Tema interesante dhe të rëndësishme në biofizikë. Fiziologjia dhe biofizika e trupit të njeriut. Raporti i fazave të potencialit të veprimit dhe ngacmueshmërisë

Një nga shkencat më të lashta është, natyrisht, biologjia. Interesi i njerëzve për proceset që ndodhin brenda tyre dhe qenieve përreth u ngrit disa mijëra vjet para erës sonë.

Vëzhgimi i kafshëve, bimëve, proceseve natyrore ishte një pjesë e rëndësishme e jetës së njerëzve. Me kalimin e kohës, janë grumbulluar shumë njohuri, metodat e studimit të kafshëve të egra dhe mekanizmat që ndodhin në të janë përmirësuar dhe zhvilluar. Kjo çoi në shfaqjen e shumë seksioneve që përbëjnë një shkencë komplekse në total.

Kërkimet biologjike në fusha të ndryshme të jetës bëjnë të mundur marrjen e të dhënave të reja të vlefshme që janë të rëndësishme për të kuptuar strukturën e biomasës së planetit. Përdoreni këtë njohuri për qëllime praktike njerëzore (eksplorimi i hapësirës, ​​mjekësia, bujqësia, industria kimike, e kështu me radhë).

Shumë zbulime bënë të mundur kryerjen e kërkimeve biologjike në fushën e strukturës së brendshme dhe funksionimit të të gjitha sistemeve të gjalla. Përbërja molekulare e organizmave, mikrostruktura e tyre është studiuar, shumë gjene janë izoluar dhe studiuar nga gjenomi i njerëzve dhe kafshëve, bimëve. Meritat e bioteknologjisë, qelizore dhe ju lejojnë të merrni disa korrje të bimëve në sezon, si dhe të rritni racat e kafshëve që japin më shumë mish, qumësht dhe vezë.

Studimi i mikroorganizmave bëri të mundur marrjen e antibiotikëve dhe krijimin e dhjetëra e qindra vaksinave që lejojnë mposhtjen e shumë sëmundjeve, madje edhe ato që merrnin mijëra jetë në epidemitë e njerëzve dhe kafshëve.

Prandaj, shkenca moderne e biologjisë është mundësitë e pakufishme të njerëzimit në shumë degë të shkencës, industrisë dhe ruajtjes së shëndetit.

Klasifikimi i shkencave biologjike

Një nga seksionet e para të shfaqura private të shkencës së biologjisë. Të tilla si botanika, zoologjia, anatomia dhe taksonomia. Më vonë, filluan të formohen disiplina më të varura nga pajisjet teknike - mikrobiologjia, virologjia, fiziologjia, etj.

Ka një sërë shkencash të reja dhe progresive që u shfaqën vetëm në shekullin 20-21 dhe luajnë një rol të rëndësishëm në zhvillimin modern të biologjisë.

Nuk ka një, por disa klasifikime me të cilat mund të renditen shkencat biologjike. Lista e tyre është mjaft mbresëlënëse në të gjitha rastet, konsideroni një prej tyre.

Biologjia	Shkencat private	Botanikë	merret me studimin e strukturës së jashtme dhe të brendshme, proceset fiziologjike, filogjenezën dhe shpërndarjen në natyrë të të gjitha bimëve që ekzistojnë në planet (flora)	Përfshin seksionet e mëposhtme: algologji; dendrologjia; taksonomia; anatomia; morfologjia; fiziologji; briologji; paleobotanikë; ekologjia; gjeobotani; etnobotani; riprodhimi i bimëve.
		Zoologjia	merret me studimin e strukturës së jashtme dhe të brendshme, proceset fiziologjike, filogjenezën dhe shpërndarjen në natyrë të të gjitha kafshëve që ekzistojnë në planet (faunën)	Disiplinat e përfshira në: Disiplinat: anatomia topografike; krahasuese; sistematike; mosha; plastike; funksionale; eksperimentale.
		Antropologjia	një numër disiplinash që studiojnë zhvillimin dhe formimin e një personi në një mjedis biologjik dhe social në një kompleks	Seksionet: filozofike, gjyqësore, fetare, fizike, sociale, kulturore, vizuale.
		Mikrobiologjia	studion organizmat më të vegjël të gjallë, nga bakteret te viruset	Disiplinat: virologji, bakteriologji, mikrobiologji mjekësore, mikologji, industriale, teknike, bujqësore, mikrobiologji hapësinore
		Shkenca të Përgjithshme	Sistematika	detyrat përfshijnë zhvillimin e bazës për klasifikimin e të gjithë jetës në planetin tonë me qëllim të renditjes dhe identifikimit të rreptë të çdo përfaqësuesi të biomasës
	Morfologjia		përshkrimi i shenjave të jashtme, strukturës së brendshme dhe topografisë së organeve të të gjitha qenieve të gjalla	Seksionet: bimët, kafshët, mikroorganizmat, kërpudhat
	Fiziologjia		studion veçoritë e funksionimit të një sistemi, organi ose pjesë të trupit të caktuar, mekanizmat e të gjitha proceseve që sigurojnë aktivitetin e tij jetësor	Bimët, kafshët, njerëzit, mikroorganizmat
	Ekologjia		shkenca e marrëdhënieve të qenieve të gjalla me njëra-tjetrën, mjedisin dhe njeriun	Gjeoekologjia, e përgjithshme, sociale, industriale
	Gjenetika		studion gjenomin e qenieve të gjalla, mekanizmat e trashëgimisë dhe ndryshueshmërisë së tipareve nën ndikimin e kushteve të ndryshme, si dhe ndryshimet historike në gjenotip gjatë transformimeve evolucionare
	biogjeografia		merr parasysh zhvendosjen dhe shpërndarjen e llojeve të caktuara të qenieve të gjalla në planet
	doktrina evolucionare		zbulon mekanizmat e zhvillimit historik të njeriut dhe sistemeve të tjera të gjalla në planet. Origjina dhe zhvillimi i tyre
	Shkenca komplekse që u ngritën në kryqëzimin me njëra-tjetrën	Biokimia	studion proceset që ndodhin në qelizat e qenieve të gjalla nga pikëpamja kimike
		Bioteknologjia	merr parasysh përdorimin e organizmave, produkteve dhe/ose pjesëve të tyre për nevojat e njeriut
		Biologji Molekulare	studion mekanizmat e transmetimit, ruajtjes dhe përdorimit të informacionit trashëgues nga qeniet e gjalla, si dhe funksionet dhe strukturën e imët të proteinave, ADN-së dhe ARN-së.	Shkenca të ngjashme: inxhinieria gjenetike dhe qelizore, gjenetika molekulare, bioinformatika, proteomika, gjenomika
		Biofizika	është një shkencë që studion të gjitha proceset e mundshme fizike që ndodhin në të gjithë organizmat e gjallë, nga viruset te njerëzit	Seksionet e kësaj disipline do të diskutohen më poshtë.

Kështu, ne jemi përpjekur të kapim diversitetin kryesor që janë shkencat biologjike. Kjo listë me zhvillimin e teknologjisë dhe metodave të studimit po zgjerohet dhe plotësohet. Prandaj, një klasifikim i unifikuar i biologjisë nuk ekziston sot.

Bioshkencat progresive dhe rëndësia e tyre

Shkencat më të reja, moderne dhe progresive të biologjisë përfshijnë si:

• bioteknologji;
• Biologji Molekulare;
• biologjia hapësinore;
• biofizikë;
• biokimia.

Secila prej këtyre shkencave u formua jo më herët se shekulli i 20-të, dhe për këtë arsye me të drejtë konsiderohet e re, në zhvillim intensiv dhe më domethënëse për veprimtarinë praktike njerëzore.

Le të ndalemi në të tilla si biofizika. Kjo është një shkencë që u shfaq rreth vitit 1945 dhe u bë një pjesë e rëndësishme e të gjithë sistemit biologjik.

Çfarë është biofizika?

Për t'iu përgjigjur kësaj pyetjeje, para së gjithash, duhet të theksohet kontakti i ngushtë i saj me kiminë dhe biologjinë. Në disa çështje, kufijtë midis këtyre shkencave janë aq afër, saqë është e vështirë të dallosh se cila prej tyre është veçanërisht e përfshirë dhe me përparësi. Prandaj, vlen të merret në konsideratë biofizika si një shkencë komplekse që studion proceset e thella fizike dhe kimike që ndodhin në sistemet e gjalla në nivelin e molekulave, qelizave, organeve dhe në nivelin e Biosferës në tërësi.

Si çdo tjetër, biofizika është një shkencë që ka objektin e saj të studimit, qëllimet dhe objektivat, si dhe rezultate të denja dhe domethënëse. Përveç kësaj, kjo disiplinë është e lidhur ngushtë me disa drejtime të reja.

Objektet e studimit

Për biofizikën ato janë biosisteme në nivele të ndryshme organizative.

1. viruset, kërpudhat njëqelizore dhe algat).
2. Kafshët më të thjeshta.
3. Qelizat individuale dhe pjesët e tyre strukturore (organelet).
4. Bimët.
5. Kafshët (përfshirë njerëzit).
6. komunitetet ekologjike.

Kjo do të thotë, biofizika është studimi i të gjallëve nga pikëpamja e proceseve fizike që ndodhin në të.

Detyrat e shkencës

Fillimisht, detyra e biofizikanëve ishte të vërtetonin ekzistencën e proceseve dhe fenomeneve fizike në jetën e qenieve të gjalla dhe t'i studionin ato, duke zbuluar natyrën dhe rëndësinë e tyre.

Detyrat moderne të kësaj shkence mund të formulohen si më poshtë:

1. Të studiojë strukturën e gjeneve dhe mekanizmat që shoqërojnë transmetimin dhe ruajtjen e tyre, modifikimet (mutacionet).
2. Konsideroni shumë aspekte të biologjisë qelizore (ndërveprimin e qelizave me njëra-tjetrën, ndërveprimet kromozomike dhe gjenetike dhe procese të tjera).
3. Të studiojë molekulat e polimerit (proteinat, acidet nukleike, polisaharidet) në kombinim me biologjinë molekulare.
4. Të zbulojë ndikimin e faktorëve kozmogjeofizikë në rrjedhën e të gjitha proceseve fizike dhe kimike në organizmat e gjallë.
5. Zbuloni më thellë mekanizmat e fotobiologjisë (fotosintezën, fotoperiodizmin, e kështu me radhë).
6. Zbatimi dhe zhvillimi i metodave të modelimit matematik.
7. Zbatoni rezultatet e nanoteknologjisë në studimin e sistemeve të gjalla.

Nga kjo listë, është e qartë se biofizika studion shumë probleme të rëndësishme dhe serioze të shoqërisë moderne, dhe rezultatet e kësaj shkence kanë një rëndësi të madhe për një person dhe jetën e tij.

Historia e formimit

Si shkencë, biofizika lindi relativisht kohët e fundit - në vitin 1945, kur ai botoi veprën e tij "Çfarë është jeta nga pikëpamja e fizikës". Ishte ai që i pari vuri re dhe tregoi se shumë ligje të fizikës (termodinamike, ligje të mekanikës kuantike) ndodhin pikërisht në jetën dhe punën e organizmave të qenieve të gjalla.

Falë punës së këtij njeriu, shkenca e biofizikës filloi zhvillimin e saj intensiv. Sidoqoftë, edhe më herët, në 1922, në Rusi u krijua një institut i biofizikës, i kryesuar nga P.P. Lazarev. Atje, roli kryesor i është caktuar studimit të natyrës së ngacmimit në inde dhe organe. Rezultati ishte identifikimi i rëndësisë së joneve në këtë proces.

