ทิศทางหลักของการพัฒนาชีวฟิสิกส์ ชีวฟิสิกส์คืออะไร

ประวัติของสถาบันวิจัยทางชีววิทยาในรัสเซียย้อนกลับไปในปลายศตวรรษที่ 19 และเริ่มต้นด้วยการกัดของสุนัขบ้า แรงบันดาลใจจากความสำเร็จ วัคซีนป้องกันโรคพิษสุนัขบ้าพัฒนาโดยปาสเตอร์ในตอนท้ายของศตวรรษที่ 19 สถาบันการแพทย์ทดลองได้ก่อตั้งขึ้นในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก

ชีวฟิสิกส์ใน โซเวียตรัสเซียกลายเป็น "ที่รักแห่งโชคชะตา" ในบางครั้ง พวกบอลเชวิคหมกมุ่นอยู่กับนวัตกรรมในสังคมและแสดงความเต็มใจที่จะสนับสนุนทิศทางใหม่ในด้านวิทยาศาสตร์ ต่อมาสถาบันฟิสิกส์ของ Russian Academy of Sciences ได้เติบโตขึ้นจากสถาบันนี้

ในสหภาพโซเวียต เจ้าหน้าที่มีความสนใจที่จะทำการวิจัยทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับ "แนวหน้ากว้าง" เป็นไปไม่ได้ที่จะพลาดทิศทางที่มีแนวโน้มใด ๆ ที่อาจรับประกันความได้เปรียบทางทหารหรือเศรษฐกิจในอนาคต จนถึงต้นทศวรรษ 1990 การสนับสนุนจากรัฐทำให้การพัฒนาอณูชีววิทยาและชีวฟิสิกส์มีความสำคัญลำดับความสำคัญ ในปี 1992 หน่วยงานใหม่ได้ส่งสัญญาณที่ชัดเจนไปยังนักวิทยาศาสตร์: เงินเดือนของนักวิจัยน้อยกว่าค่าครองชีพ นักชีวฟิสิกส์หลายคนที่ไม่เคยคิดเกี่ยวกับการย้ายถิ่นมาก่อนต้องไปทางตะวันตก

ในตอนแรกนักชีวฟิสิกส์ของรัสเซียได้รับผลกระทบเพียงเล็กน้อยจากการย้ายถิ่นฐาน "เศรษฐกิจ" การพัฒนาวิธีการสื่อสารเช่นอีเมลและอินเทอร์เน็ตทำให้สามารถรักษาความสัมพันธ์ระหว่างนักวิทยาศาสตร์และเพื่อนร่วมงานได้ หลายคนเริ่มให้ความช่วยเหลือแก่สถาบันของตนด้วยสารทำปฏิกิริยาและวรรณกรรมทางวิทยาศาสตร์ และยังคงค้นคว้าในหัวข้อ "ของตนเอง" เนื่องจากไม่สามารถใช้ชีวิตด้วยเงินเดือนทางวิชาการได้การไหลบ่าเข้ามาของนักเรียนในสาขาวิทยาศาสตร์จึงลดลง ช่องว่างระหว่างรุ่นเกิดขึ้น ซึ่งตอนนี้หลังจาก 15 ปีของการเปลี่ยนแปลง เริ่มมีผลมากขึ้น: อายุเฉลี่ยของพนักงานในห้องปฏิบัติการบางแห่งของ Academy of Sciences เกิน 60 ปีแล้ว

ความสำเร็จและการค้นพบ

ชีวฟิสิกส์ของรัสเซียไม่ได้สูญเสียตำแหน่งผู้นำในหลาย ๆ ด้านที่นำโดยนักวิทยาศาสตร์ที่ได้รับการศึกษาในยุค 60-80 ของศตวรรษที่ยี่สิบ การค้นพบครั้งสำคัญทางวิทยาศาสตร์เกิดขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์เหล่านี้ ดังตัวอย่างการสร้าง ปีที่แล้ววิทยาศาสตร์ใหม่ - ชีวสารสนเทศซึ่งความสำเร็จหลักเกี่ยวข้องกับ การวิเคราะห์จีโนมด้วยคอมพิวเตอร์. รากฐานของวิทยาศาสตร์นี้ถูกวางย้อนกลับไปในทศวรรษที่ 60 โดยนักชีวฟิสิกส์อายุน้อย วลาดิมีร์ ทูมันยานใครพัฒนาเป็นคนแรก อัลกอริธึมคอมพิวเตอร์สำหรับการวิเคราะห์ลำดับกรดนิวคลีอิก.

นักชีวฟิสิกส์ อนาโตลี วานินย้อนกลับไปในยุค 60 ค้นพบบทบาทของไนตริกออกไซด์ในการควบคุมกระบวนการของเซลล์. ต่อมาปรากฎว่าไนตริกออกไซด์มีความสำคัญทางการแพทย์อย่างยิ่ง ไนตริกออกไซด์เป็นหลัก โมเลกุลส่งสัญญาณของระบบหัวใจและหลอดเลือดกับ. การศึกษาบทบาทของไนตริกออกไซด์ในระบบนี้ได้รับรางวัลโนเบลในปี พ.ศ. 2541 บนพื้นฐานของไนตริกออกไซด์ ยาไวอากร้าที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในโลกถูกสร้างขึ้น

ความสำเร็จมากมายในด้านชีวฟิสิกส์เกี่ยวข้องกับกลไกการแกว่งตัวเองที่ค้นพบโดยนักวิทยาศาสตร์โซเวียต ปฏิกิริยาของ Belousov-Zhabotinsky. ปฏิกิริยานี้เป็นตัวอย่างของการจัดระเบียบตนเองในธรรมชาติที่ไม่มีชีวิตซึ่งทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับรูปแบบต่างๆ ของการเสริมฤทธิ์กันที่กำลังเป็นที่นิยมในปัจจุบัน โอเล็ก มอร์เนฟจาก Pushchino เพิ่งแสดงให้เห็นว่า คลื่นอัตโนมัติแพร่กระจายตามกฎของคลื่นแสง. การค้นพบนี้ชี้ให้เห็นถึงลักษณะทางกายภาพของคลื่นอัตโนมัติ ซึ่งนักชีวฟิสิกส์สามารถพิจารณาได้ว่าเป็นผลงานของนักฟิสิกส์

หนึ่งในพื้นที่ที่น่าสนใจที่สุดของชีวฟิสิกส์ยุคใหม่คือการวิเคราะห์การจับกันของ RNA ขนาดเล็กกับโปรตีนที่เข้ารหัส RNA ของผู้ส่งสาร การเชื่อมต่อนี้รองรับปรากฏการณ์ "การรบกวนอาร์เอ็นเอ". การค้นพบปรากฏการณ์นี้ได้รับรางวัลโนเบลในปี 2549 ชุมชนวิทยาศาสตร์โลกมีความหวังสูงว่าปรากฏการณ์นี้จะช่วยต่อสู้กับโรคต่างๆ

พื้นที่ที่สำคัญที่สุดของชีวฟิสิกส์ระดับโมเลกุลคือการศึกษา คุณสมบัติทางกลของโมเลกุล DNA เดี่ยว. การพัฒนาเทคนิคที่ดีสำหรับการวิเคราะห์ทางชีวฟิสิกส์และชีวเคมีทำให้สามารถตรวจสอบคุณสมบัติต่างๆ ของโมเลกุล DNA ได้ เช่น ความแข็ง แรงดึง แรงดัด และแรงดึง.

ตำแหน่งของนักชีวฟิสิกส์ชาวรัสเซียในด้านทฤษฎีมีความแข็งแกร่งแบบดั้งเดิม จอร์จ เกอร์สกี้และ อเล็กซานเดอร์ ซาเซดาเทเลฟที่พัฒนา ทฤษฎีการจับตัวของสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพกับดีเอ็นเอ t. พวกเขาแนะนำว่าพื้นฐานของการรวมดังกล่าวคือปรากฏการณ์ของ "การดูดซับเมทริกซ์" จากแนวคิดนี้ พวกเขาเสนอโครงการดั้งเดิมสำหรับการสังเคราะห์สารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ สารประกอบดังกล่าวสามารถ "จดจำ" สถานที่บางแห่งในโมเลกุล DNA และควบคุมการทำงานของยีนได้

อเล็กซานเดอร์ ซาเซดาเทเลฟนำการพัฒนาไปสร้างในประเทศได้สำเร็จ ไบโอชิปซึ่งช่วยให้สามารถวินิจฉัยโรคมะเร็งในระยะเริ่มต้นได้ ภายใต้การดูแลของ วลาดิเมียร์ Poroikovถูกสร้าง คอมเพล็กซ์ของโปรแกรมคอมพิวเตอร์ทำให้สามารถทำนายกิจกรรมทางชีวภาพของสารประกอบทางเคมีตามสูตรได้

เมื่อพิจารณาจากผลประกอบการทางการเงินแล้ว ควรมอบ "ฝ่ามือ" สำหรับความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่ที่สุดให้กับชีวฟิสิกส์ อาร์เมน ซาร์วาซยานผู้สร้างการพัฒนาที่ไม่เหมือนใครในสาขานี้ การตรวจร่างกายของมนุษย์ด้วยอัลตราซาวนด์. การศึกษาเหล่านี้ได้รับทุนสนับสนุนอย่างเอื้อเฟื้อจากกรมทหารสหรัฐฯ ตัวอย่างเช่น Sarvazyan เป็นเจ้าของการค้นพบความเชื่อมโยงระหว่างความชุ่มชื้นของเนื้อเยื่อ (ระดับของการขาดน้ำ) และสภาวะของร่างกาย

การเปลี่ยนแปลงของโลกทัศน์ทำให้เกิดการค้นพบ ไซม่อน ชอล: เขาค้นพบ อิทธิพลของปัจจัยทางธรณีฟิสิกส์ในอวกาศที่มีต่อปฏิกิริยาทางกายภาพและทางชีวเคมี. เรากำลังพูดถึงกฎ Gaussian ที่รู้จักกันดีหรือการแจกแจงปกติของข้อผิดพลาดในการวัด ในความเป็นจริง กระบวนการต่อเนื่องทั้งหมดมีลักษณะ "สเปกตรัม" บางอย่างเนื่องจากแอนไอโซโทรปีของอวกาศ

สิ่งที่สำคัญที่สุดสำหรับทุกคนที่อาศัยอยู่บนโลกของเราคือการวิจัยทางชีวฟิสิกส์ อเล็กซี่ คาร์เนาคอฟ. แบบจำลองภูมิอากาศของเขาทำนายว่า เรากำลังเผชิญกับภาวะโลกเย็นลงตามมาด้วยภาวะโลกร้อน. กัลฟ์สตรีมที่อุ่นขึ้น ยุโรปเหนือ, จะหยุดนำความร้อนจากมหาสมุทรแอตแลนติกเนื่องจากข้อเท็จจริงที่ว่ากระแสลาบราดอร์ซึ่งอยู่ตรงข้ามกับมันจะถูกแยกออกจากน้ำทะเลเนื่องจากการละลายของธารน้ำแข็งและการเพิ่มขึ้นของการไหลของแม่น้ำทางตอนเหนือซึ่งจะทำให้ง่ายขึ้น และหยุด “ดำน้ำ” ใต้กระแสน้ำกัลฟ์สตรีม

วิจัย โรเบอร์ตา บิบิลาชวิลีจากศูนย์โรคหัวใจ นำไปสู่ผลลัพธ์ที่สำคัญในการรักษาโรคต่างๆ ที่เคยคิดว่ารักษาไม่หาย ปรากฎว่าการแทรกแซงอย่างทันท่วงที (การฉีดเอนไซม์ urokinase เข้าไปในสมองของผู้ป่วยที่ได้รับผลกระทบจากโรคหลอดเลือดสมอง) สามารถลบผลที่ตามมาของการโจมตีที่รุนแรงได้อย่างสมบูรณ์! Urokinase เป็นเอนไซม์ที่ผลิตโดยเซลล์เม็ดเลือดและหลอดเลือดและเป็นหนึ่งในองค์ประกอบของระบบที่ป้องกันการเกิดลิ่มเลือด

จากความสำเร็จล่าสุดของนักวิทยาศาสตร์ต่างชาติ สามารถสังเกตได้สองประการ ประการแรก กลุ่มนักวิจัยชาวอเมริกันจากมหาวิทยาลัยมิชิแกน นำโดย S.J. ไวส์ ค้นพบหนึ่งในยีนที่รับผิดชอบการพัฒนา "สามมิติ" ของเนื้อเยื่อชีวภาพประการที่สอง นักวิทยาศาสตร์จากประเทศญี่ปุ่นได้แสดงให้เห็นว่า ความเครียดเชิงกลช่วยในการสร้างภาชนะเทียมนักวิทยาศาสตร์ชาวญี่ปุ่นวางสเต็มเซลล์ไว้ในท่อโพลียูรีเทนและบังคับให้ของเหลวผ่านท่อภายใต้ความดันที่ต่างกัน พารามิเตอร์การเต้นของชีพจรและโครงสร้างความเค้นเชิงกลมีค่าใกล้เคียงกับหลอดเลือดแดงจริงของมนุษย์ ผลที่ได้คือกำลังใจ - สเต็มเซลล์ "เปลี่ยน" เป็นเซลล์ที่บุหลอดเลือด

