale cunoașterii.
O astfel de știință de frontieră, care a apărut la intersecția dintre biologie, fizică și chimie, este biofizica, care joacă un rol deosebit în studiul proprietăților materiei vii.
Biofizica este știința proceselor fizice și fizico-chimice și a reglementării acestora într-un organism viu.
Din biofizică, la rândul lor, răsar noi științe care extind orizonturile cunoașterii umane. Așa s-a remarcat radiobiologia - știința acțiunii diferitelor tipuri de radiații asupra organismelor vii; biologia spațială - o știință care studiază trăsăturile vieții în spațiu; mecanochimia, care studiază transformarea reciprocă a energiei chimice și mecanice care are loc în fibrele musculare; Mai recent, a apărut bionica, care studiază organismele vii pentru a folosi principiile muncii lor pentru a crea dispozitive și aparate noi, perfecte în design.
O poveste despre aceste discipline științifice incluse în biofizică ar ocupa prea mult spațiu, așa că vom vorbi doar despre cele trei direcții principale care se dezvoltă astăzi în biofizică, despre cele trei departamente ale sale - biofizica moleculară, celulară și biofizica proceselor de control.
Fiecare știință, inclusiv biofizica, constă din două părți - teoretică și experimentală, strâns legate între ele, completându-se reciproc. Dar există și diferențe între ele. Biofizica teoretică studiază fenomenele și procesele primare care au loc în moleculele biologice pe substanțe model, așa cum spun oamenii de știință, adică pe sisteme izolate dintr-un organism viu sau create artificial. Aceste sisteme model sunt utilizate pentru a studia procesele de bază ale fotosintezei, natura biopotențialelor, bioluminiscența și alte fenomene.
Biofizica experimentală (aplicată) studiază funcționarea corpului în ansamblu și a organelor sale individuale, folosind metodele și abordările biofizicii teoretice (biofizica mișcării, vederii, reglarea funcțiilor fiziologice).
Una dintre marile diviziuni ale biofizicii, așa cum am menționat deja, se numește biofizică moleculară. Acest departament studiază proprietățile moleculelor biologice, procesele fizico-chimice care apar în celulele sensibile, relația lor cu structurile celulare. O atenție deosebită este acordată studiului proprietăților enzimelor - proteine ​​care au capacitatea de a accelera (cataliza) reacții biochimice în organismele vii.
Datorită succeselor biofizicii moleculare, oamenii au învățat multe despre modul în care informațiile sunt stocate și transmise în celulele vii, cum se mișcă moleculele și ionii, cum sunt sintetizate proteinele, cum este stocată energia în celulele vii. Biofizica moleculară ajută la studiul fotosintezei.
Toată lumea a văzut frunzele verzi ale plantelor. Dar, probabil, nu toată lumea știe ce procese uimitoare au loc într-o frunză obișnuită de mesteacăn sau cireș, măr sau grâu. Soarele trimite o cantitate colosală de energie către Pământ, care ar fi irosită dacă nu ar fi frunzele verzi care îl captează, creează materie organică cu ajutorul lui și, prin aceasta, dau viață întregii vieți de pe Pământ.
Acest proces foarte important are loc în particulele verzi situate în celulele frunzelor - cloroplaste care conțin pigmenți vegetali - clorofilă și carotenoide.
Porțiuni de energie luminoasă sunt absorbite de pigmenți și produc foto-oxidarea apei: aceasta își renunță electronul moleculei de clorofilă, iar apoi protonul este folosit pentru a reduce dioxidul de carbon în carbohidrați. (Un proton și un electron, după cum știți, formează un atom de hidrogen; acest atom este îndepărtat în părți dintr-o moleculă de apă. Apa este oxidată și adăugată la dioxid de carbon și se obțin carbohidrați.) Restul de apă ( se numește hidroxil) este descompus de enzime speciale, formând oxigen, pe care îl respiră toate viețuitoarele.
Am vorbit foarte pe scurt despre fotosinteză. De fapt, conversia energiei luminoase absorbită de clorofilă în energie chimică a substanțelor sintetizate într-o frunză verde este un lanț nesfârșit de modificări moleculare. În timpul acestui proces, electronii trec de la o moleculă la alta, se formează molecule de compuși cu energie mare și se descompun, au loc sute de mii de reacții.