1. Galvani zbulon elektricitetin dhe rëndësinë e tij për indet e gjalla (bioelektriciteti).
2. A. L. Chizhevsky është babai i disa disiplinave që studiojnë ndikimin e hapësirës në biosferë, si dhe rrezatimin jonizues dhe elektrohemodinamikën.
3. Struktura e detajuar e molekulave të proteinave është studiuar vetëm pas zbulimit të analizës së difraksionit me rreze X (Analiza e difraksionit me rreze X). Kjo u bë nga Perutz dhe Kendrew (1962).
4. Në të njëjtin vit, u zbulua struktura tredimensionale e ADN-së (Maurice Wilkins).
5. Neher dhe Zakman në vitin 1991 arritën të zhvillojnë një metodë për fiksimin lokal të potencialit elektrik.

Gjithashtu, një sërë zbulimesh të tjera lejuan shkencën e biofizikës të niste rrugën e modernizimit intensiv dhe progresiv në zhvillim dhe formim.

Seksionet e biofizikës

Ka një sërë disiplinash që përbëjnë këtë shkencë. Le të shqyrtojmë më themeloret prej tyre.

1. Biofizika e sistemeve komplekse - merr në konsideratë të gjithë mekanizmat komplekse të vetërregullimit të organizmave shumëqelizorë (sistemogjeneza, morfogjeneza, sinergogjeneza). Gjithashtu, kjo disiplinë studion veçoritë e përbërësit fizik të proceseve të ontogjenezës dhe zhvillimit evolucionar, nivelet e organizimit të organizmave.
2. Bioakustika dhe biofizika e sistemeve shqisore - studion sistemet shqisore të organizmave të gjallë (vizion, dëgjim, pritje, të folur dhe të tjera), mënyrat e transmetimit të sinjaleve të ndryshme. Zbulon mekanizmat e shndërrimit të energjisë kur organizmat perceptojnë ndikime të jashtme (irritime).
3. Biofizika teorike - përfshin një sërë nënshkencash të përfshira në studimin e termodinamikës së proceseve biologjike, ndërtimin e modeleve matematikore të pjesëve strukturore të organizmave. Gjithashtu merr parasysh proceset kinetike.
4. Biofizika molekulare - merr në konsideratë mekanizmat e thellë të organizimit strukturor dhe funksionimit të biopolimerëve të tillë si ADN, ARN, proteina, polisaharide. Ai është i angazhuar në ndërtimin e modeleve dhe imazheve grafike të këtyre molekulave, parashikon sjelljen dhe formimin e tyre në sistemet e gjalla. Gjithashtu, kjo disiplinë ndërton sisteme supramolekulare dhe nënmolekulare për të përcaktuar mekanizmin e ndërtimit dhe veprimit të biopolimerëve në sistemet e gjalla.
5. Biofizika e qelizës. Ai studion proceset më të rëndësishme qelizore: diferencimin, ndarjen, ngacmimin dhe biopotencialet e strukturës së membranës. Vëmendje e veçantë i kushtohet mekanizmave të transportit membranor të substancave, ndryshimit të mundshëm, vetive dhe strukturës së membranës dhe pjesëve përreth saj.
6. Biofizika e metabolizmit. Më kryesoret në shqyrtim janë solarizimi dhe përshtatja e organizmave me të, hemodinamika, termorregullimi, metabolizmi dhe ndikimi i rrezeve jonizuese.
7. Biofizika e Aplikuar. Ai përbëhet nga disa disiplina: bioinformatika, biometrike, biomekanikë, studimi i proceseve evolucionare dhe ontogjeneza, biofizika patologjike (mjekësore). Objektet e studimit të biofizikës së aplikuar janë sistemi muskuloskeletor, metodat e lëvizjes, metodat e njohjes së njerëzve sipas veçorive fizike. Biofizika mjekësore meriton vëmendje të veçantë. Ai merr në konsideratë proceset patologjike në organizma, metodat e rindërtimit të seksioneve të dëmtuara të molekulave ose strukturave ose kompensimin e tyre. Jep material për bioteknologji. Ka një rëndësi të madhe në parandalimin e zhvillimit të sëmundjeve, veçanërisht të natyrës gjenetike, eliminimin e tyre dhe shpjegimin e mekanizmave të veprimit.
8. Biofizika e habitatit - studion efektet fizike të habitateve lokale të qenieve dhe efektet e entiteteve hapësinore të afërta dhe të largëta. Gjithashtu merr në konsideratë bioritmet, ndikimin e kushteve të motit dhe biofushat mbi krijesat. Zhvillon masa për të parandaluar ndikimet negative

Të gjitha këto disiplina japin një kontribut të madh në zhvillimin e të kuptuarit të mekanizmave të jetës së sistemeve të gjalla, ndikimin e biosferës dhe kushteve të ndryshme mbi to.

Arritjet moderne

Disa nga ngjarjet më domethënëse që lidhen me arritjet e biofizikës mund të përmenden:

• zbuloi mekanizmat e klonimit të organizmave;
• janë studiuar veçoritë e transformimeve dhe roli i oksidit nitrik në sistemet e gjalla;
• është vendosur marrëdhënia midis ARN-ve të vogla dhe mesazherëve, të cilat në të ardhmen do të bëjnë të mundur gjetjen e një zgjidhjeje për shumë probleme mjekësore (eliminimi i sëmundjeve);
• zbuloi natyrën fizike të autovalëve;
• falë punës së biofizikanëve molekularë, janë studiuar aspekte të sintezës dhe replikimit të ADN-së, të cilat çuan në mundësinë e krijimit të një sërë ilaçesh të reja për sëmundje të rënda dhe komplekse;
• janë krijuar modele kompjuterike të të gjitha reaksioneve që shoqërojnë procesin e fotosintezës;
• janë zhvilluar metoda të hulumtimit tejzanor të një organizmi;
• është vendosur lidhja ndërmjet proceseve kozmogjeofizike dhe biokimike;
• ndryshimet e parashikuara klimatike në planet;
• zbulimi i rëndësisë së enzimës urokenazë në parandalimin e trombozës dhe eliminimin e pasojave pas goditjeve në tru;
• bëri gjithashtu një sërë zbulimesh mbi strukturën e proteinës, sistemin e qarkullimit të gjakut dhe pjesë të tjera të trupit.

Instituti i Biofizikës në Rusi

Në vendin tonë, ato ekzistojnë. M. V. Lomonosov. Në bazë të këtij institucioni arsimor funksionon Fakulteti i Biofizikës. Është ai që trajnon specialistë të kualifikuar për punë në këtë fushë.

Është shumë e rëndësishme t'u japim një fillim të mirë profesionistëve të ardhshëm. Ata kanë një punë të vështirë përpara. Një biofizik është i detyruar të kuptojë të gjitha ndërlikimet e proceseve që ndodhin në qeniet e gjalla. Përveç kësaj, studentët duhet të kuptojnë fizikën. Në fund të fundit, kjo është një shkencë komplekse - biofizika. Leksionet janë të strukturuara në mënyrë të tillë që të mbulojnë të gjitha disiplinat që lidhen dhe përbëjnë biofizikën, dhe mbulojnë shqyrtimin e çështjeve biologjike dhe fizike.

Me zgjerimin dhe thellimin e njohurive të njeriut për organizmat e gjallë, janë shfaqur degë të tilla të shkencës që studiojnë procese dhe dukuri që njëkohësisht u përkasin fushave të ndryshme të dijes. Ndër këto disiplina shkencore Fizika biologjike, ose biofizikës.Çfarë studion ajo dhe cilat janë metodat e saj të kërkimit?

Dihet se fizika studion ligjet bazë të natyrës: strukturën e atomeve dhe bërthamave, vetitë e grimcave elementare, bashkëveprimin e valëve elektromagnetike dhe grimcave, etj. Biofizika, e cila u ngrit në kryqëzimin e biologjisë dhe fizikës, është shkencë. të proceseve bazë fizike dhe fiziko-kimike në trupin e gjallë dhe rregullimi i tyre.

Biofizikantët duhet të mësojnë ligjet e strukturës dhe punës së organizmave të gjallë pa shkelur vetitë e tyre, duke e mbajtur organizmin në një gjendje të gjallë dhe aktive. Në fund të fundit, kur vdes, trupi humbet vetitë e tij të qenësishme, të gjitha proceset në të ndryshojnë dhe ai bëhet një sistem i zakonshëm i pajetë. Këtu qëndron vështirësia e madhe. Prandaj lindi nevoja për të studiuar organizmat e gjallë në "nivele" të ndryshme - për të studiuar vetitë e molekulave biologjike, veçoritë karakteristike dhe funksionimin e qelizave, për të studiuar punën e përbashkët të organeve në të gjithë organizmin, etj. Prandaj, seksione të tilla të mëdha kanë u shfaqën në biofizikë: biofizika molekulare, biofizika qelizore, proceset e menaxhimit dhe rregullimit të biofizikës, etj. Le të flasim shkurtimisht për secilin nga seksionet kryesore të biofizikës.

Biofizika molekulare studion vetitë e molekulave biologjike, proceset fiziko-kimike në qelizat receptore. Këto qeliza quhen receptore ose të ndjeshme, pasi janë të parat që perceptojnë sinjalet për dritën, shijen, erën (në latinisht "receptio" - ndjej).

Biofizika molekulare heton, për shembull, proceset që ndodhin në organet shqisore të kafshëve - në organet e shikimit, dëgjimit, prekjes dhe nuhatjes. Jemi mësuar me faktin se gjithçka në trupin tonë ndodh thjesht, natyrshëm dhe ndonjëherë nuk mendojmë se sa komplekse po ndodhin procese biofizike, për shembull, kur shijojmë sheqerin ose nuhasim lulet. Dhe ky është një nga problemet me të cilat biofizika molekulare ka punuar për shumë vite. Fakti është se ndjesitë e shijes ose nuhatjes janë të mundshme për shkak të proceseve komplekse fiziko-kimike në qelizat receptore kur molekulat e substancave të ndryshme ndërveprojnë me to.

Dihet se kimistët kanë krijuar 1 milion përbërje organike dhe pothuajse secila prej tyre ka erën e vet karakteristike. Një person mund të dallojë disa mijëra aroma, dhe ne ndjejmë disa substanca në përqendrime jashtëzakonisht të ulëta - vetëm të miliontat dhe të miliardat e miligramit për litër ujë. Për shembull, për të ndjerë substanca të tilla si skatol, trinitrobutiltoluen, përqendrimi i tyre prej 10 -9 mg / l është i mjaftueshëm. Kafshët janë shumë më të ndjeshme se njerëzit. Për shembull, gjeologët përdorin qen të trajnuar posaçërisht për të nuhatur depozitat e mineralit thellë nën tokë. Të gjithë e dinë mirë punën e qenve nuhatës, duke gjetur një gjurmë nga një erë e papërfillshme. Por, ndoshta, peshqit dhe insektet shkëlqejnë në mprehtësinë e nuhatjes. Disa peshq ndjejnë një substancë me erë, edhe nëse përmbahet në ujë në përqendrime jashtëzakonisht të vogla - vetëm 10 -11 mg / l. Fluturat zbulojnë pothuajse një molekulë të një substance me erë për 1 m 3 ajër.

Biofizika molekulare ndihmon për të sqaruar jo vetëm ndryshimin në ndjeshmërinë dhe strukturën e organeve të nuhatjes në kafshë të ndryshme, por edhe vetë procesin e përcaktimit të nuhatjes. Tani është vërtetuar se ekzistojnë 6-7 aroma bazë, kombinime të ndryshme të të cilave shpjegojnë diversitetin e tyre. Këto aroma bazë korrespondojnë me disa lloje të qelizave të nuhatjes.