หนึ่งในวิทยาศาสตร์ที่เก่าแก่ที่สุดคือชีววิทยา ความสนใจของผู้คนในกระบวนการที่เกิดขึ้นภายในตนเองและสิ่งมีชีวิตรอบข้างเกิดขึ้นก่อนยุคของเราหลายพันปีก่อน

การสังเกตสัตว์ พืช กระบวนการทางธรรมชาติเป็นส่วนสำคัญของชีวิตผู้คน เมื่อเวลาผ่านไปความรู้มากมายได้สะสมวิธีการศึกษาสัตว์ป่าและกลไกที่เกิดขึ้นในนั้นได้รับการปรับปรุงและพัฒนา สิ่งนี้นำไปสู่การเกิดขึ้นของหลายส่วนที่รวมกันเป็นศาสตร์ที่ซับซ้อน

การวิจัยทางชีววิทยาในด้านต่างๆ ของสิ่งมีชีวิตทำให้ได้ข้อมูลใหม่ที่มีค่า ซึ่งมีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจโครงสร้างของมวลชีวภาพของโลก ใช้ความรู้นี้เพื่อวัตถุประสงค์เชิงปฏิบัติของมนุษย์ (การสำรวจอวกาศ การแพทย์ การเกษตร อุตสาหกรรมเคมี และอื่นๆ)

การค้นพบมากมายทำให้การวิจัยทางชีววิทยาในสาขานี้เป็นไปได้ โครงสร้างภายในและการทำงานของระบบชีวิตทั้งหมด มีการศึกษาองค์ประกอบโมเลกุลของสิ่งมีชีวิต โครงสร้างจุลภาค ยีนหลายตัวถูกแยกและศึกษาจากจีโนมของมนุษย์และสัตว์ พืช ข้อดีของเทคโนโลยีชีวภาพเซลล์และช่วยให้คุณเก็บเกี่ยวพืชได้หลายครั้งต่อฤดูกาลรวมถึงการผสมพันธุ์สัตว์ที่ให้เนื้อนมและไข่มากขึ้น

การศึกษาจุลินทรีย์ทำให้สามารถได้รับยาปฏิชีวนะและสร้างวัคซีนนับสิบและหลายร้อยชนิดที่สามารถเอาชนะโรคต่างๆ แม้กระทั่งโรคที่เคยคร่าชีวิตผู้คนและสัตว์หลายพันชีวิต

นั่นเป็นเหตุผล วิทยาศาสตร์สมัยใหม่ชีววิทยาเป็นความเป็นไปได้ที่ไร้ขีดจำกัดของมนุษยชาติในสาขาวิทยาศาสตร์ อุตสาหกรรม และการรักษาสุขภาพ

การจำแนกประเภทของวิทยาศาสตร์ชีวภาพ

หนึ่งในส่วนส่วนตัวของวิทยาศาสตร์ชีววิทยาที่ปรากฏตัวครั้งแรก เช่นพฤกษศาสตร์ สัตววิทยา กายวิภาคศาสตร์ และอนุกรมวิธาน ต่อมา สาขาวิชาที่อาศัยอุปกรณ์ทางเทคนิคมากขึ้นเริ่มก่อตัวขึ้น - จุลชีววิทยา ไวรัสวิทยา สรีรวิทยา และอื่น ๆ

มีวิทยาศาสตร์รุ่นใหม่และก้าวหน้าจำนวนมากที่ก่อตัวขึ้นเฉพาะในศตวรรษที่ XX-XXI และมีบทบาทอย่างมากใน การพัฒนาที่ทันสมัยชีววิทยา.

ไม่มีการจำแนกประเภทใดประเภทหนึ่ง แต่มีหลายประเภทที่สามารถจัดอันดับวิทยาศาสตร์ชีวภาพได้ รายการของพวกเขาค่อนข้างน่าประทับใจในทุกกรณี ลองพิจารณาหนึ่งในนั้น

ชีววิทยา	วิทยาศาสตร์ส่วนตัว	พฤกษศาสตร์	เกี่ยวข้องกับการศึกษาโครงสร้างภายนอกและภายใน กระบวนการทางสรีรวิทยา วิวัฒนาการทางวิวัฒนาการและการกระจายตามธรรมชาติของพืชทุกชนิดที่มีอยู่บนโลก (พืช)	รวมถึงส่วนต่อไปนี้: วิทยา; เดนโดรโลยี; อนุกรมวิธาน; กายวิภาคศาสตร์; สัณฐานวิทยา; สรีรวิทยา; ไบรโอโลยี; พฤกษาพรรณ; นิเวศวิทยา; ธรณีพฤกษศาสตร์; พฤกษศาสตร์พื้นบ้าน; การสืบพันธุ์ของพืช
		สัตววิทยา	เกี่ยวข้องกับการศึกษาโครงสร้างภายนอกและภายใน กระบวนการทางสรีรวิทยา วิวัฒนาการทางวิวัฒนาการและการกระจายตามธรรมชาติของสัตว์ทุกชนิดบนโลก (fauna)	วินัยรวมอยู่ใน: ระเบียบวินัย: กายวิภาคศาสตร์ภูมิประเทศ เปรียบเทียบ; อย่างเป็นระบบ อายุ; พลาสติก; การทำงาน; การทดลอง
		มานุษยวิทยา	หลายสาขาวิชาที่ศึกษาการพัฒนาและการก่อตัวของบุคคลในสภาพแวดล้อมทางชีววิทยาและสังคมที่ซับซ้อน	ส่วน: ปรัชญา ตุลาการ ศาสนา กายภาพ สังคม วัฒนธรรม ภาพ
		จุลชีววิทยา	ศึกษาสิ่งมีชีวิตที่เล็กที่สุดตั้งแต่แบคทีเรียไปจนถึงไวรัส	สาขาวิชา: ไวรัสวิทยา, แบคทีเรียวิทยา, จุลชีววิทยาทางการแพทย์, เห็ดรา, อุตสาหกรรม, เทคนิค, การเกษตร, จุลชีววิทยาอวกาศ
		วิทยาศาสตร์ทั่วไป	ระบบ	ภารกิจรวมถึงการพัฒนาพื้นฐานสำหรับการจำแนกประเภทของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดบนโลกของเรา โดยมีจุดประสงค์เพื่อการจัดลำดับที่เข้มงวดและการจำแนกตัวแทนใดๆ ของสิ่งมีชีวิตต่อหน่วยพื้นที่
	สัณฐานวิทยา		คำอธิบายสัญญาณภายนอก โครงสร้างภายใน และภูมิประเทศของอวัยวะของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด	ส่วน: พืช สัตว์ จุลินทรีย์ เชื้อรา
	สรีรวิทยา		ศึกษาคุณลักษณะของการทำงานของระบบ อวัยวะ หรือส่วนใดส่วนหนึ่งของร่างกาย กลไกของกระบวนการทั้งหมดที่รับประกันกิจกรรมที่สำคัญ	พืช สัตว์ คน จุลินทรีย์
	นิเวศวิทยา		ศาสตร์แห่งความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตที่มีต่อกัน สิ่งแวดล้อม และมนุษย์	ธรณีวิทยา ทั่วไป สังคม อุตสาหกรรม
	พันธุศาสตร์		ศึกษาจีโนมของสิ่งมีชีวิต กลไกการถ่ายทอดทางพันธุกรรมและความแปรปรวนของลักษณะภายใต้อิทธิพลของสภาวะต่างๆ ตลอดจนการเปลี่ยนแปลงในอดีตของจีโนไทป์ระหว่างการเปลี่ยนแปลงทางวิวัฒนาการ
	ชีวภูมิศาสตร์		พิจารณาการตั้งถิ่นฐานใหม่และการกระจายพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตบางชนิดบนโลก
	หลักคำสอนวิวัฒนาการ		เผยให้เห็นกลไกการพัฒนาทางประวัติศาสตร์ของมนุษย์และระบบชีวิตอื่น ๆ บนโลก ที่มาและการพัฒนาของพวกเขา
	วิทยาศาสตร์ที่ซับซ้อนที่เกิดขึ้นที่จุดเชื่อมต่อซึ่งกันและกัน	ชีวเคมี	ศึกษากระบวนการที่เกิดขึ้นในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตจากมุมมองทางเคมี
		เทคโนโลยีชีวภาพ	คำนึงถึงการใช้สิ่งมีชีวิต ผลิตภัณฑ์ และหรือชิ้นส่วนของสิ่งมีชีวิตเพื่อสนองความต้องการของมนุษย์
		อณูชีววิทยา	ศึกษากลไกการถ่ายทอด การจัดเก็บ และการใช้ข้อมูลทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต ตลอดจนหน้าที่และโครงสร้างที่ดีของโปรตีน DNA และ RNA	วิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้อง: พันธุศาสตร์และวิศวกรรมเซลล์ อณูพันธุศาสตร์ ชีวสารสนเทศ โปรตีโอมิกส์ จีโนมิกส์
		ชีวฟิสิกส์	เป็นวิทยาศาสตร์ที่ศึกษากระบวนการทางกายภาพที่เป็นไปได้ทั้งหมดที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ตั้งแต่ไวรัสไปจนถึงมนุษย์	หัวข้อของระเบียบวินัยนี้จะกล่าวถึงด้านล่าง

ดังนั้นเราจึงพยายามจับความหลากหลายหลักที่เป็นวิทยาศาสตร์ชีวภาพ รายการนี้มีการพัฒนาเทคโนโลยีและวิธีการศึกษากำลังขยายและเติมเต็ม ดังนั้นจึงไม่มีการจำแนกประเภททางชีววิทยาแบบเอกภาพในปัจจุบัน

ชีววิทยาศาสตร์ก้าวหน้าและความสำคัญ

วิทยาศาสตร์ชีววิทยาที่อายุน้อยที่สุด ทันสมัย ​​และก้าวหน้า ได้แก่:

• เทคโนโลยีชีวภาพ
• อณูชีววิทยา
• ชีววิทยาอวกาศ
• ชีวฟิสิกส์;
• ชีวเคมี.

วิทยาศาสตร์แต่ละอย่างเหล่านี้ก่อตัวขึ้นไม่ช้ากว่าศตวรรษที่ 20 ดังนั้นจึงถือว่าถูกต้องตามกฎหมายที่ยังเยาว์วัย กำลังพัฒนาอย่างเข้มข้นและสำคัญที่สุดสำหรับกิจกรรมของมนุษย์ที่ใช้งานได้จริง

ให้เราอาศัยสิ่งเหล่านี้เป็นชีวฟิสิกส์ นี่คือวิทยาศาสตร์ที่ปรากฏขึ้นในราวปี 1945 และกลายเป็นส่วนสำคัญของระบบชีวภาพทั้งหมด

ชีวฟิสิกส์คืออะไร?

ในการตอบคำถามนี้ ก่อนอื่นจำเป็นต้องชี้ให้เห็นถึงการติดต่อใกล้ชิดกับเคมีและชีววิทยา ในบางประเด็น ขอบเขตระหว่างศาสตร์เหล่านี้อยู่ใกล้กันมากจนยากที่จะแยกแยะว่าศาสตร์ใดเกี่ยวข้องและมีความสำคัญเป็นพิเศษ ดังนั้นจึงควรพิจารณาว่าชีวฟิสิกส์เป็นวิทยาศาสตร์ที่ซับซ้อนซึ่งศึกษากระบวนการทางกายภาพและเคมีเชิงลึกที่เกิดขึ้นในระบบของสิ่งมีชีวิตทั้งในระดับโมเลกุล เซลล์ อวัยวะ และในระดับของชีวมณฑลโดยรวม

เช่นเดียวกับที่อื่น ๆ ชีวฟิสิกส์เป็นวิทยาศาสตร์ที่มีวัตถุประสงค์ในการศึกษา เป้าหมาย และวัตถุประสงค์ของตนเอง ตลอดจนผลลัพธ์ที่คู่ควรและสำคัญ นอกจากนี้วินัยนี้มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับทิศทางใหม่หลายประการ

วัตถุประสงค์ของการศึกษา

สำหรับชีวฟิสิกส์นั้นเป็นระบบชีวภาพในระดับองค์กรต่างๆ

1. ไวรัส ราเซลล์เดียว และสาหร่าย)
2. สัตว์ที่ง่ายที่สุด
3. แต่ละเซลล์และชิ้นส่วนโครงสร้าง (ออร์แกเนลล์)
4. พืช.
5. สัตว์ (รวมถึงมนุษย์)
6. ชุมชนทางนิเวศวิทยา

นั่นคือชีวฟิสิกส์คือการศึกษาสิ่งมีชีวิตจากมุมมองของกระบวนการทางกายภาพที่เกิดขึ้น

งานของวิทยาศาสตร์

ในขั้นต้นงานของนักชีวฟิสิกส์คือการพิสูจน์การมีอยู่ของกระบวนการทางกายภาพและปรากฏการณ์ในชีวิตของสิ่งมีชีวิตและเพื่อศึกษาพวกมันค้นหาธรรมชาติและความสำคัญของพวกมัน

งานสมัยใหม่ของวิทยาศาสตร์นี้สามารถกำหนดได้ดังนี้:

1. เพื่อศึกษาโครงสร้างของยีนและกลไกที่มาพร้อมกับการถ่ายทอดและการเก็บรักษา การดัดแปลง (การกลายพันธุ์)
2. พิจารณาแง่มุมต่างๆ ของชีววิทยาของเซลล์ (ปฏิสัมพันธ์ระหว่างเซลล์ซึ่งกันและกัน ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโครโมโซมและพันธุกรรม และกระบวนการอื่นๆ)
3. เพื่อศึกษาโมเลกุลของพอลิเมอร์ (โปรตีน กรดนิวคลีอิก พอลิแซ็กคาไรด์) ร่วมกับอณูชีววิทยา
4. เพื่อเปิดเผยอิทธิพลของปัจจัยทางธรณีฟิสิกส์ที่มีต่อกระบวนการทางกายภาพและเคมีทั้งหมดในสิ่งมีชีวิต
5. เปิดเผยกลไกของโฟโตไบโอโลจีอย่างลึกซึ้งยิ่งขึ้น (การสังเคราะห์ด้วยแสง, ช่วงเวลาแห่งแสง และอื่นๆ)
6. ใช้และพัฒนาวิธีการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์
7. นำผลนาโนเทคโนโลยีไปใช้ในการศึกษาระบบสิ่งมีชีวิต

จากรายการนี้ เห็นได้ชัดว่าชีวฟิสิกส์ศึกษาปัญหาที่สำคัญและร้ายแรงมากมาย สังคมสมัยใหม่และผลลัพธ์ของวิทยาศาสตร์นี้มีความสำคัญต่อบุคคลและชีวิตของเขา

ประวัติการก่อตั้ง

ในเชิงวิทยาศาสตร์ ชีวฟิสิกส์ถือกำเนิดขึ้นค่อนข้างเร็วในปี 1945 เมื่อเขาตีพิมพ์ผลงานของเขา "ชีวิตคืออะไรจากมุมมองของฟิสิกส์" เขาเป็นคนแรกที่สังเกตเห็นและระบุว่ากฎของฟิสิกส์หลายข้อ (อุณหพลศาสตร์, กฎของกลศาสตร์ควอนตัม) เกิดขึ้นอย่างแม่นยำในชีวิตและการทำงานของสิ่งมีชีวิต

ขอบคุณผลงานของชายคนนี้ วิทยาศาสตร์ชีวฟิสิกส์เริ่มพัฒนาอย่างเข้มข้น อย่างไรก็ตามก่อนหน้านี้ในปี พ.ศ. 2465 สถาบันชีวฟิสิกส์ได้ก่อตั้งขึ้นในรัสเซียโดย P.P. Lazarev มีบทบาทหลักในการศึกษาธรรมชาติของการกระตุ้นในเนื้อเยื่อและอวัยวะต่างๆ ผลที่ได้คือการระบุความสำคัญของไอออนในกระบวนการนี้

1. กัลวานีค้นพบไฟฟ้าและความสำคัญต่อเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิต (ไฟฟ้าชีวภาพ)
2. A. L. Chizhevsky เป็นบิดาของหลายสาขาวิชาที่ศึกษาอิทธิพลของอวกาศที่มีต่อชีวมณฑล เช่นเดียวกับรังสีไอออไนเซชันและอิเล็กโทรฮีโมไดนามิกส์
3. โครงสร้างโดยละเอียดของโมเลกุลโปรตีนได้รับการศึกษาหลังจากการค้นพบการวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ (การวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์) เท่านั้น สิ่งนี้ทำโดย Perutz และ Kendrew (1962)
4. ในปีเดียวกัน ได้มีการค้นพบโครงสร้างสามมิติของ DNA (มอริซ วิลคินส์)
5. Neher และ Zakman ในปี 1991 สามารถพัฒนาวิธีการตรึงศักย์ไฟฟ้าในท้องถิ่นได้

นอกจากนี้ การค้นพบอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่งทำให้วิทยาศาสตร์ชีวฟิสิกส์สามารถเริ่มต้นบนเส้นทางของการพัฒนาและการก่อตัวให้ทันสมัยอย่างเข้มข้นและก้าวหน้า

ส่วนของชีวฟิสิกส์

มีหลายสาขาวิชาที่ประกอบเป็นวิทยาศาสตร์นี้ ลองพิจารณาพื้นฐานที่สุดของพวกเขา

1. ชีวฟิสิกส์ของระบบที่ซับซ้อน - พิจารณากลไกที่ซับซ้อนทั้งหมดของการควบคุมตนเองของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ (systemogenesis, morphogenesis, synergogenesis) นอกจากนี้ระเบียบวินัยนี้ยังศึกษาคุณสมบัติขององค์ประกอบทางกายภาพของกระบวนการก่อกำเนิดและการพัฒนาวิวัฒนาการระดับของการจัดระเบียบของสิ่งมีชีวิต
2. Bioacoustics และชีวฟิสิกส์ของระบบประสาทสัมผัส - ศึกษาระบบประสาทสัมผัสของสิ่งมีชีวิต (การมองเห็น การได้ยิน การรับสัญญาณ การพูด และอื่นๆ) วิธีการส่งสัญญาณต่างๆ เผยกลไกการแปลงพลังงานเมื่อสิ่งมีชีวิตรับรู้อิทธิพลภายนอก (การระคายเคือง)
3. ชีวฟิสิกส์เชิงทฤษฎี - รวมถึงวิทยาศาสตร์ย่อยจำนวนหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาอุณหพลศาสตร์ของกระบวนการทางชีวภาพ, การสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของส่วนโครงสร้างของสิ่งมีชีวิต พิจารณากระบวนการทางจลนศาสตร์ด้วย
4. ชีวฟิสิกส์ระดับโมเลกุล - พิจารณากลไกเชิงลึกขององค์กรโครงสร้างและการทำงานของโพลิเมอร์ชีวภาพเช่น DNA, RNA, โปรตีน, โพลีแซคคาไรด์ เขามีส่วนร่วมในการสร้างแบบจำลองและภาพกราฟิกของโมเลกุลเหล่านี้ ทำนายพฤติกรรมและการก่อตัวของพวกมันในระบบสิ่งมีชีวิต นอกจากนี้ ระเบียบวินัยนี้สร้างระบบซูปราโมเลกุลและย่อยโมเลกุล เพื่อกำหนดกลไกของการสร้างและการทำงานของโพลิเมอร์ชีวภาพในระบบของสิ่งมีชีวิต
5. ชีวฟิสิกส์ของเซลล์ เขาศึกษากระบวนการของเซลล์ที่สำคัญที่สุด: ความแตกต่าง การแบ่งตัว การกระตุ้น และศักยภาพทางชีวภาพของโครงสร้างเมมเบรน ความสนใจเป็นพิเศษจะจ่ายให้กับกลไกของการขนส่งเมมเบรนของสาร ความต่างศักย์ คุณสมบัติและโครงสร้างของเมมเบรนและส่วนรอบๆ
6. ชีวฟิสิกส์ของเมแทบอลิซึม สิ่งหลักที่อยู่ระหว่างการพิจารณาคือการทำให้เป็นแสงอาทิตย์และการปรับตัวของสิ่งมีชีวิตกับมัน, การไหลเวียนโลหิต, การควบคุมอุณหภูมิ, เมแทบอลิซึมและอิทธิพลของรังสีไอออไนเซชัน
7. ชีวฟิสิกส์ประยุกต์. ประกอบด้วยหลายสาขาวิชา: ชีวสารสนเทศ, ไบโอเมตริก, ชีวกลศาสตร์, การศึกษากระบวนการวิวัฒนาการและการเกิดมะเร็ง, ชีวฟิสิกส์ทางพยาธิวิทยา (ทางการแพทย์) วัตถุประสงค์ของการศึกษาชีวฟิสิกส์ประยุกต์คือระบบกล้ามเนื้อและกระดูก วิธีการเคลื่อนไหว วิธีการจดจำผู้คนด้วยลักษณะทางกายภาพ ความสนใจเป็นพิเศษสมควรได้รับชีวฟิสิกส์ทางการแพทย์ มันพิจารณากระบวนการทางพยาธิวิทยาในสิ่งมีชีวิตวิธีการสร้างส่วนของโมเลกุลหรือโครงสร้างที่เสียหายหรือการชดเชย ให้วัสดุสำหรับเทคโนโลยีชีวภาพ มีความสำคัญอย่างยิ่งในการป้องกันการพัฒนาของโรคโดยเฉพาะอย่างยิ่งจากลักษณะทางพันธุกรรม การกำจัดและการอธิบายกลไกการออกฤทธิ์
8. ชีวฟิสิกส์ของที่อยู่อาศัย - ศึกษาผลกระทบทางกายภาพของทั้งที่อยู่อาศัยในท้องถิ่นของสิ่งมีชีวิตและผลกระทบของวัตถุในอวกาศทั้งใกล้และไกล พิจารณาจังหวะชีวิต อิทธิพลของสภาพอากาศและสนามชีวภาพต่อสิ่งมีชีวิตด้วย พัฒนามาตรการป้องกันผลกระทบทางลบ

สาขาวิชาทั้งหมดนี้มีส่วนสนับสนุนอย่างใหญ่หลวงต่อการพัฒนาความเข้าใจกลไกชีวิตของระบบสิ่งมีชีวิต อิทธิพลของชีวมณฑล และเงื่อนไขต่างๆ ที่มีต่อพวกมัน

ความสำเร็จที่ทันสมัย

เหตุการณ์ที่สำคัญที่สุดบางอย่างที่เกี่ยวข้องกับความสำเร็จของชีวฟิสิกส์สามารถตั้งชื่อได้:

• เปิดเผยกลไกการโคลนสิ่งมีชีวิต
• มีการศึกษาคุณสมบัติของการเปลี่ยนแปลงและบทบาทของไนตริกออกไซด์ในระบบสิ่งมีชีวิต
• มีการสร้างความสัมพันธ์ระหว่าง RNA ขนาดเล็กและผู้ส่งสารซึ่งในอนาคตจะทำให้สามารถหาทางออกสำหรับปัญหาทางการแพทย์มากมาย (การกำจัดโรค)
• ค้นพบลักษณะทางกายภาพของคลื่นอัตโนมัติ
• ด้วยการทำงานของนักชีวฟิสิกส์ระดับโมเลกุลทำให้มีการศึกษาแง่มุมของการสังเคราะห์และการจำลองแบบของ DNA ซึ่งนำไปสู่ความเป็นไปได้ในการสร้างยาใหม่จำนวนมากสำหรับโรคที่ร้ายแรงและซับซ้อน
• มีการสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ของปฏิกิริยาทั้งหมดที่มาพร้อมกับกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง
• มีการพัฒนาวิธีการวิจัยอัลตราโซนิกของสิ่งมีชีวิต
• มีการสร้างความสัมพันธ์ระหว่างกระบวนการจักรวาลวิทยาและชีวเคมี
• ทำนายการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศบนโลก
• การค้นพบความสำคัญของเอนไซม์ urokenase ในการป้องกันการเกิดลิ่มเลือดและการกำจัดผลที่ตามมาหลังจากเกิดโรคหลอดเลือดสมอง
• ยังได้ค้นพบโครงสร้างของโปรตีน ระบบไหลเวียนโลหิต และส่วนอื่นๆ ของร่างกายอีกด้วย

สถาบันชีวฟิสิกส์ในรัสเซีย

ในประเทศของเรามีอยู่ M. V. Lomonosov ขึ้นอยู่กับสิ่งนี้ สถาบันการศึกษาคณะชีวฟิสิกส์ดำเนินการ. เขาเป็นผู้ฝึกอบรมผู้เชี่ยวชาญที่มีคุณสมบัติเหมาะสมสำหรับการทำงานในพื้นที่นี้

การเริ่มต้นที่ดีให้กับมืออาชีพในอนาคตเป็นสิ่งสำคัญมาก พวกเขามีงานที่ยากรออยู่ข้างหน้า นักชีวฟิสิกส์จำเป็นต้องเข้าใจความซับซ้อนทั้งหมดของกระบวนการที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิต นอกจากนี้ยังต้องเข้าใจวิชาฟิสิกส์ ท้ายที่สุดนี่คือวิทยาศาสตร์ที่ซับซ้อน - ชีวฟิสิกส์ การบรรยายมีโครงสร้างในลักษณะที่ครอบคลุมสาขาวิชาทั้งหมดที่เกี่ยวข้องและประกอบด้วยชีวฟิสิกส์ และครอบคลุมการพิจารณาประเด็นทั้งทางชีววิทยาและทางกายภาพ

ชีวฟิสิกส์ (BF) เป็นสาขาวิชาวิทยาศาสตร์อิสระ หัวเรื่องและงาน

ชีวฟิสิกส์- นี่คือ n. ศึกษากายภาพและเคมีฟิสิกส์ pr-sy ไหลเข้าสู่ไบโอซิส บน ระดับที่แตกต่างกัน org-tion และเป็นพื้นฐานของสรีรวิทยา - การกระทำของพวกเขา การเกิดขึ้นของ BF เป็นความก้าวหน้าทางฟิสิกส์ คณิตศาสตร์ เคมี และชีววิทยาที่มีส่วนสนับสนุน เป็นเพื่อนกัน- จากการบรรยาย - นี่คือเคมีเชิงฟิสิกส์ นี่คือนักชีววิทยาฟิสิกส์เคมี ระบบ ความพยายามครั้งแรกในการอธิบายนักชีววิทยา pr-owls เกี่ยวข้องกับวิธีการเปรียบเทียบกับทางกายภาพ pr-ไมล์ ตัวอย่างเช่น mm ของการนำกระแสประสาท - เป็นการกระจาย คลื่นของการเกิดออกซิเดชันในลวดทองแดงในกรด

สิ่งมีชีวิต

มุมมอง: 1) นักวิวัฒนาการ (นักลด): เปอร์เซ็นต์ชีวภาพทั้งหมด สามารถลดลงเป็นกฎของฟิสิกส์และเคมี 2) การต่อต้านวิวัฒนาการ (anti-reduction): ลดไม่ได้.