Biofizicienii au muncit din greu pentru a dezlega acest proces și îi datorăm biofizicii moleculare pentru a-i elucida detaliile.
Se poate pune întrebarea: de ce oamenii de știință se luptă atât de mult și cu încăpățânare pentru secretul frunzei verzi? Faptul este că o frunză verde este ca o „fabrică” în miniatură care produce substanțe care stau la baza nutriției umane. S-a calculat că, ca materie primă, plantele verzi consumă cantități uriașe de dioxid de carbon pe an - 150.000.000.000 g! Dacă oamenii de știință dezvăluie până la capăt marele mister al frunzei verzi, omenirea va primi cea mai rapidă și mai economică modalitate de a obține hrană și alte produse importante, într-un cuvânt, tot ceea ce plantele verzi îi oferă omului astăzi.
Biofizica moleculară se ocupă și de procesele care au loc în organismele animale, de exemplu, în organele lor de simț.
Una dintre aceste pagini uimitoare și extraordinare de biofizică moleculară este studiul mirosului. Chimiștii au creat aproximativ 1 milion de compuși organici și aproape toți au propriul miros caracteristic. O persoană poate distinge câteva mii de mirosuri, iar pentru unele substanțe sunt suficiente cantități extrem de mici pentru a le simți - doar milionimi și miliarde de miligram pe litru de apă (de exemplu, substanțe precum skatol, trinitrobutil toluen, [suficient-7-10). -9 mg/l).
Animalele sunt mai sensibile decât oamenii. Câinii, de exemplu, disting aproximativ jumătate de milion de mirosuri diferite! Ei sunt capabili (în special câinii adulmecători) să simtă mirosul potrivit, chiar dacă este neglijabil de slab. O persoană merită doar o mică atingere a subiectului - iar câinele poate determina deja cine a făcut-o. Există cazuri când câinii sniffer dresați i-au ajutat pe geologi să găsească minereu aflat sub pământ la o adâncime de 2-3 m.
Dar, poate, toate sunt depășite de pești și insecte. Unii pești simt o substanță mirositoare la conținutul ei nemăsurat de scăzut - 10 "mg/l. Este ca și cum ai dizolva o picătură de substanță în 100 de miliarde de m3 de apă! Fluturii se găsesc unul pe altul prin miros la o distanță de câțiva kilometri. Calculele arată că în Astfel, în cazul fluturilor, aceștia detectează aproape o moleculă de substanță mirositoare la 1 mg de aer. Cum se întâmplă acest lucru rămâne un mister. Unii oameni de știință sugerează că substanțele mirositoare propagă unde electromagnetice, a căror energie este percepută de celulele sensibile ale insectelor. și îi ajută să se găsească unul pe altul pe distanțe atât de mari.
Recent, atenția biofizicienilor a atras capacitatea neobișnuită a unor specii de muște. Se dovedește că o muscă, atingând o substanță cu labele, produce instantaneu o analiză chimică precisă. Mecanismul acestui fenomen este necunoscut, dar s-a stabilit că celulele sensibile speciale de pe labe determină „gustul” substanței prin mijloace electromagnetice!
Biofizica moleculară ajută la elucidarea nu numai a diferențelor în sensibilitatea și structura organelor olfactive la diferite grupuri de animale, pești și insecte, ci și procesul de determinare a mirosului în sine. S-a stabilit acum că există mai multe mirosuri de bază (6-7), ale căror combinații explică toată diversitatea lor. Aceste mirosuri de bază corespund anumitor tipuri de celule olfactive care percep mirosul. Celulele au niște adâncituri de dimensiune moleculară de o formă și o dimensiune strict definite, corespunzătoare formei moleculelor de substanțe mirositoare (o moleculă de camfor are un aspect ca o minge, o moleculă de mosc are un disc etc.). Intrând în „sa” rece, molecula irită terminațiile nervoase și creează un simț al mirosului.