Biofizika molekulare studion vetitë dhe proceset jo vetëm te kafshët, por edhe te bimët. Në veçanti, ajo është e angazhuar në studimin e fotosintezës. Procese të mahnitshme dhe komplekse ndodhin në gjethen e gjelbër të thuprës, qershisë së shpendëve, mollës ose grurit. Dielli dërgon një sasi kolosale energjie në Tokë, e cila do të shpërdorohej nëse nuk do të ishin gjethet e gjelbra që e kapin atë dhe krijojnë lëndë organike nga uji dhe dioksidi i karbonit me ndihmën e tij dhe në këtë mënyrë u japin jetë të gjithë organizmave të gjallë.

Fotosinteza zhvillohet në grimcat jeshile - kloroplastet, të vendosura në qelizat e gjetheve dhe që përmbajnë pigment bimor - klorofil. Pjesë të energjisë së dritës (fotonet) absorbohen nga pigmenti dhe prodhojnë fotooksidim të ujit: ai i jep elektronin e tij molekulës së klorofilit dhe protoni përdoret për të reduktuar dioksidin e karbonit në karbohidrate. Protoni dhe elektroni, siç e dimë, përbëjnë atomin e hidrogjenit; ky atom "në pjesë" hiqet nga molekula e ujit. Në procesin e fotosintezës, lëshohet oksigjen, të cilin e marrin frymë të gjithë organizmat e gjallë.

Baza e fotosintezës është procesi i parë elementar: ndërveprimi i pjesëve të energjisë së dritës (fotonet) me një molekulë klorofili. Është ky proces që studiohet nga biofizika molekulare në fotosintezë për të ditur se si bëhet shndërrimi i energjisë së dritës në energji të lidhjeve kimike dhe transformimi i mëpasshëm i substancave. Nëse ky proces themelor kuptohet plotësisht, ai mund të kryhet në kushte artificiale. Atëherë njerëzimi do të zotërojë mënyrën më të shpejtë dhe më ekonomike të marrjes së substancave organike, pra, ushqimit dhe lëndëve të para të vlefshme, që bimët e gjelbra i japin njeriut sot.

Ekziston një marrëdhënie e ngushtë midis studimit të qelizave dhe proceseve molekulare që ndodhin në to, domethënë midis biofizikës molekulare dhe qelizore. Njëra prej tyre studion ndryshimet molekulare, vetitë e molekulave biologjike dhe sistemet e formuara nga molekulat në qeliza (siç thonë ata, formacionet nënmolekulare), vetitë dhe ndryshimet e tyre, tjetra studion vetitë dhe funksionimin e qelizave të ndryshme - ekskretuese, kontraktuese, nuhatëse. , e ndjeshme ndaj dritës etj.

zhvillimin biofizika e qelizave sukseset e fizikës dhe radio-elektronikës kontribuan në shumë mënyra, ishte falë këtyre shkencave që biofizika mori mikroskopë elektronikë, të cilët bënë të mundur zmadhimin e objekteve mikroskopike qindra mijëra herë. Biofizikanët janë të armatosur me rezonancë paramagnetike elektronike, e cila mund të përdoret për të studiuar pjesë të veçanta aktive të molekulave - të ashtuquajturat radikale të lira, të cilat luajnë një rol shumë të rëndësishëm në të gjitha proceset biologjike. Me ndihmën e pajisjeve shumë të ndjeshme ndaj dritës - tubat fotoshumësues (PMT) u bë i mundur përcaktimi i flukseve jashtëzakonisht të vogla të dritës. Përdorimi i këtyre instrumenteve ka çuar në një zbulim të madh në biofizikën e qelizave.

Aftësia për të ndezur në organizmat e gjallë është e njohur prej kohësh: xixëllonjat dhe organizmat e ndryshëm ujorë, të quajtur biolumineshencë. Por me ndihmën e fotoshumëzuesve, u zbulua se organet e pothuajse të gjitha kafshëve dhe bimëve kanë aftësinë të shkëlqejnë. Ky i ashtuquajtur shkëlqim super i dobët - biokimilumineshencë - ndodh si rezultat i reaksioneve fiziko-kimike brenda qelizave dhe shoqërohet me oksidimin ndërqelizor të substancave lipidike që përbëjnë elementet strukturore. Radikalet e lira të përmendura më sipër luajnë një rol të rëndësishëm në këto procese. Nga intensiteti i shkëlqimit ultra të dobët, mund të monitorohet niveli i reaksioneve metabolike oksidative dhe lirimi i energjisë si rezultat i reaksioneve të ndryshme që ndodhin brenda qelizave.

Zbulimi i lumineshencës super të dobët, prania e radikaleve të lira dhe lidhja e tyre me aktivitetin jetësor të qelizës ka ndryshuar në mënyrë dramatike konceptin e proceseve qelizore. Detyra e biofizikës qelizore nuk ishte vetëm të kuptonte strukturën ultramikroskopike të qelizës dhe organeleve të saj, por edhe të zbulonte se si këta elementë janë të lidhur me njëri-tjetrin, si funksionojnë, cila është arsyeja e koherencës dhe konsistencës së proceseve. që ndodhin në qeliza.

Kur studionin një qelizë në një mikroskop elektronik, shkencëtarët hapën një botë të re të strukturave ultramikroskopike, d.m.th., më të voglat, qelizore. U gjetën membrana ndërqelizore, tubula, tubula, vezikula. Të gjitha këto struktura, miliona herë më të holla se flokët e njeriut, luajnë një rol të caktuar në jetën e qelizës. Çdo qelizë, e cila duket të jetë një gungë e thjeshtë e citoplazmës me një bërthamë, është një formacion kompleks me një numër të madh grimcash të vogla (elemente strukturore) që veprojnë me saktësi dhe konsistencë, në një mënyrë strikte, të ndërlidhura ngushtë. Numri i këtyre elementeve strukturorë është shumë i madh, për shembull, në një qelizë nervore ka deri në 70 mijë grimca - mitokondri, falë të cilave qeliza merr frymë dhe merr energji për aktivitetet e saj.

Në çdo qelizë të një organizmi të gjallë, bëhet thithja e substancave të nevojshme dhe lirimi i substancave të panevojshme, bëhet frymëmarrja dhe ndarja, së bashku me këtë, qelizat kryejnë funksione të veçanta. Kështu, qelizat e retinës së syrit përcaktojnë forcën dhe cilësinë e dritës, qelizat e mukozës së hundës përcaktojnë erën e substancave, qelizat e gjëndrave të ndryshme sekretojnë substanca fiziologjikisht aktive - enzimat dhe hormonet që rregullojnë rritjen dhe zhvillimin e trupi.

Për të gjithë punën e tyre të madhe - të parë, të dëgjuar, të identifikuar - qelizat e indit nervor të kafshëve raportojnë me impulse elektrike në tru - qendra kryesore koordinuese. Biofizika e qelizës në tërësi dhe një nga seksionet e saj të rëndësishme, të quajtur elektrofiziologjia e qelizave, ata studiojnë se si qelizat marrin informacionin e nevojshëm nga hapësira përreth, si kodohet ky informacion në sinjalet elektrike - impulset, si formohen rrymat dhe potencialet biologjike në qeliza.

Qelizat e një organizmi të gjallë janë të lidhura ngushtë me njëra-tjetrën, me trurin - qendra kryesore e kontrollit. Në vetë qelizat, në mijëra elementë strukturorë të tyre, ndodhin procese biokimike të renditura. Çfarë i bën këto qindra mijëra reagime kaq të koordinuara dhe të sakta?

Fakti është se si një qelizë, ashtu edhe një organ i veçantë dhe një organizëm i tërë përfaqësojnë një të caktuar sistemi, bazuar në ligje specifike të rregullimit dhe ndërlidhjes. Këto karakteristika studiohen nga seksioni më i ri - biofizika e proceseve të kontrollit dhe rregullimit.

Le të flasim për këtë degë të biofizikës duke përdorur shembullin e mëposhtëm. Çdo organ i njeriut përbëhet nga një numër i madh qelizash që kryejnë një punë specifike. Për shembull, mukoza e hundës, i ashtuquajturi epiteli mukoz, luan një rol të veçantë në shqisën e nuhatjes. Sipërfaqja e tij nuk është më shumë se 4 cm 2, por përmban pothuajse 500 milionë qeliza receptore të nuhatjes. Informacioni për punën e tyre transmetohet përmes fibrave nervore, numri i të cilave arrin në 50 milionë, në nervin e nuhatjes dhe më pas në tru. Sinjalet që vijnë nga qelizat në formën e impulseve elektrike parësore duhet të deshifrohen saktë. Për ta bërë këtë, ato dërgohen në pjesë të ndryshme të trurit, të përbërë nga një numër i madh qelizash. Për shembull, vetëm hemisferat cerebrale përmbajnë 2 * 10 10 qeliza, tru i vogël - 10 11 qeliza. Truri merr "vendimet" e nevojshme dhe transmeton sinjale reagimi - udhëzime se si duhet të funksionojnë disa qeliza, inde ose organe. Sistemi nervor qendror merr qindra mijëra sinjale të ndryshme nga mjedisi i jashtëm për tingujt, dritën, aromat dhe sinjalet për gjendjen e qelizave të vetë trupit. Nga sa u tha, është e qartë se sa komplekse janë ndërlidhjet në çdo sistem të gjallë - në një qelizë të vetme ose në të gjithë organizmin, sa e vështirë është të menaxhosh qelizat, të rregullosh gjendjen e tyre dhe të kontrollosh qëndrueshmërinë e të gjitha proceseve jetësore.

Kjo degë e rëndësishme e biofizikës mbështetet në modelet e zbuluara nga një shkencë tjetër - kibernetikë. Biofizikanët që studiojnë proceset e kontrollit dhe rregullimit, duke përdorur metodat e tij, kanë zhvilluar një sërë modelesh elektronike, të tilla si një breshkë, një qelizë nervore dhe procesin e fotosintezës, të cilat lehtësojnë studimin e fenomeneve komplekse rregullatore në trup.

Studimi i proceseve rregullatore në një organizëm të gjallë tregoi se ata kanë një pronë të mahnitshme - vetërregullimi. Qelizat, indet, organet e organizmave të gjallë janë sisteme vetërregulluese, vetëorganizuese, vetë-rregulluese, vetë-mësuese. Kjo do të thotë që puna e qelizave, organeve dhe organizmit në tërësi përcaktohet nga vetitë dhe cilësitë e natyrshme në vetë organizmin. Prandaj, çdo qelizë apo organ më vete, pa ndihmë nga jashtë rregullon qëndrueshmërinë e përbërjes së mjedisit brenda tyre. Nëse, nën ndikimin e ndonjë faktori, gjendja e tyre ndryshon, kjo veti e mahnitshme i ndihmon ata të kthehen përsëri në gjendjen e tyre normale.

Kloroplastet në qelizat e gjetheve ndryshojnë vendndodhjen e tyre në varësi të intensitetit të ndriçimit: në ndriçim të fortë, ato ndodhen përgjatë mureve të qelizave (majtas); me një të dobët - në të gjithë qelizën. Ky është një shembull i vetë-rregullimit qelizor.

Këtu është vetëm një shembull i thjeshtë i një vetërregullimi të tillë. Ne kemi folur tashmë për rolin e rëndësishëm të kloroplasteve të vendosura në qelizat e gjetheve jeshile. Kloroplastet janë të afta për lëvizje të pavarur në qeliza nën ndikimin e dritës, pasi ato janë shumë të ndjeshme ndaj saj. Në një ditë të ndritshme me diell me intensitet të lartë drite, kloroplastet janë të vendosura përgjatë murit qelizor, sikur përpiqen të shmangin veprimin e dritës së fortë. Në ditët me re dhe me re, kloroplastet përhapen në të gjithë sipërfaqen e qelizës për të thithur më shumë rreze. Kalimi i kloroplasteve nga një pozicion në tjetrin nën ndikimin e dritës (fototaksia) ndodh për shkak të vetërregullimit qelizor.