ฟิสิกส์ วิธีการค่อนข้างหยาบและนำไปสู่การทำลายระบบชีวภาพ (เช่น: ไฟฟ้าช็อต) => จำเป็นต้องมีการซึมผ่านของสารเคมี

วิธีการ: 1) ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ สำหรับการศึกษา. ศักย์ไฟฟ้าชีวภาพ หลักการ: เลือก วัตถุ (ซอนปลาหมึก) 2) วิธีการสร้างแบบจำลองเยื่อชีวภาพ ใช้ เยื่อเทียม: ก) ไลโปโซม ข) ไบโอเมมเบรนสองชั้น ค) โปรตีโอไลโปโซม สตั๊ด. กระบวนการขนส่งและไบโอเมมเบรน St-va 3) วิธีการทางแสง, การวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์โดยใช้รังสีซินโครตรอน, NMR และ EPR สเปกโทรสโกปี, สเปกโทรสโกปี 7 เรโซแนนซ์, วิธีการอิเล็กโทรเมตริกแบบต่างๆ, เทคโนโลยีไมโครอิเล็กโทรด, วิธีเคมิลูมิเนสเซนซ์, เลเซอร์สเปกโทรสโกปี, วิธีการติดแท็กอะตอม ฯลฯ นี่คือภาษาสเปน เพื่อการวินิจฉัยทางการแพทย์และการรักษา

งาน BF (ปัญหา):

1. ศึกษาประเด็นเกี่ยวกับการเกิดขึ้น แลกเปลี่ยน ถ่ายทอดของ E ในระบบสิ่งมีชีวิต

2. การวิจัย บทบาทของกล้องจุลทรรศน์ หน่วยฟิสิกส์เคมี โครงสร้างในการทำงานของระบบชีวภาพ

3. ขึ้น และการนำกระแสประสาท แรงกระตุ้น

5. ผลกระทบของรังสีไอออไนซ์ (ต่อ m-ly, อวัยวะ, สิ่งมีชีวิต)

7. ปัญหาระดับการซึมผ่าน และผ้า

8. การศึกษา นักชีววิทยา เยื่อหุ้ม: ธรรมชาติของโมเลกุล เยื่อ; ลุกขึ้น ศักยภาพ.

9. การศึกษา สารประกอบโมเลกุลสูงที่มี t.zr. ฟิสิกส์.

10. การศึกษา m-mov การจัดเก็บและการส่ง nasl ข้อมูล.

11. เอกราช

ส่วนของชีวฟิสิกส์:

1. โมเลกุล -- การศึกษา โครงสร้างและคุณสมบัติทางกายภาพ-เคมี ชีวฟิสิกส์ของโมเลกุล

2. เซลล์ BF - ศึกษา ลักษณะโครงสร้างและหน้าที่ของระบบเซลล์และเนื้อเยื่อ

3. BF ของระบบที่ซับซ้อน - ศึกษา จลนพลศาสตร์ของกระบวนการชีวภาพ พฤติกรรมในช่วงเวลาของกระบวนการต่างๆ ที่มีอยู่ในสิ่งมีชีวิตและระบบชีวภาพ TD

เรื่องราว: 2435- เริ่มดูประวัติ จากมุมมองของฟิสิกส์ ความก้าวหน้าในช่วงปลายยุค 30 เป็นสถาบันแห่งแรกของ BF ในสหภาพโซเวียต (Radiant E และระบบชีวภาพ การสร้างและการนำแรงกระตุ้น ไฟฟ้าชีวภาพ) 2496 - แผนก BF ที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโก 2517 - กรม BF ที่ BSU

กระบวนการและรูปแบบทางชีววิทยาและกายภาพในระบบของสิ่งมีชีวิต การลดและต่อต้านการลด หลักการลดทอนเชิงคุณภาพ

สิ่งมีชีวิต- ระบบเปิดที่ควบคุมได้เอง สืบพันธุ์ได้เอง และกำลังพัฒนาระบบต่างกัน ซึ่งเป็นสารทำงานที่สำคัญที่สุดซึ่งรวมถึงโพลิเมอร์ชีวภาพ ได้แก่ โปรตีนและนิวเคลียส โครงสร้างอะตอมและโมเลกุลที่ซับซ้อนสำหรับคุณ

ความพยายามครั้งแรกในการอธิบายนักชีววิทยา pr-owls เกี่ยวข้องกับวิธีการเปรียบเทียบกับทางกายภาพ pr-ไมล์ ตัวอย่างเช่น mm ของการนำกระแสประสาท - เป็นการกระจาย คลื่นของการเกิดออกซิเดชันในลวดทองแดงในกรด การหดตัวของกล้ามเนื้ออธิบายได้จากการทำงานขององค์ประกอบเพียโซ การเจริญเติบโตของเซลล์ เริ่มแรกฟิสิกส์เจาะเคมี - ต้องอธิบายว่าธ.ค. สารประกอบที่มีปฏิสัมพันธ์ในร่างกาย - เคมีเชิงฟิสิกส์และฟิสิกส์เคมี

มีอยู่ 2 ค่ายที่ทันสมัย ฟิสิกส์:

1) ผู้ลด:กระบวนการทางชีวภาพใด ๆ เกิดขึ้น ในสิ่งมีชีวิตสามารถลดลงเป็นผลรวมของสารเคมีทางกายภาพ และเครื่องกล กระบวนการ คำอธิบายของคอมเพล็กซ์ c / c นั้นง่ายกว่า รู้จัก c / c ที่เข้าใจยาก รู้จักหมู่เกาะเซนต์ขององค์ประกอบแต่ละอย่าง เปรียบเทียบ ระบบและคุณสมบัติของการโต้ตอบ คุณสามารถได้รับคุณสมบัติทั้งหมดของระบบนี้ อร๊าย มากกว่า ระดับยากเป็นผลมาจากความซับซ้อนของสิ่งที่ง่ายกว่า บางครั้ง: พยายามแทนที่การวิจัย วัตถุจริงโมเดลที่เรียบง่าย ผลสัมฤทธิ์ทางการเรียน: ทำนายการมีอยู่ของดาวเนปจูน แต่เนื่องจากวิธีคิดไม่เป็นสากล ความล้มเหลวทางชีววิทยา: พวกเขาไม่สามารถอธิบายได้จากมุมมองนี้ ปรากฏการณ์ชีวิต

2) ผู้ต่อต้านการลด:หลักการของการลดคุณภาพเชิงคุณภาพหรือไบโอแอนติเรด กล่าวคือ ความเป็นไปไม่ได้ที่จะลดกฎและหลักการที่ควบคุมสิ่งมีชีวิตให้เป็นผลรวมขั้นต้นของเคมีฟิสิกส์และกลไก ประมวลผลกระบวนการชีวิต เหล่านั้น. ฟิสิกส์-คณิต. โมเดลไม่สามารถ เพียงพอหากไม่มีองค์ประกอบของการจัดระเบียบการทำงานของระบบชีวิต เหล่านั้น. มีข้อ จำกัด หลังจากที่การแสดงทางกายภาพยุติการเป็นวิธีการรับรู้แบบพอเพียงและจากนั้นความจริงทางชีวภาพบางอย่างก็กลายเป็นปัจจัยที่กำหนดโดยที่เราไม่สามารถทำอะไรได้อีกต่อไป

ทิศทางหลักของการพัฒนาชีวฟิสิกส์สมัยใหม่ ระดับของการวิจัยทางชีวฟิสิกส์

ชีวฟิสิกส์- นี่คือ n. ศึกษากายภาพและเคมีฟิสิกส์ pr-sy ไหลเข้าสู่ไบโอซิส ในระดับต่างๆ ขององค์กรและเป็นพื้นฐานของสรีรวิทยา-การกระทำของพวกเขา

ส่วนของชีวฟิสิกส์: (และระดับเดียวกัน ... อาจจะ))))

1. โมเลกุล -- การศึกษา โครงสร้างและสมบัติทางเคมีกายภาพ ชีวฟิสิกส์ของโมเลกุล พอลิเมอร์ชีวภาพ และระบบสุริยะ

2. เซลล์ BF - ศึกษา ลักษณะโครงสร้างและหน้าที่ของระบบเซลล์และเนื้อเยื่อ BF ของกระบวนการเมมเบรน - เกาะศักดิ์สิทธิ์ของเมมเบรนชีวภาพและชิ้นส่วน BF โฟโตไบออล กระบวนการ - ผลกระทบของแหล่งกำเนิดแสงภายนอกต่อระบบสิ่งมีชีวิต Radiation BF: ผลกระทบของรังสีไอออไนซ์ต่อร่างกาย

3. BF ของระบบที่ซับซ้อน - ศึกษา จลนพลศาสตร์ของกระบวนการชีวภาพ พฤติกรรมในช่วงเวลาของกระบวนการต่างๆ ที่มีอยู่ในสิ่งมีชีวิต และ TD ของระบบชีวภาพ - การเปลี่ยนแปลงของ E ในโครงสร้างสิ่งมีชีวิต

Modern BF กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว ความสำเร็จของมันมีส่วนช่วยในการเปลี่ยนแปลงทางชีววิทยาไปสู่การวิจัยระดับโมเลกุลที่สูงขึ้นในเชิงคุณภาพ

ฉันไม่รู้ว่ามีอะไรอีกบ้าง จากวิกิพีเดีย เป็นไปได้ตามคำแนะนำ: BF ทางคณิตศาสตร์ BF ประยุกต์: ชีวสารสนเทศ (แม้ว่าจะไม่ใช่ส่วนที่แยกจากกันของ BF แต่มีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิด) ไบโอเมตริก; ชีวกลศาสตร์ (หน้าที่และโครงสร้างของระบบกล้ามเนื้อและกระดูกและการเคลื่อนไหวทางกายภาพของระบบชีวภาพ); BF ของกระบวนการวิวัฒนาการ BF แพทย์; BF ระบบนิเวศ

วัตถุชีวภาพมีความซับซ้อนมากและมีหลายปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อกระบวนการที่เกิดขึ้นในวัตถุเหล่านั้น พึ่งพาอาศัยกัน ฟิสิกส์ช่วยให้คุณสร้างแบบจำลองที่เรียบง่ายของวัตถุ แมว ได้รับการอธิบายโดยกฎของ TD, อิเล็กโทรไดนามิกส์, ควอนตัม และ กลศาสตร์คลาสสิก. ด้วยความช่วยเหลือ ความสัมพันธ์ทางกายภาพ ด้วย biol-mi คุณจะเข้าใจกระบวนการใน bio object ได้ลึกซึ้งยิ่งขึ้น เพื่อให้ได้ข้อมูลในระบบชีวภาพ มีการใช้วิธีการทางแสงแบบต่างๆ การวิเคราะห์โครงสร้างด้วยรังสีเอกซ์โดยใช้รังสีซินโครตรอน NMR และ EPR สเปกโทรสโกปี สเปกโทรสโกปีแบบ 7 เรโซแนนซ์ วิธีการทางไฟฟ้าแบบต่างๆ เทคโนโลยีไมโครอิเล็กโทรด วิธีเคมิลูมิเนสเซนซ์ เลเซอร์สเปกโทรสโกปี วิธีการติดฉลากอะตอม ฯลฯ นี่คือภาษาสเปน เพื่อการวินิจฉัยทางการแพทย์และการรักษา

4. อุณหพลศาสตร์เป็นแกนหลักของชีวฟิสิกส์สมัยใหม่ หัวเรื่องและงาน ค่าจริง TD ในการศึกษา BF

ที.ดี- นี่คือ n เกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของ E. TD คือ n. ศึกษา รูปแบบทั่วไปของการเปลี่ยนแปลงของ E ประเภทต่างๆ ในระบบ

หัวข้อ TD:จ; การเกิดขึ้นของ E ในระบบสิ่งมีชีวิต ปฏิสัมพันธ์ มีชีวิตอยู่. ระบบ จากสิ่งรอบข้าง สิ่งแวดล้อม. แนวทาง:ปรากฏการณ์วิทยาและรายละเอียด พารามิเตอร์ TD มีค่าในสถานะเริ่มต้นและสถานะสุดท้ายเท่านั้น

วิธีการ:ทางสถิติ (แต่ไม่ได้ให้แนวคิดเกี่ยวกับกระบวนการ)

ทิศทาง: 1) การศึกษา และการคำนวณ E ขณะพักและขณะทำงาน ศึกษาและกำหนดประสิทธิภาพของกระบวนการชีวภาพต่างๆ 2) การศึกษา กระบวนการพลวัตในระบบสิ่งมีชีวิต (ขนส่งอิน-วา).