Chiar și dintr-o scurtă poveste este clar că există o legătură strânsă între studiul celulelor și procesele moleculare care au loc în ele, adică între biofizica moleculară și cea celulară. Una dintre ele studiază modificările moleculare, proprietățile moleculelor biologice, precum și acele sisteme care formează molecule în celule (cum se spune, formațiuni submoleculare), proprietățile și modificările acestora, iar celălalt studiază proprietățile și funcționarea celulelor - excretoare, contractile, olfactive etc.
Dezvoltarea biofizicii celulare, despre care vom discuta acum, a fost mult facilitată de invenția microscopului electronic. Utilizarea unui microscop electronic cu o mărire de sute de mii, milioane de ori ne-a extins foarte mult cunoștințele despre organismele vii care locuiesc pe planetă, despre structura lor internă. Când studiam o celulă cu un microscop electronic, s-a deschis imediat o nouă lume a structurilor celulare ultramicroscopice (cele mai mici). Microscoapele electronice au făcut posibil să se vadă diferite grosimi ale membranei, cele mai mici tuburi, de sute de mii de ori mai subțiri decât un păr uman, bule minuscule, cavități, tubuli. Studiile au arătat că și cele mai mici structuri celulare - mitocondriile, cloroplastele - au și ele o structură destul de complexă. A devenit clar că orice celulă, care pare a fi un simplu bulgăre de protoplasmă cu un nucleu, este o formațiune complexă cu un număr mare de particule celulare minuscule (după cum se spune, elemente structurale) care acționează într-o ordine strictă și sunt interconectate în într-o manieră complexă, precisă și coordonată.
Cercetătorii au fost impresionați în special de diversitatea elementelor structurale. De exemplu, într-o celulă nervoasă există până la 70 de mii de particule - mitocondrii, datorită cărora celula respiră și primește energie pentru activitățile sale. În plus, în celulă există până la sute de mii dintre cele mai mici particule - ribozomi care creează molecule de proteine.
Cel mai uimitor lucru este că în orice celulă mică a unui organism viu au loc procese coordonate exacte: au loc absorbția substanțelor necesare și eliberarea de substanțe inutile, au loc respirația și diviziunea. Împreună cu aceasta, celulele îndeplinesc funcții speciale: celulele retinei determină puterea și calitatea luminii, celulele mucoasei nazale determină mirosul substanțelor, celulele diferitelor glande secretă substanțe speciale - enzime care favorizează digestia și hormoni care ajută la creșterea și dezvoltarea organismului.
Despre toată munca lor grozavă - văzută, auzită, identificată - celulele raportează impulsuri electrice nervoase către creier - principalul centru de coordonare. Cum primesc celulele informațiile necesare din spațiul înconjurător, cum aceste informații sunt criptate în semnale-impulsuri electrice, cum se formează potențialele biologice în celule, care este legătura cu creierul - toate acestea și multe alte întrebări sunt studiate de biofizica celulară.
Recent, s-a făcut o descoperire importantă în domeniul biofizicii celulare. Se știe de mult că multe organisme vii au capacitatea de a străluci - luminiscență. Strălucirea multor locuitori ai mării este puternică - pești, bureți, stele etc. Dar se dovedește că celulele oricăror organisme au luminiscență - așa-numita strălucire super-slabă. Această lumină este atât de nesemnificativă încât doar dispozitivele speciale o pot detecta - fotomultiplicatoare capabile să amplifice fluxul de lumină incidentă de milioane de ori. Strălucirea foarte slabă se observă în rădăcinile și frunzele plantelor, în celulele diferitelor organe ale animalelor. Strălucirea foarte slabă este inerentă tuturor celulelor organismelor vii și apare ca urmare a reacțiilor biochimice care au loc în celule.
Oamenii de știință au descoperit că strălucirea super-slabă are propriile sale caracteristici în diferite grupuri de animale, insecte și plante. Prin intensitatea strălucirii ultra-slăbite, biofizicienii pot determina deja rezistența la secetă și la îngheț a plantelor agricole (orz, grâu) și, prin urmare, pot ajuta crescătorii de plante și fiziologii plantelor în ameliorarea soiurilor dorite.
