Презентація на тему:
БІОФІЗИКА

БІОФІЗИК А

Біофізика — галузь науки, яка вивчає фізичні та фізико-хімічні явища зародження, формування, життєдіяльності, відтворення життя на всіх рівнях, починаючи з молекул, клітин, органів та тканин, закінчуючи організмами та біосфери в цілому.

Методи Біофізичне дослідження характеризує фізична постановка завдання, що стосується живої природи, та застосування фізичних понять і термінів щодо опису біологічних явищ. Біофізика вивчає дію фізичних факторів навколишнього середовища на живу матерію. Великою перевагою біофізики є можливість використання непрямих методів дослідження об'єктів пізнання (безпосереднє вивчення яких з певних причин неможливе) шляхом дослідження їх моделей. Для розуміння перебігу фізико-хімічних процесів у клітинах вищих організмів використовуються як моделі більш прості організми, ізольовані клітини або культури клітин, де механізми, що вивчаються, влаштовані простіше. Застосовуються і чисто фізико-хімічні моделі, призначення яких полягає у виділенні явища в «чистому» вигляді з метою показу його сутності.

Напрямки досліджень Молекулярна біофізика вивчає фізико-хімічні властивості й функціональну роль біологічних макромолекул (біополімерів) та молекулярних комплексів (ультраструктур) живих організмів, які створюють функціональні одиниці клітин, характер взаємодії їх з іонами, молекулами і радикалами, їх просторової будови й енергетики процесів, що в них відбуваються.

Напрямки досліджень Біофізика клітини вивчає фізико-хімічні основи функціонування клітини, будову й основні функції біологічних мембран (поверхневої плазматичної мембрани та мембран внутрішньоклітинних органоїдів) — їх проникності, адгезивності, каталітичної активності, електро- та хімозбудливості, — енергетичні процеси клітини, її механічні та електричні властивості.

Напрямки досліджень Біофізика органів чуття з'ясовує молекулярні фізико-хімічні механізми рецепції, вивчає процеси трансформації енергії зовнішніх стимулів у специфічні реакції нервових клітин і механізмів кодування інформації в органах чуття.

Напрямки досліджень Біофізика складних систем досліджує явища та механізми системогенезу (еволюція, індивідуальний розвиток) та функціонування живих організмів чи біоценозів (соціуму), проблеми регулювання й саморегулювання на рівні клітин, органів, організмів та біоценозів і біосфери в цілому.

Напрямки досліджень Теоретична і математична біофізика розглядає теоретичні основи біофізики, зокрема питання кінетики і термодинаміки, здійснює математичне моделювання біологічних процесів, структури та властивостей окремих макромолекул і субклітинних утворень (макромолекулярних комплексів).

Напрямки досліджень Прикладна біофізика проводить цільові дослідження питань прикладного характеру та використання знань, методів, контролю чи керування явищами задля прикладних розробок та їх застосування: медична, екологічна, розвитку та технічні (біотехнічні) чи технологічні їх напрямки: інформатика, хоч не є ґрунтовним розділом біофізики, та дуже тісно пов’язана з нею в сфері біонічного підходу (інженеринг, нейронні мережі, моделювання); біоінформатика, саме з позиції комунікацій, програм та читання, запису, трансляції, сприйняття, обробки сигналів в природних біосистемах є ґрунтовним розділом біофізики сенсорних систем - психофізика, комунікативна та ергономічна біофізика;

Прикладна біофізика біометрія - метрологічна, медична, ергономічна, біотехнічна, екологічна; біомеханіка пов’язує функції та структуру опорно-рухового апарату з рухом біосистем - протезування, робототехніка, ергономіка, дизайн, архітектура; біофізика еволюційних процесів та індивідуальний розвиток - системогенез, гомеостаз, формоутворення, ведучі чинники норми розвитку та життєдіяльності та патогенезу і їх оздоровчий чи реабілітаційний, біомедичний, психофізичний аспекти);

Прикладна біофізика біофізика періодичних (циклічних) процесів - біоритмологія та хрономедицина, адаптаційні механізми, періодичні процеси, фізичні умови та стимули для компенсації чи посилення дії періодичних умов природних чи штучних джерел впливу; екологічна гео-біофізика - дослідження, класифікація біофізичних аномалій геофізичного та антропогенного походження, контроль та запобігання і профілактики їх негативного впливу; біофізичні продуктивні технології - біонічний, нанотехнологічний, фармакологічний, харчовий чи біопродуктивний напрямки(променеві, магнітні, та інші чинники, отримуючи біогаз, рідке біопальне чи технічні розчинники та масла, селективні та конструкційні матеріали, тощо).