ความหมาย:ช่วยให้คุณสามารถประเมินการเปลี่ยนแปลงพลังงานได้ อันเป็นผลมาจากไบโอเคมี p-tion; คำนวณ E ของการทำลายพันธะเคมีเฉพาะ คำนวณการตรวจสอบ ความดันทั้งสองด้านของสารกึ่งซึมผ่าน เยื่อ; คำนวณผลกระทบของความเข้มข้นของเกลือในสารละลายต่อความสามารถในการละลายของมาโคร-แอล ใช้เพื่ออธิบายกระบวนการ ต้นกำเนิด ในสาขาไฟฟ้าเคมี เซลล์. ใช้เพื่อยืนยันทฤษฎีกำเนิดและวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตบนโลก

เรื่อง การศึกษาการเปลี่ยนแปลงสมดุลของระบบสิ่งมีชีวิต-สิ่งแวดล้อม.

จัดสรร 2 หลัก ทิศทางการใช้อุณหพลศาสตร์:

a) การคำนวณการแปลง E ในอวัยวะที่มีชีวิต - ฉันและในระบบองค์กรที่แยกจากกันทั้งในขณะพักและขณะทำงาน การกำหนดประสิทธิภาพของกระบวนการชีวภาพ

ข) การศึกษาสิ่งมีชีวิตแบบระบบเปิด

อุณหพลศาสตร์ของกระบวนการทางชีวภาพ

1. วิธีการ: ปรากฏการณ์วิทยาและรายละเอียด พารามิเตอร์ t/d มีความหมายในสถานะเริ่มต้นและสถานะสุดท้ายเท่านั้น อุณหพลศาสตร์เป็นวิทยาศาสตร์ที่ศึกษารูปแบบทั่วไปของการเปลี่ยนแปลงของพลังงานประเภทต่างๆ ในระบบ

2. ความสำคัญในทางปฏิบัติของ t/d ในชีววิทยา ช่วยให้คุณประเมินการเปลี่ยนแปลงพลังงานที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาทางชีวเคมี คำนวณพลังงานการแตกหักของพันธะเคมีจำเพาะ คำนวณแรงดันออสโมติกทั้งสองด้านของเยื่อกึ่งผ่านได้ คำนวณผลกระทบของความเข้มข้นของเกลือในสารละลายต่อความสามารถในการละลายของโมเลกุลขนาดใหญ่ ใช้เพื่ออธิบายกระบวนการที่เกิดขึ้นในเซลล์ไฟฟ้าเคมี เกี่ยวข้องกับการพิสูจน์ทฤษฎีกำเนิดและวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตบนโลก

ชีวฟิสิกส์- วิทยาศาสตร์ที่ศึกษาคุณสมบัติและปรากฏการณ์ทางกายภาพทั้งในสิ่งมีชีวิตทั้งหมดและในแต่ละอวัยวะ เนื้อเยื่อ เซลล์ ตลอดจนทางกายภาพและทางเคมี พื้นฐานของกระบวนการชีวิต

ในระหว่างการพัฒนา B. เป็นวิทยาศาสตร์มีสองส่วนที่แตกต่างกันในแต่ละส่วนซึ่งแต่ละส่วนจะแตกต่างกันไปตามการวางแนวระเบียบวิธี

ส่วนแรก (ทิศทางทางกายภาพหรือฟิสิกส์ชีวภาพ) ศึกษาฟิสิกส์และคุณสมบัติทางกายภาพของสิ่งมีชีวิตโดยรวมหรือส่วนประกอบแต่ละส่วน ชีววิทยาส่วนนี้เกี่ยวข้องกับปัญหาทั่วไปของอุณหพลศาสตร์ทางกายภาพของโปรตีนและการเปลี่ยนแปลงของโปรตีน การถ่ายเทความร้อนและมวล ฟิสิกส์ของการหดตัวของกล้ามเนื้อ และคุณสมบัติทางกายภาพของโปรตีนที่หดตัว เป็นต้น ระบบทางชีววิทยามีการศึกษาโดยพื้นฐานแล้วเป็นระบบทางกายภาพและทางกายภาพ และใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ ชีวฟิสิกส์ทางคณิตศาสตร์อยู่ติดกันที่นี่

ส่วนที่สองของ B. ซึ่งเน้นไปทางชีววิทยาเป็นหลัก ศึกษาทางกายภาพและเคมี พื้นฐานของกระบวนการชีวิต ในอดีตนั้นเกิดขึ้นบนพื้นฐานของเคมีเชิงฟิสิกส์และรวมถึงการศึกษาประเด็นเฉพาะของอุณหพลศาสตร์ จลนพลศาสตร์ และการเร่งปฏิกิริยาของกระบวนการทางชีววิทยา fiz.-เคมี พื้นฐานของปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต เคมีฟิสิกส์ของสถานะคอลลอยด์ของโปรโตพลาสซึม ฯลฯ ส่วนของ B. นี้สามารถระบุตามเงื่อนไขได้ด้วยเคมีชีวฟิสิกส์ (ดู); มันเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับเคมีอินทรีย์และชีวเคมี สรีรวิทยา พยาธิสรีรวิทยา และการแพทย์อื่น ๆ - ชีวภาพ วิทยาศาสตร์

บนพื้นฐานของความสำเร็จของ B. และเกี่ยวข้องกับความต้องการของการแพทย์เชิงปฏิบัติ สาขาวิชาใหม่จำนวนหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับ B. เกิดขึ้น: ฟิสิกส์การแพทย์ (ดู) และรังสีชีววิทยา (ดู) ซึ่งมีพื้นฐานมาจากจำนวน การวิจัยพื้นฐานในด้านปฏิสัมพันธ์ของรังสีปรมาณู คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และรังสีร่างกายกับวัตถุที่มีชีวิต

B. แยกความแตกต่างของข้อมูลที่ซับซ้อนจากหน่วยงานต่างๆ ซึ่งพบการประยุกต์ใช้ในทางการแพทย์ภายใต้ชื่อที่มีเงื่อนไขว่า "ชีวฟิสิกส์ทางการแพทย์" ซึ่งรวมถึงการศึกษาผลกระทบของรังสีจากการวิเคราะห์ทางกายภาพ กลไกของปฏิกิริยาหลักที่เกิดขึ้นในเซลล์ภายใต้การกระทำของการฉายรังสี ไปจนถึงบริเวณที่ทาน้ำผึ้ง ชีวฟิสิกส์คือการศึกษาของ fiz.-chem คุณสมบัติของสารและสารประกอบแต่ละชนิดในเซลล์และการเปลี่ยนแปลงในสภาวะปกติและพยาธิสภาพตลอดจนการศึกษาปัจจัยต่างๆ เช่น การสั่นสะเทือน (ดู) ความเร่ง (ดู) ความไม่มีน้ำหนัก (ดู) เป็นต้น

การพัฒนาอย่างรวดเร็วของ B. ในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 มีส่วนอย่างมากในการพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์ อวกาศ และกิจกรรมอื่นๆ ของมนุษย์ ซึ่งจำเป็นต้องมีการพัฒนาวิธีการปกป้องร่างกายมนุษย์จากผลกระทบของรังสีไอออไนซ์ การสั่นสะเทือน ความเร่ง และทางกายภาพอื่นๆ ปัจจัย.

ทั้งสองทิศทางของ B. ที่มีชื่อข้างต้นแสดงโดยแผนกที่เกี่ยวข้องทางกายภาพ ในด้านหนึ่งคณะวิชาของมหาวิทยาลัยและมหาวิทยาลัยเทคนิค และ biol คณะวิชาของมหาวิทยาลัย มหาวิทยาลัยการแพทย์และสัตวแพทย์ - ในทางกลับกัน มีโปรแกรมและโปรไฟล์ที่แตกต่างกันของผู้เชี่ยวชาญที่ผ่านการฝึกอบรมและความแตกต่างอย่างมากในการมุ่งเน้นทางวิทยาศาสตร์

วิธีการทางชีวฟิสิกส์ใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการแพทย์เชิงทฤษฎีและเชิงปฏิบัติ พวกเขาให้โอกาสในการรับข้อมูลทางกายภาพ กระบวนการที่อยู่ภายใต้การเกิดขึ้นของกระบวนการทางพยาธิวิทยาโดยตรง ชีวฟิสิกส์ได้ทิ้งรอยประทับขนาดใหญ่ไว้ในหลักคำสอนของพยาธิวิทยา แนวคิดทางทฤษฎีเกี่ยวกับการอักเสบ อาการบวมน้ำ ไตอักเสบ กลไกของความสมดุลของน้ำ การซึมผ่านของเยื่อหุ้มเซลล์และความผิดปกติในพยาธิสภาพ ฯลฯ

ชีวฟิสิกส์ วิธีการศึกษาผลการรักษาจากการกระทำของร่างกายต่างๆ ปัจจัยที่ใช้ในการกายภาพบำบัด เชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับ B. electrophysiology และ neurology โดยใช้ biophys ความคิดเกี่ยวกับธรรมชาติของการกระตุ้นและการนำในเส้นประสาทในบรรทัดฐานหรือในการตีความของอาการทางพยาธิวิทยาบางอย่าง ในด้านจักษุวิทยา ความสำเร็จของ B. ในด้านกระบวนการโฟโตเคมีคอลที่เกิดขึ้นในอวัยวะที่มองเห็นนั้นถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย B. มีบทบาทสำคัญในการทำความเข้าใจกลไกเบื้องต้นของการบาดเจ็บจากรังสีและการพัฒนามาตรการป้องกันสำหรับการรักษา

B. มีความเกี่ยวข้องทางอินทรีย์กับเภสัชวิทยาและพิษวิทยา เนื่องจากช่วยให้เข้าใจทางกายภาพและเคมี กลไกการออกฤทธิ์ของสารทางยาต่างๆ (ยา สารพิษ) ตลอดจนตัวบ่งชี้เชิงปริมาณของผลกระทบที่เป็นพิษ B. มีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับภูมิคุ้มกันวิทยาและไวรัสวิทยา (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง วิธีการของ B. มีบทบาทสำคัญในการเปิดเผยธรรมชาติของไวรัสและเฟส)

ในน้ำผึ้ง ในทางปฏิบัติยังใช้วิธีการทางชีวฟิสิกส์อื่น ๆ (การวินิจฉัยด้วยไฟฟ้า, ปฏิกิริยาเคมีคอลลอยด์, วิธีการประเมินคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของเม็ดเลือดแดง, วิธีการทางสเปกตรัม, วิธีการนำไฟฟ้า ฯลฯ )

"ทางกายภาพ" B. เกี่ยวข้องกับยาน้อยกว่าเพราะเป็นเวลานานแล้วที่เป็นเพียงทฤษฎีเท่านั้นและมีความสำคัญในทางปฏิบัติเฉพาะในการวัดปริมาณรังสีเท่านั้น ในเปลือกโลก เวลาของการสื่อสารทิศทางนี้ของ B. กับยาขยายตัว โดยผ่านอณูชีววิทยา มันเข้าสู่สาขาพยาธิวิทยาระดับโมเลกุลเมื่อโรคเกี่ยวข้องกับการรบกวนในโครงสร้างของโมเลกุลพอลิเมอร์ชีวภาพขนาดใหญ่ เช่น เฮโมโกลบิน เป็นต้น