Am spus deja că toate celulele sunt interconectate, că reacțiile care au loc în ele, în ciuda complexității lor, decurg cu o regularitate și o constanță uimitoare, am vorbit și despre legătura strânsă a tuturor celulelor cu creierul. Aceste caracteristici ale celulelor, organelor și întregului organism sunt studiate de o ramură recent apărută a științei - biofizica proceselor de control și reglare.
Să vorbim despre munca acestui departament pe următorul exemplu. Fiecare organ uman este alcătuit din nenumărate celule, care îndeplinesc adesea sarcini specifice. De exemplu, mucoasa nazală, așa-numitul epiteliu olfactiv, joacă un rol important în simțul mirosului. Membrana mucoasă ocupă o suprafață de cel mult 4 s, dar conține aproape 500 de milioane de celule receptori olfactiv. Informațiile despre munca lor sunt transmise nervului olfactiv prin fibre nervoase, al căror număr ajunge la 50 de milioane, și apoi către creier. Părțile creierului - emisferele creierului - conțin 2 1010 celule, iar în cerebel sunt chiar mai multe - al 10-lea. Chiar și] este greu de imaginat ce fel de flux de informații primește creierul în fiecare secundă de la toate organele și țesuturile.
Semnalele care vin de la celule sub formă de impulsuri electrice primare trebuie să fie corect decodificate, apoi este necesar să se ia „deciziile” adecvate și să se transmită semnale de răspuns - instrucțiuni despre modul în care anumite celule, țesuturi sau organe ar trebui să funcționeze în general în anumite condiții. . Este clar că sistemul nervos central primește mii de semnale diverse din mediul extern sub formă de sunete, lumină, mirosuri etc. Astfel, | vedem cât de complexe sunt interconexiunile în orice organism, cât de complexă este munca de gestionare a celulelor, de reglare a stării lor, de control al consistenței tuturor proceselor de viață.
Această ramură importantă a biofizicii se bazează pe legile descoperite de o altă știință - cibernetica. Folosind metodele sale, biofizicienii care studiază procesele de control și reglare au dezvoltat modele electronice ale organismelor vii, organelor, celulelor și chiar proceselor individuale care au loc în aceste celule. Astfel de modele electronice (de exemplu, o broască țestoasă electronică, o celulă nervoasă electronică, un model electronic al procesului de fotosinteză) facilitează studiul tuturor | fenomene complexe de reglare la un organism viu.
Biofizicienii care studiază reglarea și controlul într-un organism viu au descoperit că atât celulele, cât și organele organismelor vii sunt un sistem cu o proprietate uimitoare. Celulele și organele, după cum spun biofizicienii, sunt sisteme de AUTO-reglare, AUTO-organizare, AUTO-ajustare, AUTO-învățare, adică toată munca lor, calități și proprietăți neobișnuite care le caracterizează, constanța compoziției mediului în interior. ei și munca pe care o desfășoară - totul se datorează proceselor care curg în ele.
Pentru a ne imagina munca biofizicienilor mai detaliat, vom vorbi despre o direcție interesantă care a apărut pe baza biofizicii și a luat deja contur într-o știință biofizică independentă - bionica.
Aceasta este o știință care studiază organismele vii pentru a crea sisteme, mașini și dispozitive artificiale perfecte. Rezultatele cercetărilor în bionică au arătat că inginerii proiectanți de toate specialitățile au multe de învățat de la natură. Aici sunt cateva exemple.
Proiectarea calculatoarelor electronice moderne include un număr mare de părți diferite (diode semiconductoare, triode, rezistențe, condensatoare etc.). Dimensiunile calculatoarelor electronice depind de câte astfel de piese (elemente) sunt în 1 cm3 de mașină. Cu cât sunt mai multe elemente de lucru în 1 cm3 (așa-numita densitate de montare), cu atât „memoria” mașinii este mai încăpătoare, cu atât mai multe oportunități de a efectua operațiunile necesare, cu atât munca este mai bună. Se dovedește că, dacă cea mai mare densitate de asamblare în circuitele tehnice ale mașinilor atinge 2000 de elemente în 1 cm3, atunci densitatea de asamblare a elementelor creierului este de 50 de mii de ori mai mare: 100.000.000 de elemente în 1 cm3.