ІСТОРІЯ БІОФІЗИКИ

Французький учений Р. Декарт розглядав людське тіло як складну машину. Він опублікував ряд робіт з дослідження органів чуттів - біоакустики і оптики.

Послідовник Декарта - італійський вчений Дж. А. Бореллі намагався пояснити рух живих істот чисто фізичними закономірностями.

Л. Ейлер, професор Петербурзького університету, вперше математично описав рух крові по судинах.

М. В. Ломоносов висунув в 1756 одну з перших гіпотез кольорового зору. М. В. Ломоносов, виходячи з уявлень про хімічний зв'язок подразливих молекул матерії з молекулярними й ефірними структурами нервів, описав механізм подразнень в чутливих нервах і поширення збудження в нервах, а також пояснив, як виникає відчуття смаку і нюху.

Могутнім поштовхом до фізико-хімічних досліджень явищ життя послужили досліди італійського вченого Л. Гальвані, який довів наявність "тваринної електрики".

Український фізіолог В. Ю. Чаговець, згідно теорії електролітичної дисоціації, вперше (1896) висунув фізико-хімічну теорію електричних явищ у живих тканинах, яку він докладно розвинув у своїх наступних працях.

У 2-ій половині 19 ст. німецькі вчені Г. Гельмгольц і В. Вундт сформулювали основні закономірності фізіологічної акустики і фізіологічної оптики.

Німецький лікар Ю. Р. Майєр, спостерігаючи насичення гемоглобіну киснем в крові людини, сформулював закон збереження енергії.

Роботами німецьких учених Г. Гельмгольца, Е. Дюбуа-Реймона, Д. Бернштейна і ряду ін. були закладені основи уявлень про механізм виникнення електричних потенціалів в тканинах і поширення збудження по нерву.

В Росії І. М. Сеченов в кінці 19 ст. досліджував фізичні закономірності розчинення газів у крові і біомеханіку рухів.

К. А. Тімірязєв вивчав фотосинтетичну активність окремих ділянок сонячного спектра у зв'язку з розподілом енергії в ньому і особливостями спектру поглинання хлорофілу (1903).

А. Ф. Самойлов описав акустичні властивості середнього вуха.

У 1905-15 були виконані класичні дослідження Н. К. Кольцова про роль фізико-хімічних чинників (поверхневого натягу, концентрації водневих іонів, катіонів) в житті клітини. Цей етап передісторії Б., що охоплює період до 20 рр.. 20 в., Характерний появою окремих робіт з використанням ідей і методів фізики і фізичної хімії при дослідженні руху, слухового і зорового апаратів, фотосинтезу, механізму генерації електрорушійної сили в нерві і м'язі, значення іонного середовища для життєдіяльності клітин і тканин.

У 1919 П. П. Лазарєв створив в Москві інститут біологічної фізики, де велися роботи з іонної теорії збудження, кінетиці реакцій, що йдуть під дією світла, досліджувались спектри поглинання і флуоресценції біологічних об'єктів, а також процеси первинної дії на організм різних факторів зовнішнього середовища. Пізніше такі інститути були створені і в інших країнах. У 20-і рр.. Кольцов сформулював концепцію про молекулярну структуру генів і матричному механізмі передачі спадкової інформації і синтезу макромолекул.

У 20-30-і рр.. вийшов ряд книг, що суттєво вплинули на подальший розвиток біофізики в СРСР: "Біосфера" В. І. Вернадського (1926), "Теоретична біологія" Е. С. Бауера (1935), "Фізико-хімічні основи біології" Д. Л . Рубінштейна (1932), "Організація клітини" Н. К. Кольцова (1936), "Реакція живої речовини на зовнішні впливи" Д. Н. Насонова і В. Я. Александрова (1940).

В останні десятиріччя найбільш інтенсивно розвивається радіобіологія, що вивчає вплив іонізуючих випромінювань на живий організм. Відкриття Фрєдеріком та Ірен Жоліо-Кюрі (1932) штучної радіоактивності збагатило біологічну науку новими точними методами дослідження (мічені атоми, авторадіографія, гісторадіографія та ін.), які дали можливість глибоко вивчати обмінні процеси в організмі. Застосування штучних радіоактивних ізотопів у медицині розширило можливості діагностики і лікування окремих хвороб, зокрема деяких форм раку. В наш час, коли людина опанувала ядерну енергію, перед біофізикою постають нові актуальні проблеми: захист від шкідливих ядерних випромінювань, вивчення впливу на організм умов міжпланетних подорожей тощо.