Njohja e njeriut për natyrën dhe organizmat e ndryshëm të gjallë ecën aq shpejt dhe çon në rezultate dhe përfundime të tilla të papritura, saqë ato nuk përshtaten në kuadrin e asnjë shkence të vetme. Biofizika hodhi themelet për degë të reja të shkencës, duke zgjeruar horizontet e njohurive njerëzore. Pra spikati si degë e pavarur e biologjisë radiobiologji - shkenca e efekteve të llojeve të ndryshme të rrezatimit në organizmat e gjallë, biologjia hapësinore, duke studiuar problemet e jetës në hapësirë, mekanokimi, duke hetuar shndërrimin e energjisë kimike në energji mekanike, e cila ndodh në fibrat e muskujve. Në bazë të kërkimit biofizik, ka lindur një shkencë e re - bionika, studimi i organizmave të gjallë në mënyrë që të përdorë parimet e punës së tyre për të krijuar pajisje dhe aparatura të reja dhe më të avancuara.

Ne folëm vetëm për një pjesë të vogël të hulumtimit të kryer nga biofizikanët, por mund të jepeshin shumë më tepër shembuj, si në fushën e studimit të molekulave, strukturave nënqelizore dhe trupit në tërësi. Çdo ditë sjell zbulime të reja, shpikje, ide të vlefshme. Shekulli ynë është një kohë e suksesit të madh në të gjitha fushat e dijes, përfshirë studimin e natyrës.

Historia e instituteve të kërkimit biologjik në Rusi shkon prapa në fund të shekullit të 19-të dhe fillon me kafshimet e qenve të tërbuar. I impresionuar nga suksesi i vaksinës kundër tërbimit të zhvilluar nga Pasteur, Instituti i Mjekësisë Eksperimentale u krijua në Shën Petersburg në fund të shekullit të 19-të. Organizimi i institutit u inicua dhe u financua nga Princi A.P. Oldenburgsky. Para kësaj, princi duhej të dërgonte një nga oficerët e tij në Paris për vaksinim. Në 1917, Instituti i Fizikës dhe Biofizikës u krijua në Moskë me shpenzimet e tregtarit Kh.S. Ledentsov. Ky institut drejtohej nga P.P. Lazarev, i cili shpejt doli të ishte afër "trupit të Leninit": pas atentatit ndaj udhëheqësit të proletariatit botëror, atij i duhej një ekzaminim me rreze X.

Biofizika në Rusinë Sovjetike u bë për ca kohë një "i dashur i fatit". Bolshevikët ishin të fiksuar pas inovacionit në shoqëri dhe treguan një gatishmëri për të mbështetur drejtime të reja në shkencë. Më vonë, Instituti i Fizikës i Akademisë së Shkencave Ruse u rrit nga ky Instituti. Vini re se shumë zbulime themelore fizike ndodhën për shkak të interesit të shkencëtarëve për sistemet biologjike. Pra, italiani i famshëm Luigi Galvani bëri zbulime në fushën e energjisë elektrike, duke studiuar elektricitetin e kafshëve mbi bretkosat, dhe Alessandro Volta mendoi se ishte një fenomen fizik më i përgjithshëm.

Në Bashkimin Sovjetik, autoritetet ishin të interesuara për të kryer kërkime shkencore në një "front të gjerë". Ishte e pamundur të humbiste ndonjë nga drejtimet premtuese që mund të premtonin avantazhe ushtarake ose ekonomike në të ardhmen. Deri në fillim të viteve 1990, mbështetja shtetërore siguroi zhvillimin prioritar të biologjisë molekulare dhe biofizikës. Në vitin 1992, autoritetet e reja u dërguan shkencëtarëve një sinjal të paqartë: paga e një studiuesi u bë më e vogël se niveli i jetesës dhe shkencëtarët u detyruan të zgjidhnin midis emigrimit dhe një ndryshimi në fushën e tyre të veprimtarisë. Shumë biofizikantë që nuk mendonin më parë për emigracionin duhej të shkonin në Perëndim. Komuniteti i biofizikanëve në Rusi është relativisht i vogël, dhe nëse qindra studiues nga disa mijëra largohen, është e pamundur të mos e vini re këtë.

Në fillim, biofizika ruse vuajti pak nga emigracioni "ekonomik". Zhvillimi i mjeteve të tilla të komunikimit si e-mail dhe interneti ka bërë të mundur ruajtjen e lidhjeve midis shkencëtarëve dhe kolegëve. Shumë filluan të ndihmonin institutet e tyre me reagentë dhe literaturë shkencore dhe vazhduan kërkimet mbi temat "e tyre". Shkencëtarët e njohur, pasi mbërritën në një vend të ri, krijuan “platforma” për praktika dhe ftuan kolegë. Shkencëtarët më energjikë u larguan, kryesisht të rinj. Kjo çoi në “plakjen” e personelit shkencor, gjë që u lehtësua edhe nga rënia e prestigjit të specialitetit. Për shkak të pamundësisë për të jetuar me një pagë akademike, fluksi i studentëve në shkencë është ulur. Është shfaqur një hendek brezash, i cili tashmë, pas 15 vitesh ndryshim, ka filluar të ketë një efekt gjithnjë e më të madh: mosha mesatare e punonjësve në disa laboratorë të Akademisë së Shkencave i kalon tashmë 60 vjetët.

Biofizika ruse nuk i ka humbur pozitat e saj drejtuese në një numër fushash të kryesuara nga shkencëtarë që u arsimuan në vitet 60-80 të shekullit të njëzetë. Zbulime të rëndësishme në shkencë u bënë nga këta shkencëtarë. Pra, si shembull, mund të citojmë krijimin në vitet e fundit të një shkence të re - bioinformatikës, arritjet kryesore të së cilës lidhen me analizën kompjuterike të gjenomave. Themelet e kësaj shkence u hodhën në vitet '60 nga një biofizikan i ri Vladimir Tumanyan, i cili ishte i pari që zhvilloi një algoritëm kompjuterik për analizimin e sekuencave të acidit nukleik. Nga ky shembull, bëhet e qartë se sa e rëndësishme është tani tërheqja e të rinjve të talentuar në shkencë, të cilët mund të hedhin themelet për drejtime të reja shkencore.

Biofizikani Anatoly Vanin zbuloi rolin e oksidit nitrik në rregullimin e proceseve qelizore në vitet 1960. Më vonë doli se oksidi nitrik ka një rëndësi të madhe mjekësore. Oksidi nitrik është molekula kryesore sinjalizuese e sistemit kardiovaskular. Studimi i rolit të oksidit nitrik në këtë sistem u nderua me Çmimin Nobel në 1998. Në bazë të oksidit nitrik, u krijua ilaçi më popullor në botë për të rritur fuqinë "Viagra". Ndërkohë, artikulli i Anatoly Vanin "Radikalët e lirë të një lloji të ri" u botua në vitin 1965 në revistën "Biofizika". Shkencëtarët amerikanë po e demonstrojnë tani atë si puna e parë mbi oksidin nitrik në një organizëm të gjallë. Një histori e ngjashme ndodhi me klonimin - a u botua vepra e parë edhe në "Biofizikë" vendase?

Shumë arritje në fushën e biofizikës shoqërohen me reaksionin vetëlëkundës Belousov-Zhabotinsky të zbuluar nga shkencëtarët sovjetikë. Ky reagim jep një shembull të vetë-organizimit në natyrën e pajetë; ai shërbeu si bazë për shumë modele sinergjike që tani janë në modë. Oleg Mornev nga Pushchino kohët e fundit tregoi se autovalët përhapen sipas ligjeve të valëve optike. Ky zbulim hedh dritë mbi natyrën fizike të autovalëve, gjë që mund të konsiderohet edhe si kontribut i biofizikanëve në fizikë.

Një nga fushat më interesante të biofizikës moderne është analiza e lidhjes së ARN-ve të vogla me proteinat që kodojnë ARN-në e dërguar. Kjo lidhje qëndron në themel të fenomenit të "ndërhyrjes së ARN". Zbulimi i këtij fenomeni u nderua me Çmimin Nobel në vitin 2006. Komuniteti shkencor botëror ka shpresa të mëdha se ky fenomen do të ndihmojë në luftimin e shumë sëmundjeve. Analiza e mekanizmave të lidhjes së molekulave të ARN-së është kryer me sukses vitet e fundit nga një grup ndërkombëtar studiuesish të udhëhequr nga Olga Matveeva, e cila aktualisht punon në SHBA.

Fusha më e rëndësishme e biofizikës molekulare është studimi i vetive mekanike të një molekule të vetme të ADN-së. Zhvillimi i teknikave të shkëlqyera për analizat biofizike dhe biokimike bën të mundur monitorimin e vetive të tilla të molekulës së ADN-së si ngurtësia, shtrirja, përkulja dhe forca në tërheqje. Veti të tilla zbulohen në punën eksperimentale dhe teorike të kryer viteve të fundit në Rusi nën drejtimin e Sergei Grokhovsky dhe në SHBA nën drejtimin e Carlos Bustamente. Këto punime janë të lidhura ngushtë me studimet e streseve mekanike në një qelizë të gjallë. Donald Ingber ishte i pari që vuri në dukje ngjashmërinë e strukturave mekanike të një qelize të gjallë me "strukturat e vetë-stresuara". Struktura të tilla u shpikën në fillim të viteve 1920 nga inxhinieri rus Karl Ioganson dhe u "rizbuluan" më vonë nga inxhinieri amerikan Buckminster Fuller.

Pozicionet e biofizikanëve rusë në fushën e teorisë janë tradicionalisht të forta. Fakulteti i Fizikës i Universitetit Shtetëror të Moskës, ku në shekullin e 20-të punuan dhe mësuan teoricienët më të fortë në vend, u dha shumë të diplomuarve të Departamentit të Biofizikës. Të diplomuarit e këtij departamenti parashtruan një sërë konceptesh teorike origjinale dhe krijuan shumë zhvillime unike që kanë gjetur aplikimin e tyre në mjekësi. Për shembull, Georgy Gursky dhe Alexander Zasedatelev zhvilluan teorinë e lidhjes së përbërjeve biologjikisht aktive me ADN-në. Ata sugjeruan se fenomeni i "adsorbimit të matricës" qëndron në themel të një lidhjeje të tillë. Bazuar në këtë koncept, ata propozuan një projekt origjinal për sintezën e komponimeve me peshë të ulët molekulare. Komponime të tilla mund të "njohin" vende të caktuara në molekulën e ADN-së dhe të rregullojnë aktivitetin e gjeneve. Vitet e fundit ky projekt po zhvillohet me sukses, po sintetizohen medikamente për një sërë sëmundjesh të rënda. Alexander Zasedatelev zbaton me sukses zhvillimet e tij për të krijuar bioçipa vendas që lejojnë diagnostikimin e sëmundjeve onkologjike në një fazë të hershme. Nën udhëheqjen e Vladimir Poroikov, u krijua një grup programesh kompjuterike që bënë të mundur parashikimin e aktivitetit biologjik të përbërjeve kimike sipas formulave të tyre. Ky drejtim bën të mundur lehtësimin e ndjeshëm të kërkimit të komponimeve të reja medicinale.