ประวัติชีวฟิสิกส์

หากพูดกันตามตรงแล้ว ความพยายามที่จะนำกฎของฟิสิกส์มาใช้กับชีววิทยานั้นเป็นผลมาจากช่วงเวลาของการเกิดขึ้นของฟิสิกส์ อย่างไรก็ตามความพยายามดังกล่าวไร้เดียงสาจากมุมมองของแอปพลิเคชันและเห็นได้ชัดว่ามีกลไกตามธรรมชาติเนื่องจากการเปรียบเทียบภายนอกมีบทบาทหลักในพวกเขา - biol ปรากฏการณ์ที่ภายนอกคล้ายกับวัตถุทางกายภาพถูกตีความว่าเป็นทางกายภาพ อาการ ตัวอย่างเช่นในกลางศตวรรษที่ 19 เป็นแบบจำลองสำหรับการอธิบายกลไกการหดตัวของกล้ามเนื้อ เสนอผลเพียโซอิเล็กทริก (ปรากฏการณ์ของการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของผลึกภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า) บนหลักการของการสร้างแบบจำลอง - ฟิล์มยาง วาง ด้วยแผ่นโลหะ การหดตัวภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า ในเวลาเดียวกัน ความพยายามในการนำกฎฟิสิกส์และกลศาสตร์ไปใช้ได้ผลในเชิงบวก ดังนั้น J. Borelli จึงอธิบายกฎของกลศาสตร์ทุกรูปแบบของการเคลื่อนไหวของสัตว์ รวมถึงการหดตัวของกล้ามเนื้อและการย่อยอาหาร W. Harvey บนพื้นฐานของการวัดเชิงปริมาณและการประยุกต์ใช้กฎของชลศาสตร์ ได้สร้างหลักคำสอนเรื่องการไหลเวียนโลหิต ขั้นตอนในการพัฒนาของ B. คือการวิจัยของ L. Galvani (การค้นพบกระแสไฟฟ้าของสัตว์ในปี พ.ศ. 2334) ซึ่งนำไปสู่การสร้างสรีรวิทยาของไฟฟ้าในที่สุด (ดู) และยังกระตุ้นความสนใจในการศึกษากลไกการกำเนิดของศักย์ไฟฟ้าชีวภาพและ ความสำคัญใน fiziol กระบวนการ (ดูศักยภาพของไบโออิเล็กทริก) ความพยายามครั้งแรกในการอธิบายกลไกการเกิดขึ้นของศักย์ไฟฟ้าชีวภาพเกี่ยวข้องกับชื่อของ E. Dubois-Reymond (กลางศตวรรษที่ 19) เขาแสดงให้เห็นถึงความเชื่อมโยงของการกระตุ้นกับการพัฒนากิจกรรมทางไฟฟ้า การพัฒนาโดยตรงของมุมมองของ Dubois-Reymond คือแนวคิดของเมมเบรนเป็นส่วนต่อประสานที่การก่อตัวของประจุไฟฟ้าเกิดขึ้นซึ่งผู้เขียนคือ J. Bernstein การค้นพบกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ - ความเชื่อมโยงระหว่างงานและความร้อน - เป็นแรงผลักดันอันทรงพลังสำหรับการพัฒนาพลังงานชีวภาพ (ดู) บทบาทอย่างมากในการก่อตัวของ B. เป็นของนักสรีรวิทยาและนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน G. Helmholtz เขาให้คำอธิบายของดวงตาว่าเป็นระบบแสง อธิบายการทำงานของอุปกรณ์อะคูสติกจากมุมมองทางกายภาพ และเป็นครั้งแรกที่วัดความเร็วของการแพร่กระจายของการกระตุ้นประสาท ในฐานะหนึ่งในผู้ก่อตั้งอุณหพลศาสตร์ เฮล์มโฮลทซ์เป็นคนแรกที่พยายามใช้กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์กับสิ่งมีชีวิต

เหตุการณ์สำคัญในยุคนั้นคือการปรากฏตัวของทฤษฎีสายเคเบิลของการกระตุ้นและการนำ แรงกระตุ้นไฟฟ้า(ต้นศตวรรษที่ 20) จากการค้นพบความต้านทานไฟฟ้าสูงของปลอกประสาทและการนำไฟฟ้าที่ค่อนข้างสูงของแกนกลาง (ดูการกระตุ้น) แบบจำลองทางกายภาพของปรากฏการณ์นี้คือสายไฟฟ้าที่มีแกนโลหะและเปลือกนอกซึ่งเป็นฉนวน ทฤษฎีนี้มีส่วนในการพัฒนาแนวคิดเกี่ยวกับคุณสมบัติทางไฟฟ้าของเนื้อเยื่อประสาท สิ่งที่น่าสนใจอย่างยิ่งคือแบบจำลองของการกระตุ้นประสาทที่เสนอโดย R. Lillie ซึ่งแสดงให้เห็นว่าหากวางลวดโลหะในสารละลายกรดแก่และชั้นผิว (ออกไซด์) ได้รับความเสียหายทางกลไก ศักยภาพจะเกิดขึ้นในระบบนี้ซึ่งใน ลักษณะของพวกเขาคล้ายกับ ปรากฏการณ์ทางไฟฟ้า ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อมีการแพร่กระจายของการกระตุ้นไปตามเส้นประสาท แบบจำลองนี้ได้รับการวิเคราะห์โดยละเอียด มีการกล่าวถึงอย่างกว้างขวางในเอกสาร และกระตุ้นการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับคุณสมบัติทางไฟฟ้าของเนื้อเยื่อประสาท

ด้วยแนวคิดทางกลศาสตร์ควอนตัมที่ปรากฏในฟิสิกส์เกี่ยวกับธรรมชาติของรังสี (ยุค 20) ทฤษฎีจึงเกิดขึ้น [D. Lee, Altman (W. I. Altman), H. V. Timofeev-Resovsky และคนอื่น ๆ ] ซึ่งพยายามอธิบายกฎของการกระทำของรังสีต่อสิ่งมีชีวิตจากตำแหน่งควอนตัมที่เรียกว่า ทฤษฎีเป้าหมายและการโจมตี ทฤษฎีนี้อธิบายการกระทำของรังสีประเภทต่างๆ (อัลตราไวโอเลต เอ็กซ์เรย์ และนิวเคลียร์) โดยความน่าจะเป็นของอนุภาคแอคทีฟที่เข้าสู่สิ่งที่เรียกว่า ปริมาณที่ละเอียดอ่อนสมมุติฐาน ทฤษฎีนี้แม้ว่าจะไม่บรรลุเป้าหมายหลักในการอธิบายกลไกของการบาดเจ็บจากรังสี แต่ก็มีบทบาทอย่างมากในการเปิดเผยความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างปริมาณรังสีและพลังงานที่วัตถุดูดซับ ตลอดจนการพัฒนาประเด็นทางทฤษฎีบางประการ ของพันธุศาสตร์และโดยเฉพาะอย่างยิ่งทฤษฎีของยีน

การเกิดขึ้นของชีวฟิสิกส์ เคมี (ชีวฟิสิกส์เคมีหรือชีววิทยาเคมีเชิงกายภาพ) มีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับเคมีเชิงกายภาพ ซึ่งเกิดขึ้นจากความต้องการที่จะสรุปความเชื่อมโยงระหว่างกายภาพ คุณสมบัติของโมเลกุลและคุณสมบัติทางเคมีของพวกมัน กิจกรรม. ความสำเร็จของเคมีฟิสิกส์สาขาต่างๆ (เคมีไฟฟ้า, เคมีคอลลอยด์, จลนพลศาสตร์ของเคมี. ปฏิกิริยา อุณหพลศาสตร์ ฯลฯ) แสดงให้เห็นว่ากลไกต่างๆ ของ biol สามารถเข้าใจปรากฏการณ์ได้ด้วย fiz.-chem มุมมอง.

IM Sechenov โดยใช้วิธีการทางเคมีกายภาพและการวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ศึกษาพลวัตของกระบวนการหายใจและในขณะเดียวกันก็สร้างกฎเชิงปริมาณของการละลายของก๊าซในไบโอลของเหลว นอกจากนี้เขายังแนะนำให้เรียกสาขานี้ว่าสรีรวิทยาโมเลกุลของการวิจัยประเภทนี้

อิทธิพลอย่างมากต่อการพัฒนาชีวฟิสิกส์ การวิจัยจัดทำโดยทฤษฎีการแยกตัวด้วยไฟฟ้าของ S. Arrhenius (1887) เขาแสดงให้เห็นว่า fiz.-chem กิจกรรมของเกลือเกี่ยวข้องกับการปรากฏตัวของไอออนที่มีประจุ ทันทีที่มีข้อสันนิษฐานว่า biol บทบาทของเกลือเกี่ยวข้องกับการแตกตัวเป็นไอออนและบนพื้นฐานของทฤษฎีนี้นักสรีรวิทยาเคียฟ 13. Yu. Chagovets สร้างทฤษฎีดั้งเดิมของการกระตุ้น - ที่เรียกว่า ทฤษฎีตัวเก็บประจุของการกระตุ้นซึ่งได้รับความนิยมทั่วโลกอย่างรวดเร็ว ในเวลาเดียวกัน ความคิดก็เกิดขึ้นจากเยื่อหุ้มเซลล์เป็นซับสเตรต ซึ่งไอออนก่อตัวเป็นชั้นที่มีประจุไฟฟ้า จึงสร้างศักยภาพในการพักตัว

การพัฒนาแนวคิดนี้จากมุมมองเชิงปริมาณ W. Nernst (1899) ได้สร้างทฤษฎีเชิงปริมาณของการกระตุ้น และได้กฎที่ทำให้สามารถคำนวณเกณฑ์การกระตุ้นโดยขึ้นอยู่กับเวลาในการสัมผัสระหว่างการกระตุ้นด้วยไฟฟ้า กฎหมายนี้ทำให้สามารถอธิบายการเปลี่ยนแปลงเกณฑ์ความตื่นเต้นง่ายขึ้นอยู่กับความถี่ของกระแสสลับและคำนวณล่วงหน้าถึงความเป็นไปได้ในการใช้แหล่งกำเนิดความถี่สูง กระแสไฟฟ้าเพื่อให้ความร้อนแก่เนื้อเยื่อของร่างกาย (diathermy)

ทฤษฎีการกระตุ้นด้วยไอออนิกได้รับการพัฒนาโดย P.P. Lazarev ผู้นำเสนอแนวคิดของการมีอยู่ของจุดวิกฤติของการแข็งตัวของโปรตีนในเซลล์ที่รับผิดชอบในการกระตุ้น ในช่วงทศวรรษที่ 20 ของศตวรรษที่ 20 ในที่สุดทฤษฎีนี้ก็ถูกกำหนดขึ้นโดยเขา ในปัจจุบันนี้ ปรากฏในวรรณกรรมว่า Nernst-Lazarev excitation theory

ในปี 1910 R. Geber ได้แสดงให้เห็นว่าการนำไฟฟ้าของเม็ดเลือดแดงขึ้นอยู่กับความถี่ของกระแสสลับ การใช้กระแสความถี่สูง R. Geber พบว่าที่ความถี่ของเมกะเฮิรตซ์ ค่าการนำไฟฟ้าของเม็ดเลือดแดงสูงกว่าค่าการนำไฟฟ้าที่ความถี่เสียงหลายสิบเท่า และสอดคล้องกับค่าการนำไฟฟ้าของโพแทสเซียม 0.1 M สารละลายคลอไรด์ พบว่าการเปลี่ยนแปลงของการนำไฟฟ้าขึ้นอยู่กับความถี่ของกระแสไฟฟ้าที่ใช้เป็นลักษณะเฉพาะของเซลล์ที่มีชีวิต และค่าของอัตราส่วนของความต้านทานความถี่ต่ำต่อความต้านทานความถี่สูงสามารถใช้ในการประเมินความมีชีวิตของเซลล์ได้ เกณฑ์นี้สามารถระบุช่วงเวลาที่เซลล์ตายได้อย่างชัดเจนภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิต่ำ สารพิษ ฯลฯ วิธีการนำไฟฟ้าเริ่มถูกนำมาใช้ในการประเมินความมีชีวิตของเซลล์เม็ดเลือดแดงและเซลล์เนื้อเยื่ออื่น ๆ ในการศึกษา คุณสมบัติของเยื่อหุ้มเซลล์ - จากมุมมองของการประเมินการซึมผ่านของอิเล็กโทรไลต์ ในปีพ. ศ. 2454 D. Donnan ได้กำหนดทฤษฎีความสมดุลของอิเล็กโทรไลต์ (ดูที่ดุลยภาพเมมเบรน) ด้วยความช่วยเหลือซึ่งได้รับการตัดทอนทางกายภาพ คำอธิบายของการมีอยู่ของไอออนิก (โพแทสเซียมและคลอรีน) ในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต ศักย์ไฟฟ้าของเซลล์ และความแตกต่างของแรงดันออสโมติก ทฤษฎีนี้ยังคงมีบทบาทสำคัญในการทำความเข้าใจบทบาทของเมมเบรนและการไล่ระดับสีของอิเล็กโทรไลต์จนถึงทุกวันนี้

การศึกษาจำนวนมากแสดงให้เห็นว่า นอกจากโปรตีนแล้ว สารไขมันยังมีบทบาทสำคัญในเยื่อหุ้มเซลล์ ทฤษฎีของ Nathanson ซึ่งได้รับความนิยมอย่างมากในช่วงทศวรรษที่ 1930 เกี่ยวกับโครงสร้างโมเสกของเยื่อหุ้มเซลล์และการจัดเรียงตัวของไขมันและโปรตีนในเซลล์นั้น

ในช่วงทศวรรษที่ 30 ของศตวรรษที่ 20 รูปแบบพื้นฐานของการซึมผ่านของเซลล์ถูกสร้างขึ้นโดยเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติทางเคมีและไฟฟ้าของสาร แสดงให้เห็นว่าโมเลกุลที่ไม่มีประจุจะทะลุผ่านเซลล์ตามรัศมีโมเลกุล โมเลกุลที่มีประจุ - ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางไฟฟ้าของพวกมัน และละลายในไขมัน - ขึ้นอยู่กับระดับความสามารถในการละลายในไขมันเมมเบรน กฎหมายที่พบเป็นพื้นฐานของโครงสร้างทางทฤษฎีที่ตามมาทั้งหมด และโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการสร้างแบบจำลองของโครงสร้างของเมมเบรน มีความสนใจอย่างลึกซึ้งในการทำความเข้าใจ fiz.-chem โครงสร้างของพื้นผิวที่สร้างสิ่งมีชีวิตและเยื่อหุ้มเซลล์ มุมมองได้เกิดขึ้นว่าโปรตีนและลิพิดถูกผูกมัดในเซลล์ที่มีชีวิตเป็นไลโปโปรตีนคอมเพล็กซ์เดียวที่มีความสามารถในการจับตัวสูง โปรตีนที่มีชีวิตและที่สกัดจากเซลล์นั้นไม่เหมือนกัน ดังนั้น V. V. Lepeshkin จึงพัฒนาแนวคิดของไลโปโปรตีนคอมเพล็กซ์หลักซึ่งไม่สามารถแยกได้ในรูปแบบบริสุทธิ์และเรียกว่าไวตาอิด