Diferența dintre organismele vii și cele mai complexe mașini și dispozitive moderne se manifestă nu numai în structură, ci și în proprietăți. Luați, de exemplu, organele vederii. Ochii animalelor nu numai că au dimensiuni diferite - de la mic microscopic la furnică (0,1 mm) la gigant (20-30 cm) la calmari - dar diferă și prin alte proprietăți.
Se dovedește că ochiul peștelui potcoavă este capabil să mărească contrastul dintre marginea imaginii vizibile și fundalul general, astfel încât subiectul devine clar definit - la fel ca pe un ecran TV, crescând sau slăbind contrastul . O proprietate interesantă are și ochiul unei broaște de mlaștină obișnuite. Se știe că broasca se hrănește numai cu hrană în mișcare - muște, muschi, gândaci. Dar dacă insecta nu se mișcă, broasca nu își va găsi niciodată hrana și va rămâne înfometată: ochiul ei percepe doar obiectele în mișcare, ignorând fundalul.
Se știe de mult că păsările nocturne de pădure (vultur, bufniță) văd perfect în întuneric, dar mai nou, extraordinara capacitate a unor animale (broaște, șoareci) de a vedea chiar și razele ionizante „invizibile” – raze X și cosmice. radiatii.
Natura s-a dovedit a fi un designer excepțional care a atins cote extraordinare de pricepere în domeniul auzului. Experimentele au arătat că urechea umană, datorită sensibilității sale, este capabilă să perceapă sunete, a căror intensitate neglijabilă este chiar greu de imaginat. Nu poate fi comparat decât cu „zgomotul” cu care se produce mișcarea termică a moleculelor! Nu mai puțin frapant este organul auditiv al lăcustei, situat pe piciorul acesteia. Acest organ permite lăcustei să simtă vibrații, a căror magnitudine (amplitudine) este jumătate din diametrul unui atom de hidrogen! Sensibilitatea auzului lăcustei este atât de mare încât, aflându-se la Moscova, poate percepe cele mai mici cutremure care au loc în Orientul Îndepărtat.
Bionica caută să cunoască toate proprietățile neobișnuite ale organismelor vii și să aplice datele obținute pentru a crea mașini și dispozitive. De exemplu, oamenii de știință dezvoltă un dispozitiv care le va permite nevăzătorilor să citească cărți scrise cu caractere tipografice obișnuite. S-a creat deja un model al unei mâini artificiale, controlat de gândirea unei persoane, mai precis, de biopotențialele care apar în mușchi. Pe baza studiului ochilor albinelor și libelulelor (apropo, au un unghi de vedere foarte mare - 240-300 °), designerii au creat un dispozitiv - o busolă cerească folosită în mișcarea navelor și aeronavelor. Studiul meduzei a dus la construirea unui dispozitiv care avertizează despre declanșarea unei furtuni în aproape 15 ore. Lista dispozitivelor dezvoltate de bionics este destul de mare și chiar și o simplă enumerare a acestora ar dura mult timp.
Dar bionica nu doar copiază funcțiile și structura organelor individuale ale animalelor. Ei explorează și folosesc caracteristicile transmiterii informațiilor la insecte, păsări și pești. Rezultatele acestor lucrări sunt foarte interesante. Așadar, recent s-a știut că țânțarii comunică între ei folosind unde electromagnetice de un interval milimetric (13-17 mm), iar raza de acțiune a „stației radio” a țânțarilor este de 15 m. (de exemplu, când apare un liliac). Oamenii de știință lucrează la crearea de dispozitive cu ultrasunete care resping insectele dăunătoare și le atrag pe cele benefice. (Vezi și articolul „Ce este cibernetica tehnică și bionică” despre bionică.)

Am vorbit doar despre o mică parte din cercetările efectuate de biofizicieni, dar s-ar putea oferi mult mai multe exemple atât în ​​domeniul studierii moleculelor, celulelor, cât și a organismului în ansamblu. Secolul nostru este un timp de mari realizări în toate domeniile cunoașterii, inclusiv cunoașterea naturii vii.

A.P. Dubov

Postarea de fotografii și citarea articolelor de pe site-ul nostru pe alte resurse este permisă cu condiția să fie furnizat un link către sursă și fotografii.