Galina Riznichenko dhe kolegët e saj zhvilluan modele kompjuterike të reaksioneve që ndodhin gjatë fotosintezës. Ajo drejton shoqatën "Gratë në shkencë, kulturë dhe arsim", e cila, së bashku me Departamentin e Biofizikës të Fakultetit të Biologjisë, Universiteti Shtetëror i Moskës, mban një sërë konferencash të rëndësishme për komunitetin e biofizikanëve rusë. Në kohët sovjetike, kishte shumë konferenca të tilla: disa herë në vit, biofizikantë mblidheshin për takime, simpoziume dhe seminare në Armeni, Gjeorgji, Ukrainë dhe shtetet baltike. Me rënien e BRSS, këto takime pushuan, gjë që pati një ndikim negativ në nivelin e kërkimit të kryer në një numër vendesh të CIS. Gjatë 15 viteve të fundit, Këshilli Shkencor për Biofizikën në Akademinë e Shkencave ka mbajtur dy Kongrese Biofizike Gjith-Ruse, të cilat stimuluan kontaktet shkencore dhe shkëmbimin e informacionit midis shkencëtarëve rusë. Konferencat kushtuar kujtimit të Lev Blumenfeld dhe Emilia Frisman kanë filluar të luajnë një rol të rëndësishëm vitet e fundit. Këto konferenca mbahen rregullisht në departamentet e fizikës të Universitetit Shtetëror të Moskës dhe Universitetit Shtetëror të Shën Petersburgut.

Duke gjykuar nga treguesit financiarë, "pëllëmba" për arritjet më të mëdha duhet t'i jepet biofizikantit Armen Sarvazyan, i cili krijoi një sërë zhvillimesh unike në fushën e studimit të trupit të njeriut duke përdorur ultratinguj. Këto studime financohen bujarisht nga departamenti ushtarak amerikan: për shembull, Sarvazyan zotëron zbulimin e një lidhjeje midis hidratimit të indeve (shkalla e dehidrimit) dhe gjendjes së trupit. Puna e laboratorit të Sarvazyan është e kërkuar në lidhje me operacionet ushtarake të udhëhequra nga SHBA në Lindjen e Mesme.

Trazirat e botëkuptimit premtojnë zbulimin e Simon Shnol: ai zbuloi ndikimin e faktorëve kozmogjeofizikë në rrjedhën e reaksioneve fizike dhe biokimike. Çështja është se ligji i njohur i Gausit, ose shpërndarja normale e gabimeve të matjes, rezulton të jetë rezultat i mesatares së përafërt, i cili nuk është gjithmonë i vlefshëm. Në realitet, të gjitha proceset në vazhdim kanë karakteristika të caktuara "spektrale" për shkak të anizotropisë së hapësirës. Era "kozmike", për të cilën shkruan shkrimtarët e trillimeve shkencore të shekullit të 20-të, e gjen konfirmimin e saj në eksperimentet delikate dhe konceptet origjinale të shekullit të 21-të.

Më e rëndësishmja për të gjithë njerëzit që jetojnë në planetin tonë mund të jetë hulumtimi i biofizikantit Alexei Karnaukhov. Modelet e tij klimatike parashikojnë se do të përballemi me ftohjen globale të ndjekur nga ngrohja. Nuk është për t'u habitur që ka pasur një interes të madh publik për këtë temë. Çuditërisht, filmi "Ditë pas nesër" bazohet jo vetëm në këtë ide, por edhe në modelin specifik të ftohjes të propozuar nga Karnaukhov. Rryma e Gjirit, e cila ngroh Evropën Veriore, do të pushojë së sjellë nxehtësi nga Atlantiku për faktin se Rryma e Labradorit, e kundërt me të, do të shkripërohet për shkak të shkrirjes së akullnajave dhe rritjes së rrjedhës së lumenjve veriorë. , gjë që do ta bëjë më të lehtë dhe do të ndalojë “zhytjen” nën Rrymën e Gjirit. Rritja e rrjedhës së lumenjve veriorë e vërejtur vitet e fundit dhe shkrirja e akullnajave i japin parashikimeve të Karnaukhov gjithnjë e më shumë bazë. Rreziqet e katastrofave klimatike po rriten ndjeshëm dhe publiku në një sërë vendesh evropiane tashmë po jep alarmin.

Hulumtimi i Robert Bibilashvili nga Qendra e Kardiologjisë ka çuar në rezultate të rëndësishme në shërimin e një sërë sëmundjesh që më parë konsideroheshin të pashërueshme. Doli se ndërhyrja në kohë (injektimi i enzimës urokinase në zonat e trurit të pacientëve të prekur nga një goditje) mund të largojë plotësisht pasojat edhe të sulmeve shumë të rënda! Urokinaza është një enzimë që formohet nga gjaku dhe qelizat vaskulare dhe është një nga komponentët e sistemit që parandalon zhvillimin e trombozës.

Deri kohët e fundit, biofizika ruse ka mbajtur përparësi në një numër të madh fushash shkencore: Vsevolod Tverdislov është i angazhuar në kërkime origjinale në fushën e origjinës së jetës, Fazoil Ataullakhanov ka marrë një sërë rezultatesh themelore në kuptimin e funksionimit të sistemit të gjakut, nën udhëheqja e Mikhail Kovalchuk një numër fushash po zhvillohen në një shkencë të re - nanobiologji, koncepte interesante që po zhvillohen aktualisht nga Genrikh Ivanitsky, Vladimir Smolyaninov dhe Dmitry Chernavsky ...

Komuniteti biofizik botëror e përshëndeti me entuziazëm librin "Fizika e proteinave", shkruar nga Alexei Finkelstein dhe Oleg Ptitsyn. Së bashku me librin "Epoka e ADN-së" (në botimin e parë rus - "Molekula më e rëndësishme") nga Maxim Frank-Kamenetsky, ky libër është bërë një udhëzues desktopi për studentët dhe shkencëtarët nga shumë vende. Në përgjithësi, gjatë 15 viteve të fundit, biofizika ruse, megjithë një reduktim të ndjeshëm të financimit, nuk e ka humbur aftësinë për të gjeneruar ide të reja dhe për të marrë rezultate origjinale. Megjithatë, përkeqësimi i infrastrukturës shkencore dhe bazës instrumentale, ikja e të rinjve drejt sektorëve më fitimprurës të ekonomisë çoi në shterjen e burimeve për zhvillimin e mëtejshëm të shkencës. Shkenca vendase ka humbur pak në shpejtësinë dhe intensitetin e zhvillimit të saj. Shkenca u mbështet nga përkushtimi i shkencëtarëve, ndihma e kolegëve dhe fondacioneve perëndimorë, si dhe rëndësia e inercisë, e përcaktuar nga mundimi i arsimit. Rolin "shpëtimtar" këtu e luajti edhe konservatorizmi i predikimeve të shkencëtarëve. Shkenca është mbështetur me shekuj falë interesit për të nga njerëzit nga shtresat e larta të shoqërisë që financojnë kërkimet nga xhepat e tyre (mendoni për Princin e Oldenburgut). Aristokracia e njohur e shkencës akademike i shpëtoi bartësit e saj nga tundimet e tregut të “periudhës së tranzicionit”.

Tashmë këta "dorë fisnikë" në biofizikë nuk mund të gjejnë dhe edukojnë më llojin e tyre: të rinjtë shkojnë në zyra jo sepse nuk u pëlqen shkenca, por sepse nuk mund të gjejnë një shpërblim të plotë për mundin e tyre. Nënarsimimi është bërë plaga e kohës sonë: për të “bërë” një shkencëtar të vërtetë duhen të paktën 8-10 vjet: 5-6 vite studim në universitet apo universitet dhe tre vite në diplomë. Gjatë gjithë kësaj kohe, i riu duhet të mbështetet nga prindërit e tij, por nëse ai fillon të "fitojë disa para", atëherë, si rregull, kjo përfundon me largimin "në zyrë". Sidoqoftë, është mjaft e vështirë të gjesh prindër që kanë qenë të gatshëm të ushqejnë fëmijën e tyre dhe të kënaqin interesin e tij për shkencën për dhjetë vjet. Prindër të tillë mund të gjendeshin në komunitetin shkencor nëse vetë shkencëtarët do të kishin fonde të mjaftueshme. Falë një edukimi afatgjatë, fitohet një specialist "duke luajtur gjatë", megjithatë, një ndërprerje në arsim në gjysmë të rrugës çon në "braktisje". Është humbja e pariparueshme e specialistëve të rinj (dhe jo arritjet) në shkencë që është rezultati kryesor i ndryshimeve në biofizikën ruse. Humbja e arritjeve dhe humbja e kërkimeve të nivelit botëror është një proces që ende na pret nëse të rinjtë nuk i kthehen shkencës.

Nga arritjet e fundit të shkencëtarëve të huaj, mund të vërehen dy: së pari, një grup studiuesish amerikanë nga Universiteti i Miçiganit, të udhëhequr nga S.J. Weiss zbuloi një nga gjenet përgjegjëse për zhvillimin "tre-dimensionale" të indeve biologjike dhe së dyti, shkencëtarët nga Japonia treguan se streset mekanike ndihmojnë në krijimin e enëve artificiale. Shkencëtarët japonezë vendosën qeliza burimore brenda një tubi poliuretani dhe detyruan lëngun përmes tubit nën presion të ndryshëm. Parametrat e pulsimit dhe strukturat e stresit mekanik ishin afërsisht të njëjta si në arteriet e vërteta të njeriut. Rezultati është inkurajues – qelizat staminale “shndërruan” në qeliza që rreshtojnë enët e gjakut. Kjo punë lejon një kuptim më të thellë të rolit të stresit mekanik në zhvillimin e organeve. Në rendin e ditës është krijimi i “pjesëve rezervë për riparimin” artificial të sistemit të qarkullimit të gjakut. Lajmet shkencore mund të shihen në Scientific.ru.

Duke përmbledhur, mund të themi se biofizika ruse ka humbur shumë në të tashmen, por ajo kërcënohet nga një rrezik më serioz - të humbasë të ardhmen.

Njohja e funksioneve njerëzore është një nga detyrat më të vështira. Zhvillimi i shkencës në fazat e para ndodh - diferencimi i disiplinave që synojnë një studim të thellë të problemeve të caktuara. Në fazën e parë, ne përpiqemi të njohim një pjesë të caktuar, dhe kur arrijmë ta bëjmë këtë, lind një detyrë tjetër - si të bëjmë një ide të përgjithshme. Ka disiplina shkencore në kryqëzimin e specialiteteve origjinale. Kjo vlen edhe për biofizikën, e cila u shfaq në kryqëzimin e fiziologjisë, fizikës, kimisë fizike dhe hapi mundësi të reja për të kuptuar proceset biologjike.

Biofizika- një shkencë që studion proceset fizike dhe fiziko-kimike në nivele të ndryshme të lëndës së gjallë (molekulare, qelizore, organe, organizma të tërë), si dhe modelet dhe mekanizmat e ndikimit të faktorëve fizikë mjedisorë në lëndën e gjallë.

Ndani-

• biofizika molekulare - kinetika dhe termodinamika e proceseve
• biofizika e qelizave - studimi i strukturës qelizore dhe manifestimeve fiziko-kimike - përshkueshmëria, formimi i biopotencialeve
• biofizika e organeve shqisore - mekanizmat fizikë dhe kimikë të marrjes, transformimi i energjisë, kodimi i informacionit në receptorë.
• Biofizika e sistemeve komplekse - proceset e rregullimit dhe vetërregullimit dhe veçoritë termodinamike të këtyre proceseve
• Biofizika e ndikimit të faktorëve të jashtëm - eksploron ndikimin në trup të rrezatimit jonizues, ultrazërit, dridhjeve, ekspozimit ndaj dritës

Detyrat e biofizikës

1. Krijoni modele të natyrës së egër duke studiuar fenomenet fizike dhe kimike në trup
2. Studimi i mekanizmave të ndikimit të faktorëve fizikë në trup

Euler (1707-1783) - ligjet e teorisë së hidrodinamikës, për të shpjeguar lëvizjen e gjakut nëpër enët

Lavoisier (1780) - studioi shkëmbimin e energjisë në trup

Galvani (1786) - themeluesi i doktrinës së biopotencialeve, elektriciteti i kafshëve

Helmholtz (1821)

Rrezet X - u përpoq të shpjegonte mekanizmat e tkurrjes së muskujve nga pozicioni i efekteve piezo

Arrhenius - ligjet e kinetikës klasike për të shpjeguar proceset biologjike

Lomonosov - ligji i ruajtjes dhe transformimit të energjisë

Sechenov - studioi transportin e gazit në gjak

Lazarev - themeluesi i shkollës kombëtare biofizike

Pauling - zbulimi i strukturës hapësinore të proteinës

Watson dhe Crick - zbulimi i strukturës së dyfishtë të ADN-së

Hodgkin, Huxley, Katz - zbulimi i natyrës jonike të fenomeneve bioelektrike

Prigogine - teoria e termodinamikës së proceseve të pakthyeshme

Eigen - teoria e hipercikleve, si bazë e evolucionit

Sakman, Neher - vendosi strukturën molekulare të kanaleve jonike

Biofizika u bë e lidhur me zhvillimin e mjekësisë, sepse. Aty përdoreshin metoda të ndikimit fizik në trup.