V. V. Lepeshkin แนะนำว่าความไม่เสถียรของคอมเพล็กซ์นี้กำหนดการตายของโปรโตพลาสซึมภายใต้อิทธิพลต่าง ๆ และเมื่อไลโปโปรตีนคอมเพล็กซ์พื้นฐานถูกทำลาย (เมื่อพันธะของลิพิดโปรตีนแตก) การแผ่รังสี - เคมีเรืองแสงควรเกิดขึ้น (ดู Biochemiluminescence) แม้จะมีความไม่สมบูรณ์ของเทคโนโลยีในเวลานั้น แต่เขาก็สามารถแก้ไขบนแผ่นถ่ายภาพรังสีของเนื้อเยื่อสัตว์และพืชในขณะที่พวกมันตายภายใต้อิทธิพลของกรดแก่

บทบาทอย่างมากในการพัฒนาของ B. เป็นของโรงเรียนของนักวิจัยชาวอเมริกัน J. Loeb ผู้ตั้งคำถามเกี่ยวกับความหมายและหลักการของกายภาพและเคมี การศึกษาเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิต เขาสังเกตเห็นบทบาทของเคมีเชิงกายภาพและโอกาสในการประยุกต์ใช้ในการศึกษาเคมี กระบวนการในระบบสิ่งมีชีวิต หลักเกณฑ์วิธีการของเขาสะท้อนให้เห็นในเอกสารสองเล่ม (“ไดนามิกส์ของสิ่งมีชีวิต” และ “สิ่งมีชีวิตโดยรวมจากมุมมองทางกายภาพและเคมี”) ซึ่งแปลเป็นภาษายุโรปหลายภาษา รวมทั้งภาษารัสเซีย (1906) Loeb ดำเนินแนวคิดเกี่ยวกับความจำเป็นในการศึกษาตลอดชีวิตของ fiz.-chem กระบวนการ พวกเขาได้รับ fiz.-chem การตีความความเป็นปรปักษ์กันของไอออน (ดูไอออน) พาร์เธโนเจเนซิสเทียม และคุณสมบัติของโปรตีนในระบบของสิ่งมีชีวิต

หนึ่งในกระบวนการแรกๆ ที่ B. ให้ความสนใจกับ fiz.-chem มีกลไกที่ทำให้เกิด turgor ของเซลล์ และวัตถุแรกที่พวกมันเริ่มทำงานในทิศทางนี้คือเม็ดเลือดแดง ดังนั้นจากผลงานของ Hamburger (ปลายศตวรรษที่ 19) เทคนิค hematocrit ปรากฏในคุณสมบัติออสโมติกของเม็ดเลือดแดงซึ่งใช้ในคลินิกมาเป็นเวลานาน ปรากฏการณ์ของเม็ดเลือดแดงแตกยังดึงดูดความสนใจ การศึกษาซึ่งนำไปสู่ความคิดของการต่อต้านเม็ดเลือดแดงของเม็ดเลือดแดงเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญของพยาธิสภาพ การศึกษาการพองตัวของคอลลอยด์ภายใต้ฤทธิ์ สารต่างๆโดยเฉพาะอย่างยิ่งกรดและด่างดึงดูดความสนใจของนักพยาธิวิทยาซึ่งใช้กฎทางเคมีของคอลลอยด์ในการศึกษาปรากฏการณ์อาการบวมน้ำ fiz.-chem ครั้งแรก ทฤษฎีอาการบวมน้ำถูกสร้างขึ้นเมื่อปลายศตวรรษที่แล้วโดย O. Fischer ในหนังสือ Edema and Nephritis ของเขา เขาพิจารณาว่าไซโตพลาสซึมเป็นคอลลอยด์ก่อมะเร็ง และพยายามตีความอาการทางพยาธิวิทยาที่เกี่ยวข้องกับอาการบวมน้ำจากตำแหน่งทางเคมีของคอลลอยด์

Research Sade (H. Schade) ผู้สร้างโรงเรียนของเขาในน้ำผึ้ง ชีวฟิสิกส์นำไปสู่การสร้างทฤษฎีของกระบวนการอักเสบ เขาถือว่าการอักเสบเป็นกระบวนการบวมของคอลลอยด์เนื้อเยื่อเกี่ยวพันภายใต้อิทธิพลของความเป็นกรดที่เพิ่มขึ้นของตัวกลาง (หลักตามความเห็นของเขาการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของคอลลอยด์) พร้อมกับการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบไอออนิกและประจุไฟฟ้าในภายหลัง เขาสรุปผลการวิจัยของเขาในทิศทางนี้ในหนังสือ "Physical Chemistry in Internal Medicine" ซึ่งตีพิมพ์เป็นภาษารัสเซียในปี พ.ศ. 2454 ทฤษฎีนี้ได้รับการเสริมโดยการศึกษาของ D. Abramson ซึ่งอธิบายการย้ายถิ่นของเม็ดเลือดขาวจาก กระแสเลือดไปยังจุดโฟกัสของการอักเสบจากมุมมองของอิเล็กโทรแทกซิสที่ใช้งานอยู่ - ภายใต้อิทธิพลของศักย์ไฟฟ้าที่เกิดขึ้นที่ขอบของโฟกัสการอักเสบกับเนื้อเยื่อปกติ หลักการของทฤษฎีนี้สามารถใช้ในการพัฒนาแนวคิดเกี่ยวกับสาระสำคัญของการอักเสบ มีบทบาทสำคัญในการค้นพบแรงดันออสโมติกของโปรตีนในเลือดในขณะที่รักษาสมดุลออสโมติกในกระแสเลือด ทำให้เกิดความก้าวหน้าอย่างมากในการสร้างสารทดแทนเลือดเทียม นอกเหนือจากข้อกำหนดพื้นฐานเกี่ยวกับความจำเป็นในการรักษาสมดุลไอออน-ปฏิปักษ์แล้ว ยังมีข้อกำหนดในการสร้างแรงดันเพิ่มเติมเล็กน้อย (oncotic) ด้วยความช่วยเหลือของสารคอลลอยด์ การค้นพบนี้พบว่า ใช้งานได้จริงเมื่อสร้างสิ่งทดแทนเลือดในสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง

แม้แต่ในต้นศตวรรษที่ 20 หนึ่งในผู้ก่อตั้งเคมี จลนพลศาสตร์ S. Arrhenius เริ่มสนใจในความเป็นไปได้ของการถอดรหัสทางกายภาพ ธรรมชาติของปฏิกิริยาทางภูมิคุ้มกันโดยศึกษาจลนพลศาสตร์ เขาพบว่าปฏิกิริยาทางภูมิคุ้มกันเป็นไปตามกฎของเคมี จลนพลศาสตร์ - อุณหภูมิ ความเข้มข้น และวิธีการของ fiz.-chem การวิเคราะห์สามารถใช้เพื่อศึกษาปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิต ความสำเร็จเหล่านี้ทำให้สามารถบรรลุความสำเร็จที่สำคัญในการระบุคุณลักษณะของการไหลของสารเคมี กระบวนการภายใต้เงื่อนไขทางสรีรวิทยาและพยาธิสภาพบางอย่าง

การพิจารณากับ fiz.-chem เป็นขั้นตอนในการพัฒนาของ B. มุมมองของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตภายใต้การกระทำของยาและสารพิษต่าง ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งยาเสพติด จากผลการศึกษาจำนวนมาก fiz.-chem คุณสมบัติของเซลล์ (การซึมผ่าน คุณสมบัติทางไฟฟ้า ฯลฯ) ในบรรทัดฐานและการเปลี่ยนแปลงภายใต้การกระทำของสารเสพติดต่างๆ รูปแบบทางกายภาพและทางเคมีถูกเปิดเผย อักขระ. ดังนั้นจึงพบว่ายาสลบช่วยลดการซึมผ่านของเยื่อหุ้มเซลล์ พยายามสร้างความสัมพันธ์ระหว่าง fiz.-chem คุณสมบัติของยาและการออกฤทธิ์ของสารเสพติด Overton (E. Overton, 1899) ในแบบจำลองน้ำมัน-น้ำพบว่ายิ่งฤทธิ์ของสารเสพติดสูง การกระจายตัวไปสู่น้ำมันก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้น ผลกระทบของสารเสพติดจะยิ่งมากขึ้น ความสามารถในการละลายของสารในไขมันก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น แบบจำลองนี้นำไปสู่การสร้างทฤษฎีทางชีวกายภาพของยาสลบทฤษฎีแรกของ Overton ซึ่งผลของการระงับความรู้สึกเกิดจากการสะสมของยาบนผิวเซลล์ในระยะไขมันของเยื่อหุ้มเซลล์ ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงความสามารถในการซึมผ่านและด้วยเหตุนี้จึงกลายเป็น ลดการเผาผลาญ อีกทฤษฎีหนึ่ง (ทฤษฎีของ Traube) นำเสนอคุณสมบัติของยาที่ออกฤทธิ์ต่อหลอดเลือดฝอยเป็นปัจจัยในการแสดง ตามทฤษฎีนี้ ควรมีความสัมพันธ์ระหว่างแรงตึงผิวกับกิจกรรมการเสพติด พบว่าด้วยความยาวของโซ่คาร์บอนและการเพิ่มขึ้นของกิจกรรมของเส้นเลือดฝอย ผลของสารเสพติดก็เพิ่มขึ้นตามไปด้วย (เรียกว่ากฎ Traube) ทำงานเกี่ยวกับการศึกษาของ fiz.-chem กลไกการออกฤทธิ์ของยาเสพติดทำให้เกิดการเกิดขึ้นของแบบจำลองจำนวนมากซึ่งร่วมกับ fiziol การทดลองทำให้สามารถขยายข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์ ความสัมพันธ์ของโปรตีนและไขมันในนั้น ให้ความสนใจอย่างมากกับการศึกษากลไกการออกฤทธิ์ของสารพิษต่อสิ่งมีชีวิต การศึกษาเหล่านี้เกิดจากความต้องการที่จะเข้าใจกลไกการออกฤทธิ์ของสารพิษที่ใช้ในสงครามโลกครั้งที่ 1 และหาวิธีป้องกัน

ในรัสเซีย K. A. Timiryazev ศึกษากิจกรรมการสังเคราะห์ด้วยแสงของแต่ละส่วนของสเปกตรัมแสงอาทิตย์ที่เกี่ยวข้องกับการกระจายพลังงานในนั้นและคุณสมบัติของสเปกตรัมการดูดซับของคลอโรฟิลล์ (ดูการสังเคราะห์ด้วยแสง) A.F. Samoilov อธิบายคุณสมบัติทางเสียงของหูชั้นกลาง MN Shaternikov โดยใช้แนวคิดทางอุณหพลศาสตร์ ได้ทำการศึกษาสมดุลพลังงานของร่างกาย (พ.ศ. 2453-2463) ในสหภาพโซเวียต (พ.ศ. 2462) ตามคำแนะนำส่วนตัวของ V. I. Lenin ได้มีการสร้าง Ying t of biophysics of the People's Commissariat of Health of the USSR ซึ่งนำโดย P. P. Lazarev มีการวิจัยอย่างกว้างขวางเกี่ยวกับการศึกษาการนำกระแสประสาทและการกระตุ้น, ทฤษฎีอิออนของการกระตุ้น, ทฤษฎีการมองเห็นสี (A. N. Tsvetkov), กลไกการออกฤทธิ์ของพลังงานรังสีต่อสิ่งมีชีวิตและปัญหาทางวิทยาศาสตร์อื่น ๆ S. I. Vavilov (คำถามเกี่ยวกับความไวที่จำกัดของดวงตามนุษย์), P. A. Rebinder และ V. V. Efimov (การศึกษากลไกทางกายภาพและเคมีของการซึมผ่านและการเชื่อมต่อกับแรงตึงผิว) และคนอื่น ๆ ทำงานที่นี่

N. K. Koltsov มีอิทธิพลอย่างมากต่อการพัฒนาของ B. ชีววิทยา.

ลูกศิษย์ของเขาพัฒนาคำถามเกี่ยวกับอิทธิพลของ fiz.-chem อย่างกว้างขวาง ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมเกี่ยวกับกิจกรรมที่สำคัญของเซลล์และโครงสร้างส่วนบุคคล ในปี 1931 ห้องปฏิบัติการของ fiz.-chem ชีววิทยาในหยิง - ชีวเคมีเหล่านั้น A. N. Bach ในมอสโกซึ่งนำโดย D. JI รูบินสไตน์. ที่ All-Union Institute of Experimental Medicine (VIEM) มีการสร้างแผนกชีวฟิสิกส์ขึ้นซึ่ง P. P. Lazarev, G. M. Frank และคนอื่น ๆ ประสบความสำเร็จในการทำงาน ในช่วงต้นยุค 50 สถาบันฟิสิกส์ชีวภาพของ Academy of Sciences แห่งสหภาพโซเวียต จัดขึ้นและภาควิชาชีวฟิสิกส์ของคณะชีววิทยาและดินของมหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโก ต่อมาแผนกชีวฟิสิกส์ได้รับการจัดตั้งขึ้นที่มหาวิทยาลัยเลนินกราดและรองเท้าบู๊ตขนสูงอื่น ๆ