Biologjia po zhvillohej dhe ishte e nevojshme të depërtonim në sekretet e proceseve biologjike që ndodhin në nivelin molekular

Nevoja e industrisë, zhvillimi i së cilës çoi në veprimin e faktorëve të ndryshëm fizikë në trup - rrezatimi radioaktiv, dridhjet, mungesa e peshës, mbingarkesat

Metodat e hulumtimit biofizik

• Analiza e difraksionit me rreze X- studimi i strukturës atomike të materies, duke përdorur difraksionin me rreze X. Shpërndarja e densitetit të elektronit të një substance përcaktohet nga modeli i difraksionit, dhe tashmë prej tij është e mundur të përcaktohet se cilat atome përmbahen në substancë dhe si ndodhen ato. Studimi i strukturave kristalore, lëngjeve dhe molekulave të proteinave.
• Kromatografia me kolonë- Shpërndarja dhe analiza e ndryshme e përzierjeve ndërmjet 2 fazave - të lëvizshme dhe të palëvizshme. Mund të lidhet me shkallë të ndryshme të përthithjes së substancës ose me shkallë të ndryshme të shkëmbimit të joneve. Mund të jetë gaz ose lëng. Shpërndarja e substancave përdoret në kapilarë - kapilar, ose në tuba të mbushur me një sorbent - kolonë. Mund të bëhet në letër, pjata
• Analiza spektrale- përcaktimi cilësor dhe sasior i një lënde me spektra optike. Substanca përcaktohet ose nga spektri i emetimit - analiza spektrale e emetimit ose nga spektri i përthithjes - përthithja. Përmbajtja e substancës përcaktohet nga trashësia relative ose absolute e linjave në spektër. Përfshini gjithashtu radiospektroskopinë - rezonancën paramagnetike të elektroneve dhe rezonancën magnetike bërthamore.
• Tregimi i izotopit
• mikroskopi elektronik
• mikroskopi ultravjollcë- studimi i objekteve biologjike në rrezet UV rrit kontrastin e imazhit, veçanërisht strukturat ndërqelizore, dhe ju lejon të ekzaminoni qelizat e tjera pa ngjyrosje paraprake dhe rregullim të preparatit.

Një nga kushtet më të rëndësishme për ekzistencë është përshtatja adekuate e funksioneve, organeve dhe indeve, sistemeve me mjedisin. Ekziston një ekuilibër i vazhdueshëm i organizmit dhe mjedisit. Në këto procese, procesi kryesor është rregullimi dhe kontrolli i funksioneve fiziologjike.

Ligjet e përgjithshme për zbatimin, menaxhimin dhe përpunimin e informacionit në sisteme të ndryshme studiohen nga shkenca e kibernetikës (kibernetika është arti i menaxhimit) Ligjet e menaxhimit janë të përbashkëta si për njerëzit ashtu edhe për pajisjet teknike. Shfaqja e kibernetikës u përgatit nga zhvillimi i teorisë së kontrollit automatik, zhvillimi i radio elektronikës dhe krijimi i teorisë së informacionit.

Kjo vepër u prezantua nga Shannon (1948) në "The Mathematical Theory of Communication"

Kibernetika merret me studimin e sistemeve të çdo natyre të aftë për të marrë, ruajtur dhe përpunuar informacionin dhe përdorimin e tij për menaxhim dhe rregullim. Kibernetika studion ato sinjale dhe faktorë që çojnë në procese të caktuara kontrolli.

Ka një rëndësi të madhe për mjekësinë. Analiza e proceseve biologjike bën të mundur studimin cilësor dhe sasior të mekanizmave të rregullimit. Proceset informative të menaxhimit dhe rregullimit janë vendimtare në organ, d.m.th. janë parësore, në bazë të të cilave ndodhin të gjitha proceset.

Sistemet- një kompleks i organizuar elementësh të lidhur me njëri-tjetrin dhe që kryejnë funksione të caktuara në përputhje me programin e të gjithë sistemit. Elementet e trurit do të jenë neuronet. Elementet e një ekipi janë njerëzit që e përbëjnë atë. Vetëm turma nuk është një sistem kibernetik.

Programi- sekuenca e ndryshimeve në sistem në hapësirë ​​dhe kohë, të cilat mund të inkorporohen në strukturën e sistemit ose të hyjnë në të nga jashtë.

Lidhje- procesi i ndërveprimit të elementeve me njëri-tjetrin, në të cilin ka një shkëmbim të materies, energjisë, informacionit.

Mesazhet janë të vazhdueshme dhe diskrete.

e vazhdueshme kanë karakter të një vlere që ndryshon vazhdimisht (presioni i gjakut, temperatura, tensioni i muskujve, meloditë muzikore).

Diskret- përbëhet nga hapa ose shkallëzime të veçanta që ndryshojnë nga njëri-tjetri (pjesë ndërmjetësve, baza azotike e ADN-së, pika dhe pika të kodit Morse)

Procesi i kodimit të informacionit është gjithashtu i rëndësishëm. Është i koduar nga impulset nervore për perceptimin e informacionit nga qendrat nervore. Elementet e kodit - simbolet dhe pozicionet. Simbolet janë sasi pa dimensione që dallojnë diçka (shkronjat e alfabetit, shenjat matematikore, impulset nervore, molekulat e substancave me erë dhe pozicionet përcaktojnë rregullimin hapësinor dhe kohor të simboleve).

Kodi i informacionit përmban të njëjtin informacion si mesazhi origjinal. Ky është fenomeni i izomorfizmit. Sinjali i kodit ka një vlerë shumë të ulët të energjisë. Ardhja e informacionit vlerësohet nga prania ose mungesa e një sinjali.

Mesazhi dhe informacioni nuk janë e njëjta gjë, sepse sipas teorisë së informacionit

Informacion- një masë e sasisë së pasigurisë që eliminohet pas marrjes së mesazhit.

Mundësia e një ngjarjeje informacion a priori.

Probabiliteti i një ngjarje pas marrjes së informacionit është informacion a posteriori.

Informativiteti i mesazhit do të jetë më i madh nëse informacioni i marrë rrit probabilitetin e mëvonshëm.

Karakteristikat e informacionit.

1. Informacioni ka kuptim vetëm nëse ka marrës të tij (konsumator) - "nëse ka një TV në dhomë dhe nuk ka njeri në të"
2. Prania e një sinjali nuk tregon domosdoshmërisht se informacioni po transmetohet, sepse ka mesazhe që nuk mbartin asgjë të re për konsumatorin.
3. Informacioni mund të transmetohet si në nivel të vetëdijshëm ashtu edhe në nënndërgjegjeshëm.
4. Nëse ngjarja është e besueshme (d.m.th. probabiliteti i saj është P=1), mesazhi që ka ndodhur nuk përmban asnjë informacion për konsumatorin.
5. Mesazh për një ngjarje, probabiliteti i së cilës është P< 1, содержит в себе информацию, и тем большую, чем меньше вероятность события, которого произошло.

Dezinformata- vlera negative e informacionit.

Një masë e pasigurisë së ngjarjeve - entropia(H)

Nëse log2 N=1 atëherë N=2

Njësia e informacionit - pak(njësi e dyfishtë informacioni)

H=lg N (hartley)

1 Hartleyështë sasia e informacionit të nevojshëm për të zgjedhur një nga dhjetë mundësitë e mundshme. 1 hartley = 3.3 bit

Rregullatori mund të punojë në kompensim, kur efekti në trup është një veprim kompensues i rregullatorit, i cili çon në normalizimin e funksionit.

Menaxhimi ka për qëllim fillimin e funksioneve fiziologjike, korrigjimin e tyre dhe koordinimin e proceseve.

Më i lashtë është mekanizmi humoral i rregullimit.

mekanizmi nervor.

mekanizmi neurohumoral.

Zhvillimi i mekanizmave rregullatorë çon në faktin se kafshët janë në gjendje të lëvizin dhe mund të lënë një mjedis të pafavorshëm, ndryshe nga bimët.

Mekanizmi i postës (tek njerëzit) - në formën e reflekseve të kushtëzuara. Në stimujt sinjalizues, ne mund të zbatojmë masa për të ndikuar në mjedis.

Çfarë është biofizika

Njeriu kërkon të njohë botën. Në këto guxim njeriu mbështetet në shkencë dhe teknologji. Radioteleskopët e mëdhenj dëgjuan "zërin" e galaktikave të largëta, batiskafet e qëndrueshme ndihmuan në zbulimin e një bote të re me kafshë të papara në fund të oqeanit, raketa të fuqishme lanë sferën e gravitetit dhe hapën rrugën drejt hapësirës...

Në natyrën që na rrethon është një tjetër “fortesë”. Kjo është vetë jeta. Po, jeta, një organizëm i gjallë, një qelizë e gjallë - një gungë e padukshme e protoplazmës (ose citoplazmës) me një bërthamë të mbyllur në një guaskë - është një nga fenomenet më misterioze në botë. Dhe kjo "kështjellë" duhet të dorëzohet, një armë e fuqishme - mendja e njeriut shqyen mbulesat nga botët mikroskopike të qelizave të gjalla, duke depërtuar në vetë thelbin e jetës.
Studimi i natyrës nga njeriu tani po ecën kaq shpejt dhe çon në rezultate dhe përfundime të tilla të papritura saqë ato nuk përshtaten në kuadrin e shkencave të vjetra. Për shembull, fizika, një nga shkencat më të rëndësishme të fenomeneve natyrore, është zhvilluar aq gjerësisht sa u bë e nevojshme të veçohen fusha të reja, të pavarura - fizika kuantike, bërthamore, fizika e gjendjes së ngurtë, astronomia, fizika e radios, etj. Procesi i zgjerimi dhe thellimi i njohurive njerëzore për natyrën ka çuar në shfaqjen e degëve të tilla të shkencës që studiojnë procese dhe fenomene që i përkasin njëkohësisht fushave të ndryshme të dijes.
Një shkencë e tillë kufitare, e cila u shfaq në kryqëzimin e biologjisë, fizikës dhe kimisë, është biofizika, e cila luan një rol të veçantë në studimin e vetive të materies së gjallë.
Biofizika është shkenca e proceseve fizike dhe fiziko-kimike dhe rregullimi i tyre në një organizëm të gjallë.
Nga biofizika, nga ana tjetër, mbijnë shkenca të reja që zgjerojnë horizontet e dijes njerëzore. Kështu ra në sy radiobiologjia - shkenca e veprimit të llojeve të ndryshme të rrezatimit mbi organizmat e gjallë; biologjia hapësinore - shkencë që studion veçoritë e jetës në hapësirë; mekanokimia, e cila studion transformimin e ndërsjellë të energjisë kimike dhe mekanike që ndodh në fibrat e muskujve; Kohët e fundit është shfaqur bionika, e cila studion organizmat e gjallë në mënyrë që të përdorë parimet e punës së tyre për të krijuar pajisje dhe aparate të reja, të përsosura në dizajn.
Një histori për këto disiplina shkencore të përfshira në biofizikë do të merrte shumë hapësirë, kështu që ne do të flasim vetëm për tre drejtimet kryesore që po zhvillohen sot në biofizikë, për tre departamentet e saj - biofizikën molekulare, qelizore dhe biofizikën e proceseve të kontrollit.
Çdo shkencë, përfshirë biofizikën, përbëhet nga dy pjesë - teorike dhe eksperimentale, të lidhura ngushtë me njëra-tjetrën, duke plotësuar reciprokisht njëra-tjetrën. Por ka edhe dallime mes tyre. Biofizika teorike studion fenomenet dhe proceset kryesore që ndodhin në molekulat biologjike në substanca model, siç thonë shkencëtarët, domethënë në sisteme të izoluara nga një organizëm i gjallë ose të krijuar artificialisht. Këto sisteme model përdoren për të studiuar proceset bazë të fotosintezës, natyrën e biopotencialeve, biolumineshencën dhe fenomene të tjera.
Biofizika eksperimentale (e aplikuar) studion funksionimin e trupit në tërësi dhe organeve të tij individuale, duke përdorur metodat dhe qasjet e biofizikës teorike (biofizika e lëvizjes, vizioni, rregullimi i funksioneve fiziologjike).
Një nga ndarjet e mëdha të biofizikës, siç u përmend tashmë, quhet biofizikë molekulare. Ky departament studion vetitë e molekulave biologjike, proceset fiziko-kimike që ndodhin në qelizat e ndjeshme, marrëdhëniet e tyre me strukturat qelizore. Vëmendje e veçantë i kushtohet studimit të vetive të enzimave - proteinave që kanë aftësinë të përshpejtojnë (katalizojnë) reaksionet biokimike në organizmat e gjallë.
Falë sukseseve të biofizikës molekulare, njerëzit kanë mësuar shumë për mënyrën se si ruhet dhe transmetohet informacioni në qelizat e gjalla, si lëvizin molekulat dhe jonet, si sintetizohen proteinat, si ruhet energjia në qelizat e gjalla. Biofizika molekulare ndihmon në studimin e fotosintezës.
Të gjithë panë gjethet jeshile të bimëve. Por, me siguri, jo të gjithë e dinë se çfarë procesesh të mahnitshme ndodhin në një gjethe të zakonshme të thuprës ose qershisë së shpendëve, pemës së mollës ose grurit. Dielli dërgon një sasi kolosale energjie në Tokë, e cila do të shpërdorohej nëse nuk do të ishin gjethet e gjelbra që e kapin atë, krijojnë lëndë organike me ndihmën e tij dhe në këtë mënyrë i japin jetë gjithë jetës në Tokë.
Ky proces shumë i rëndësishëm ndodh në grimcat e gjelbra të vendosura në qelizat e gjetheve - kloroplastet që përmbajnë pigmente bimore - klorofil dhe karotenoidë.
Pjesë të energjisë së dritës absorbohen nga pigmentet dhe prodhojnë fotooksidim të ujit: ai i jep elektronin e tij molekulës së klorofilit dhe më pas protoni përdoret për të reduktuar dioksidin e karbonit në karbohidrate. (Një proton dhe një elektron, siç e dini, përbëjnë një atom hidrogjeni; ky atom hiqet pjesërisht nga një molekulë uji. Uji oksidohet dhe i shtohet dioksidit të karbonit dhe përftohen karbohidratet.) Pjesa tjetër e ujit ( quhet hidroksil) zbërthehet nga enzima të veçanta, duke formuar oksigjen, të cilin e marrin frymë të gjitha gjallesat.
Ne folëm shumë shkurt për fotosintezën. Në fakt, shndërrimi i energjisë së dritës të përthithur nga klorofili në energji kimike të substancave të sintetizuara në një gjethe jeshile është një zinxhir i pafund ndryshimesh molekulare. Gjatë këtij procesi, elektronet kalojnë nga një molekulë në tjetrën, formohen molekula të komponimeve me energji të lartë dhe prishen, ndodhin qindra mijëra reaksione.
Biofizikanët gjithashtu kanë punuar shumë për të zbërthyer këtë proces, dhe ne i detyrohemi biofizikës molekulare për të sqaruar detajet e tij.
Dikush mund të shtrojë pyetjen: pse shkencëtarët luftojnë kaq gjatë dhe me kokëfortësi mbi sekretin e gjethes së gjelbër? Fakti është se një gjethe jeshile është si një "fabrikë" miniaturë që prodhon substanca që përbëjnë bazën e ushqimit të njeriut. Është llogaritur se si lëndë e parë, bimët e gjelbra konsumojnë sasi të mëdha të dioksidit të karbonit në vit - 150,000,000,000 g! Nëse shkencëtarët zbulojnë deri në fund misterin e madh të gjethes së gjelbër, njerëzimi do të marrë mënyrën më të shpejtë dhe më ekonomike për të marrë ushqime dhe produkte të tjera të rëndësishme, me një fjalë, gjithçka që bimët e gjelbra i japin njeriut sot.
Biofizika molekulare merret gjithashtu me proceset që ndodhin në organizmat e kafshëve, për shembull, në organet e tyre shqisore.
Një nga këto faqe mahnitëse dhe të jashtëzakonshme të biofizikës molekulare është studimi i nuhatjes. Kimistët kanë krijuar rreth 1 milion komponime organike dhe pothuajse të gjitha kanë erën e tyre karakteristike. Një person mund të dallojë disa mijëra aroma, dhe për disa substanca mjaftojnë sasi jashtëzakonisht të vogla për t'i ndjerë ato - vetëm të miliontat dhe të miliardat e miligramit për litër ujë (për shembull, substanca të tilla si skatol, trinitrobutil tolueni, [mjaftueshëm-7-10 -9 mg/l).
Kafshët janë më të ndjeshme se njerëzit. Qentë, për shembull, dallojnë rreth gjysmë milioni aroma të ndryshme! Ata janë në gjendje (sidomos qentë nuhatës) të nuhasin aromën e duhur, edhe nëse ajo është jashtëzakonisht e dobët. Ia vlen që një person të prek pak temën - dhe qeni tashmë mund të përcaktojë se kush e bëri atë. Ka raste kur qentë nuhatës të stërvitur ndihmuan gjeologët të gjenin mineralin e shtrirë nën tokë në një thellësi 2-3 m.
Por, ndoshta, të gjithë janë tejkaluar nga peshqit dhe insektet. Disa peshq ndjejnë një substancë me erë në përmbajtjen e saj jashtëzakonisht të ulët - 10 "mg/l. Është njësoj si të shpërndash një pikë të një lënde në 100 miliardë m3 ujë! Fluturat e gjejnë njëra-tjetrën me erë në një distancë prej disa kilometrash. Llogaritjet tregojnë se në të tilla Në rastin e fluturave, ato zbulojnë pothuajse një molekulë të substancës me erë për 1 mg ajër. Si ndodh kjo mbetet një mister. Disa shkencëtarë sugjerojnë që substancat me erë përhapin valë elektromagnetike, energjia e të cilave perceptohet nga qelizat e ndjeshme të insekteve dhe i ndihmon ata të gjejnë njëri-tjetrin në distanca kaq të mëdha.
Kohët e fundit, vëmendja e biofizikanëve ka tërhequr aftësinë e pazakontë të disa llojeve të mizave. Rezulton se një mizë, duke prekur një substancë me putrat e saj, prodhon menjëherë një analizë të saktë kimike. Mekanizmi i këtij fenomeni është i panjohur, por është vërtetuar se qelizat e veçanta të ndjeshme në putra përcaktojnë "shijen" e substancës me mjete elektromagnetike!
Biofizika molekulare ndihmon për të sqaruar jo vetëm ndryshimet në ndjeshmërinë dhe strukturën e organeve të nuhatjes në grupe të ndryshme të kafshëve, peshqve dhe insekteve, por edhe vetë procesin e përcaktimit të nuhatjes. Tani është vërtetuar se ekzistojnë disa erëra themelore (6-7), kombinimet e të cilave shpjegojnë të gjithë diversitetin e tyre. Këto aroma bazë korrespondojnë me disa lloje të qelizave të nuhatjes që perceptojnë erën. Qelizat kanë gropa me madhësi molekulare të një forme dhe madhësie të përcaktuar rreptësisht, që korrespondon me formën e molekulave të substancave me erë (një molekulë kamfore ka një ngjashmëri me një top, një molekulë myshku ka një disk, etj.). Duke u futur në prerjen "e saj", molekula irriton mbaresat nervore dhe krijon një ndjenjë nuhatjeje.
Edhe nga një histori e shkurtër është e qartë se ekziston një lidhje e ngushtë midis studimit të qelizave dhe proceseve molekulare që ndodhin në to, domethënë midis biofizikës molekulare dhe qelizore. Njëra prej tyre studion ndryshimet molekulare, vetitë e molekulave biologjike, si dhe ato sisteme që formojnë molekula në qeliza (siç thonë ata, formacionet nënmolekulare), vetitë dhe ndryshimet e tyre, dhe tjetra studion vetitë dhe funksionimin e qelizave - ekskretuese, kontraktues, nuhatës etj.
Zhvillimi i biofizikës qelizore, të cilën do ta diskutojmë tani, u lehtësua shumë nga shpikja e mikroskopit elektronik. Përdorimi i një mikroskopi elektronik me një zmadhim qindra mijëra, miliona herë ka zgjeruar shumë njohuritë tona për organizmat e gjallë që banojnë në planet, për strukturën e tyre të brendshme. Kur studiohet një qelizë me një mikroskop elektronik, u hap menjëherë një botë e re e strukturave qelizore ultramikroskopike (më të voglat). Mikroskopët elektronikë bënë të mundur që të shiheshin trashësi të ndryshme të membranës, tubat më të vegjël, qindra mijëra herë më të hollë se flokët e njeriut, flluska të vogla, zgavra, tuba. Studimet kanë treguar se edhe strukturat më të vogla qelizore - mitokondria, kloroplastet - gjithashtu kanë një strukturë mjaft komplekse. U bë e qartë se çdo qelizë, e cila duket të jetë një gungë e thjeshtë e protoplazmës me një bërthamë, është një formacion kompleks me një numër të madh grimcash të vogla qelizore (siç thonë ata, elementë strukturorë) që veprojnë në një mënyrë strikte dhe janë të ndërlidhura në në mënyrë komplekse, të saktë dhe të koordinuar.
Studiuesit u goditën veçanërisht nga shumëllojshmëria e elementeve strukturore. Për shembull, në një qelizë nervore ka deri në 70 mijë grimca - mitokondri, falë të cilave qeliza merr frymë dhe merr energji për aktivitetet e saj. Përveç kësaj, në qelizë ka deri në qindra mijëra grimca më të vogla - ribozome që krijojnë molekula proteinike.
Gjëja më e mahnitshme është se në çdo qelizë të vogël të një organizmi të gjallë ndodhin procese ekzakte të koordinuara: ndodh thithja e substancave të nevojshme dhe çlirimi i substancave të panevojshme, bëhet frymëmarrja dhe ndarja. Së bashku me këtë, qelizat kryejnë funksione të veçanta: qelizat e retinës përcaktojnë forcën dhe cilësinë e dritës, qelizat e mukozës së hundës përcaktojnë erën e substancave, qelizat e gjëndrave të ndryshme sekretojnë substanca të veçanta - enzima që nxisin tretjen, dhe hormonet që ndihmojnë rritjen dhe zhvillimin e trupit.
Rreth gjithë punës së tyre të madhe - të parë, të dëgjuar, të identifikuar - qelizat raportojnë impulset elektrike nervore në tru - qendra kryesore koordinuese. Si marrin qelizat informacionin e nevojshëm nga hapësira përreth, si kodohet ky informacion në sinjalet-impulset elektrike, si formohen potencialet biologjike në qeliza, cila është lidhja me trurin - të gjitha këto dhe shumë pyetje të tjera studiohen nga biofizika qelizore.
Kohët e fundit, një zbulim i rëndësishëm është bërë në fushën e biofizikës së qelizave. Prej kohësh dihet se shumë organizma të gjallë kanë aftësinë të shkëlqejnë - luminescencë. Shkëlqimi i shumë banorëve të deteve është i fortë - peshq, sfungjer, yje, etj. Por rezulton se qelizat e çdo organizmi kanë luminescencë - të ashtuquajturin shkëlqim super të dobët. Kjo dritë është aq e parëndësishme sa që vetëm pajisjet speciale mund ta zbulojnë atë - fotoshumëzimit të aftë për të përforcuar fluksin e dritës rënëse miliona herë. Shkëlqim tepër i dobët vërehet në rrënjët dhe gjethet e bimëve, në qelizat e organeve të ndryshme të kafshëve. Shkëlqimi tepër i dobët është i natyrshëm në të gjitha qelizat e organizmave të gjallë dhe ndodh si rezultat i reaksioneve biokimike që ndodhin në qeliza.
Shkencëtarët kanë zbuluar se shkëlqimi super i dobët ka karakteristikat e veta në grupe të ndryshme kafshësh, insektesh dhe bimësh. Nga intensiteti i shkëlqimit ultra të dobët, biofizikanët tashmë mund të përcaktojnë rezistencën ndaj thatësirës dhe ngricave të bimëve bujqësore (elbi, gruri) dhe në këtë mënyrë të ndihmojnë mbarështuesit e bimëve dhe fiziologët e bimëve në mbarështimin e varieteteve të dëshiruara.
Ne kemi thënë tashmë se të gjitha qelizat janë të ndërlidhura, se reagimet që ndodhin në to, pavarësisht kompleksitetit të tyre, vazhdojnë me rregullsi dhe qëndrueshmëri mahnitëse, folëm edhe për lidhjen e ngushtë të të gjitha qelizave me trurin. Këto veçori të qelizave, organeve dhe të gjithë organizmit studiohen nga një degë e shkencës e shfaqur së fundmi - biofizika e proceseve të kontrollit dhe rregullimit.
Le të flasim për punën e këtij departamenti në shembullin e mëposhtëm. Çdo organ i njeriut përbëhet nga qeliza të panumërta, që shpesh kryejnë punë specifike. Për shembull, mukoza e hundës, i ashtuquajturi epiteli i nuhatjes, luan një rol të rëndësishëm në shqisën e nuhatjes. Membrana mukoze zë një sipërfaqe prej jo më shumë se 4 s, por përmban pothuajse 500 milionë qeliza receptore të nuhatjes. Informacioni për punën e tyre transmetohet në nervin e nuhatjes përmes fibrave nervore, numri i të cilave arrin në 50 milionë, dhe më pas në tru. Pjesët e trurit - hemisferat e trurit - përmbajnë 2 1010 qeliza, dhe në tru i vogël ka edhe më shumë prej tyre - e 10-ta. Madje, është e vështirë të imagjinohet se çfarë lloj fluksi informacioni merr truri çdo sekondë nga të gjitha organet dhe indet.
Sinjalet që vijnë nga qelizat në formën e impulseve elektrike parësore duhet të deshifrohen saktë, atëherë është e nevojshme të merren "vendimet" e duhura dhe të transmetohen sinjalet e përgjigjes - udhëzimet se si duhet të funksionojnë në përgjithësi qelizat, indet ose organet e caktuara në kushte të caktuara. . Është e qartë se sistemi nervor qendror merr mijëra sinjale të ndryshme nga mjedisi i jashtëm në formën e tingujve, dritës, erërave etj. Kështu, | ne shohim se sa komplekse janë ndërlidhjet në çdo organizëm, sa komplekse është puna e menaxhimit të qelizave, rregullimit të gjendjes së tyre, kontrollit të qëndrueshmërisë së të gjitha proceseve jetësore.
Kjo degë e rëndësishme e biofizikës mbështetet në ligjet e zbuluara nga një shkencë tjetër - kibernetika. Duke përdorur metodat e tij, biofizikanët që studiojnë proceset e kontrollit dhe rregullimit kanë zhvilluar modele elektronike të organizmave të gjallë, organeve, qelizave dhe madje edhe proceseve individuale që ndodhin në këto qeliza. Modele të tilla elektronike (për shembull, një breshkë elektronike, një qelizë nervore elektronike, një model elektronik i procesit të fotosintezës) lehtësojnë studimin e të gjitha | dukuri komplekse të rregullimit në një organizëm të gjallë.
Biofizikanët që studiojnë rregullimin dhe kontrollin në një organizëm të gjallë kanë zbuluar se si qelizat ashtu edhe organet e organizmave të gjallë janë një sistem me një veti të mahnitshme. Qelizat dhe organet, siç thonë biofizikantët, janë sisteme vetërregulluese, vetëorganizuese, vetërregulluese, vetëmësimore, domethënë e gjithë puna e tyre, cilësitë dhe vetitë e pazakonta që i karakterizojnë, qëndrueshmëria e përbërjes së mjedisit brenda. ato dhe puna që ata kryejnë - gjithçka është për shkak të proceseve që rrjedhin në to.
Për të imagjinuar punën e biofizikanëve në pak më shumë detaje, ne do të flasim për një drejtim interesant që u ngrit në bazë të biofizikës dhe tashmë ka marrë formë në një shkencë të pavarur biofizike - bionika.
Kjo është një shkencë që studion organizmat e gjallë për të krijuar sisteme, makina dhe pajisje të përsosura artificiale. Rezultatet e hulumtimit të bionikës kanë treguar se inxhinierët e projektimit të të gjitha specialiteteve kanë shumë për të mësuar nga natyra. Ketu jane disa shembuj.
Dizajni i kompjuterëve elektronikë moderne përfshin një numër të madh pjesësh të ndryshme (dioda gjysmëpërçuese, trioda, rezistenca, kondensatorë, etj.). Dimensionet e kompjuterëve elektronikë varen nga sa pjesë (elemente) të tilla ka në 1 cm3 të makinës. Sa më shumë elementë pune në 1 cm3 (e ashtuquajtura dendësia e montimit), sa më e madhe të jetë "memoria" e makinës, aq më shumë mundësi për të kryer operacionet e nevojshme, aq më e mirë është puna. Rezulton se nëse dendësia më e lartë e montimit në qarqet teknike të makinave arrin 2000 elementë në 1 cm3, atëherë dendësia e montimit të elementeve të trurit është 50 mijë herë më e madhe: 100,000,000 elemente në 1 cm3.

Dallimi midis organizmave të gjallë dhe makinerive dhe pajisjeve më komplekse moderne manifestohet jo vetëm në strukturë, por edhe në veti. Merrni, për shembull, organet e shikimit. Sytë e kafshëve nuk janë vetëm të madhësive të ndryshme - nga mikroskopikisht të vegjël në një milingonë (0,1 mm) deri në gjigant (20-30 cm) te kallamarët - por ato gjithashtu ndryshojnë në vetitë e tjera.
Rezulton se syri i peshkut patkua është në gjendje të rrisë kontrastin midis skajit të imazhit të dukshëm dhe sfondit të përgjithshëm, në mënyrë që subjekti të bëhet i qartë - ashtu si bëjnë në një ekran TV, duke rritur ose dobësuar kontrastin. . Një pronë interesante ka edhe syri i një bretkose të zakonshme kënetore. Dihet që bretkosa ushqehet vetëm me ushqim në lëvizje - miza, miza, insekte. Por nëse insekti nuk lëviz, bretkosa nuk do ta gjejë kurrë ushqimin e saj dhe do të mbetet e uritur: syri i saj percepton vetëm objektet në lëvizje, duke injoruar sfondin.
Dihet prej kohësh që zogjtë e pyllit të natës (bufi shqiponjë, bufi) shohin në mënyrë të përsosur në errësirë, por kohët e fundit, aftësinë e jashtëzakonshme të disa kafshëve (bretkosat, minjtë) për të parë edhe rrezet jonizuese "të padukshme" - rrezet x dhe kozmike. rrezatimi.
Natyra doli të ishte një stilist i jashtëzakonshëm që arriti lartësi të jashtëzakonshme aftësish në fushën e dëgjimit. Eksperimentet kanë treguar se veshi i njeriut, për shkak të ndjeshmërisë së tij, është i aftë të perceptojë tinguj, intensiteti i papërfillshëm i të cilëve madje është i vështirë të imagjinohet. Mund të krahasohet vetëm me "zhurmën" me të cilën ndodh lëvizja termike e molekulave! Jo më pak i habitshëm është organi i dëgjimit të karkalecit, i vendosur në këmbën e tij. Ky organ i lejon karkalecit të ndjejë dridhje, madhësia e të cilave (amplituda) është sa gjysma e diametrit të një atomi hidrogjeni! Ndjeshmëria e dëgjimit të karkalecit është aq e lartë sa, duke qenë në Moskë, mund të perceptojë tërmetet më të vogla që ndodhin në Lindjen e Largët.
Bionika kërkon të njohë të gjitha vetitë e pazakonta të organizmave të gjallë dhe të zbatojë të dhënat e marra për të krijuar makina dhe pajisje. Për shembull, shkencëtarët po zhvillojnë një pajisje që do t'u mundësojë të verbërve të lexojnë libra të shtypur në tipografi të zakonshëm. Tashmë është krijuar një model i një dore artificiale, i kontrolluar nga mendimi i një personi, më saktë, nga biopotencialet që lindin në muskuj. Bazuar në studimin e syve të bletëve dhe pilivesa (nga rruga, ata kanë një kënd shumë të madh shikimi - 240-300 °), projektuesit krijuan një pajisje - një busull qiellor që përdoret në lëvizjen e anijeve dhe avionëve. Studimi i kandilit të detit çoi në ndërtimin e një pajisjeje që paralajmëron fillimin e një stuhie në pothuajse 15 orë. Lista e pajisjeve të zhvilluara nga bionics është mjaft e madhe, madje edhe një numërim i thjeshtë i tyre do të kërkonte shumë kohë.
Por bionika jo vetëm që kopjon funksionet dhe strukturën e organeve individuale të kafshëve. Ata eksplorojnë dhe përdorin veçoritë e transmetimit të informacionit tek insektet, zogjtë dhe peshqit. Rezultatet e këtyre punimeve janë shumë interesante. Pra, kohët e fundit u bë e ditur se mushkonjat komunikojnë me njëra-tjetrën duke përdorur valë elektromagnetike të diapazonit milimetrik (13-17 mm), dhe diapazoni i "stacionit radio" të mushkonjave është 15 m. (për shembull, kur shfaqet një lakuriq nate). Shkencëtarët po punojnë në krijimin e pajisjeve tejzanor që largojnë insektet e dëmshme dhe tërheqin ato të dobishme. (Shih gjithashtu artikullin "Çfarë është kibernetika teknike dhe bionika" rreth bionikës.)

Ne folëm vetëm për një pjesë të vogël të hulumtimit të kryer nga biofizikanët, por shumë më tepër shembuj mund të jepeshin si në fushën e studimit të molekulave, qelizave dhe organizmit në tërësi. Shekulli ynë është një kohë e arritjeve të mëdha në të gjitha fushat e dijes, përfshirë njohjen e natyrës së gjallë.

A.P. Dubov

Postimi i fotove dhe citimi i artikujve nga faqja jonë në burime të tjera lejohet me kusht që të sigurohet një lidhje me burimin dhe fotot.