สถานะปัจจุบันของชีวฟิสิกส์

ความก้าวหน้าทางฟิสิกส์เคมี ฟิสิกส์ การเกิดขึ้นของวิธีการวิจัยเชิงทดลองใหม่ ๆ ตลอดจนแนวคิดและวิธีการของไซเบอร์เนติกส์ (ดู) และสาขาวิชาที่จัดกลุ่มไว้โดยรอบ เปิดโอกาสมากมายสำหรับการทำความเข้าใจกฎการทำงานของระบบชีวิต และกำหนดการเติบโตและทิศทางของการพัฒนา ของชีวฟิสิกส์สมัยใหม่

วิธีการของ B. (ทิศทางทางกายภาพของมัน) ทำให้สามารถเปิดเผยการจัดเรียงเชิงพื้นที่ของอะตอมในโมเลกุลของเซลลูโลส เฮโมโกลบิน และอื่นๆ ได้ ประสบความสำเร็จในการระบุการรบกวนเชิงพื้นที่ของโมเลกุลชีวภาพในบางสิ่งที่เรียกว่า พยาธิสภาพระดับโมเลกุล (เช่น โรคโลหิตจางชนิดรูปเคียว) ฟิสิกส์ วิธีการศึกษาโครงสร้างของกรดนิวคลีอิกที่เกี่ยวข้องกับบทบาทในการส่งและจัดเก็บข้อมูลทางพันธุกรรม เช่นเดียวกับโปรตีนและกระบวนการสร้างโครงสร้างที่เกิดขึ้นในกรดนิวคลีอิก หนึ่งในปัญหาที่สำคัญที่สุดของ B. คือคำถามเกี่ยวกับกลไกการเปลี่ยนแปลงในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตทางกายภาพ พลังงานเป็นพลังงานเคมี (ดู Photobiology, Photochemistry) นอกจากนี้ยังติดกับปัญหาการแปลงพลังงานภายใต้การกระทำของรังสีไอออไนซ์ต่อสิ่งมีชีวิตซึ่งก่อให้เกิดสารเคมี การเปลี่ยนแปลงที่ทำให้เกิดการบาดเจ็บจากรังสี กระบวนการเบื้องต้นของการปฏิสัมพันธ์ของรังสีกับสิ่งมีชีวิตได้รับการศึกษาโดยชีวฟิสิกส์ของรังสี ส่วนนี้เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับการป้องกันการบาดเจ็บจากรังสี - เคมีป้องกันรังสี การป้องกัน อีกด้านหนึ่งของปัญหานี้คือปัญหาของความไวแสง (ดู) ตัวอย่างคลาสสิกของการตัดคือการทำให้ผิวหนังไวต่อแสงที่มองเห็นได้เนื่องจากการสะสมของผลิตภัณฑ์การสลายที่ใช้งานของ hematoporphyrins ซึ่งเป็นผลมาจากความผิดปกติของการเผาผลาญใน pellagra การศึกษากลไกการทำให้ไวต่อแสงเริ่มมีบทบาทมากขึ้นในยุคของเราเนื่องจากการปรากฏตัวในชั้นบรรยากาศและน้ำของสารที่มีผลต่อการไวต่อแสง - ของเสียจากสารเคมี อุตสาหกรรม. B. เปิดเผยกลไกของการกระทำและพัฒนาวิธีการที่ละเอียดอ่อนสำหรับการตรวจจับ

ในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา มีการเปลี่ยนแปลงทางความคิดเกี่ยวกับกระบวนการทางกายภาพ เคมี และไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในระบบของสิ่งมีชีวิต สิ่งมีชีวิตและเซลล์เริ่มถูกพิจารณาว่าเป็นระบบเปิดที่แลกเปลี่ยนสสารและพลังงานกับสภาพแวดล้อมภายนอก บนพื้นฐานของแนวคิดของความคงที่ของการพัฒนาปฏิกิริยาทางชีวเคมีซึ่งเป็นเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการดำรงอยู่ตามปกติ (I. Prigogine) ความคิดเกี่ยวกับพยาธิวิทยาเป็นการละเมิดความนิ่งและการประสานงานของปฏิกิริยาทางชีวเคมีในเซลล์ซึ่งนำไปสู่การพัฒนาวิธีการใหม่ที่ช่วยให้ได้รับข้อมูลเกี่ยวกับปฏิกิริยาเคมี ปฏิกิริยาในเซลล์ในร่างกาย (วิธีการทางจลนพลศาสตร์ตามเคมีลูมิเนสเซนซ์, สเปกโทรสโกปีแบบออปติคอล, สเปกโทรสโกปีรังสี ฯลฯ)

จากมุมมองของอุณหพลศาสตร์ของระบบเปิด B. พิจารณาปัญหาของการปรับตัวของเซลล์และสิ่งมีชีวิตให้เข้ากับสภาพแวดล้อม (อุณหภูมิ องค์ประกอบของเกลือ ปัจจัยทางเคมี ฯลฯ) ขีดจำกัดของการปรับตัวถูกกำหนดโดยความเป็นไปได้ในการรักษาความคงที่ในการพัฒนาปฏิกิริยาทางชีวเคมี (ดู การปรับตัว กลไกทางชีวฟิสิกส์) วิธีการได้รับการพัฒนาที่ทำให้สามารถกำหนดเกณฑ์ที่ชัดเจนสำหรับการรบกวนการหยุดนิ่งและเกณฑ์การปรับตัวในเซลล์ การใช้พวกมันทำให้เกิดความเป็นไปได้ในการประเมินขีดจำกัดการปรับตัวของสิ่งมีชีวิตพืชและสัตว์อย่างรวดเร็ว (เช่น การประเมินสภาวะการเก็บรักษาที่เหมาะสมที่สุดสำหรับเนื้อเยื่อของมนุษย์ที่มีไว้สำหรับการปลูกถ่าย)

ปัญหาของโครงสร้างและการทำงานของเมมเบรนได้มาถึงก่อน ปัญหานี้ได้รับความสนใจจาก B. มานานแล้ว แต่ก่อนหน้านี้มันเกี่ยวข้องกับเยื่อหุ้มเซลล์เท่านั้น ในขณะที่ในปัจจุบันขอบเขตได้ขยายออกไปและเยื่อหุ้มเซลล์ของออร์แกเนลล์ได้กลายเป็นเป้าหมายของความสนใจ: ไลโซโซม ไรโบโซม ไมโทคอนเดรีย ไมโครโซม เป็นต้น ในแง่มุมทางชีวกายภาพสมัยใหม่ เยื่อถือเป็นเหมือนสารเคมี เครื่องปฏิกรณ์ของเซลล์หรืออวัยวะแต่ละส่วนซึ่งส่วนใหญ่ควบคุมการพัฒนาปฏิกิริยาทางชีวเคมีที่อยู่นิ่ง จากมุมมองของ B. รายละเอียดที่สำคัญที่สุดของกิจกรรมของเมมเบรนคือการขนส่งอิเล็กตรอน ในเรื่องนี้ ลิพิดและฟอสโฟลิปิดซึ่งเป็นสารตั้งต้นสำหรับการถ่ายโอนอิเล็กตรอน ได้รับความสนใจอย่างมากต่อ B.. คำถามเกี่ยวกับ fiz.-chem โครงสร้างของสารตั้งต้นนี้และการมีส่วนร่วมของโปรตีนและไขมันในการสร้างโครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์ งานหลักของ B. คือการได้รับข้อมูลภายในเกี่ยวกับคุณสมบัติของการก่อตัวเหล่านี้และการเปลี่ยนแปลงภายใต้อิทธิพลและกระบวนการทางพยาธิวิทยาต่างๆ ในขณะเดียวกันก็พัฒนาวิธีการที่ช่วยในการวิเคราะห์ fiz.-chem คุณสมบัติของเซลล์โดยไม่กระทบกระเทือน วิธีการวัดคุณสมบัติไดอิเล็กตริก การนำไฟฟ้า ศักย์ไฟฟ้า ลักษณะทางสเปกตรัม เคมีเรืองแสง ฯลฯ กำลังได้รับการพัฒนาอย่างมากในทิศทางนี้

ความเป็นไปได้ในการรับข้อมูลเกี่ยวกับสถานะของเมมเบรนด้วยความช่วยเหลือของเทคโนโลยีไมโครอิเล็กโทรดได้ขยายออกไปอย่างมาก โอกาสในการวัดศักยภาพทางชีวภาพภายในเซลล์และเปิดเผยกลไกของกระบวนการไฟฟ้าเคมีภายในเซลล์ (ดู ศักยภาพไฟฟ้าชีวภาพ) ความเข้าใจเกี่ยวกับกลไกของการขนส่งแบบแอคทีฟและบทบาทของการไล่ระดับสีด้วยไฟฟ้าในการขนส่งสารต่างๆ ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้ขยายออกไปอย่างมาก บทบาทที่โดดเด่นคือการวิจัยในทิศทางของการเปิดเผยธรรมชาติของการขนส่งโซเดียม โพแทสเซียม แคลเซียมไอออน และแหล่งพลังงานเหล่านั้นที่ดำเนินการ

ในการเชื่อมต่อกับการระบุบทบาทขนาดใหญ่ของไขมันในการทำงานของเยื่อหุ้มเซลล์ ความสนใจของ B. จะถูกดึงไปที่ไลโปโปรตีนคอมเพล็กซ์ที่มีความเสถียรต่ำ ซึ่งเป็นวัสดุก่อสร้างหลักของเมมเบรน ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มุมมองได้กลายเป็นที่แพร่หลายว่าไลโปโปรตีนคอมเพล็กซ์เหล่านี้เป็นส่วนที่เปราะบางที่สุด (ไม่น่าเชื่อถือ) ของเซลล์ "ความไม่น่าเชื่อถือ" ของเมมเบรนอธิบายได้ด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าปฏิกิริยาออกซิเดชันที่ไม่ใช่เอนไซม์ อนุมูลอิสระ (ดูสารต้านอนุมูลอิสระ) ที่เกิดขึ้นเองโดยมีการเร่งตัวเองตามกลไกลูกโซ่สามารถเกิดขึ้นได้เองตามธรรมชาติในส่วนที่เป็นไขมัน ปฏิกิริยาที่ไม่มีการควบคุมดังกล่าวนำไปสู่การทำลายโครงสร้างไลโปโปรตีนและทำให้กลไกการขนส่งอิเล็กตรอนหยุดชะงัก อย่างนี้เรียกว่า. ทำให้เกิดปรากฏการณ์ "peroxidation of membranes" ดอกเบี้ยใหญ่เนื่องจากการเกิดขึ้นของกระบวนการทางพยาธิวิทยาหลายอย่างเกี่ยวข้องกับมัน (กับความเสียหายจากรังสีภายใต้การกระทำของสารพิษ ฯลฯ )

เนื่องจากมีความยุ่งยากอย่างมากในการใช้วิธี EPR (ดู Electron paramagnetic resonance) ในการศึกษาเซลล์ที่มีชีวิต และเนื่องจากวิธีนี้ตรวจพบเฉพาะอนุมูลอิสระที่มีอายุยืนยาว จึงมีการพัฒนาวิธีการอื่นๆ ดังนั้น ร่วมกับเคมีลูมิเนสเซนซ์เผยให้เห็นอนุมูลอายุสั้นของธรรมชาติออกซิไดซ์และอนุญาตให้ได้รับข้อมูลโดยตรงเกี่ยวกับการมีอยู่ของมันในเซลล์ที่มีชีวิต วิธีการตรวจหาอนุมูลภายในเซลล์ด้วยวิธีโคพอลิเมอไรเซชัน (ดู) จึงพัฒนาขึ้น กรณีหลังเกิดขึ้นเมื่อโมโนเมอร์ที่ติดฉลากด้วยไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีถูกนำเข้าไปในเซลล์ ซึ่งสามารถเกิดพอลิเมอไรซ์ตามกลไก "อนุมูลอิสระ" ข้อมูลที่ได้รับกระตุ้นการพัฒนาของแนวคิดที่ว่าอนุมูลที่ออกฤทธิ์และปฏิกิริยา "รุนแรง" นั้นเป็นลักษณะร่วมของกระบวนการทางพยาธิวิทยา (การกำเนิดมะเร็ง ปฏิกิริยาการอักเสบ ฯลฯ)

การศึกษาทั้งหมดนี้ก่อให้เกิดปัญหาใหม่ - ปัญหาของการศึกษากลไกการรักษาเสถียรภาพของเยื่อหุ้มเซลล์ภายในและการระบุปัจจัยส่วนบุคคลที่ควบคุมกระบวนการออกซิเดชัน มีการดึงความสนใจไปที่สารต้านอนุมูลอิสระหรือสารต้านอนุมูลอิสระของไขมันเมมเบรน (โทโคฟีรอล ยูบิควิโนน ฯลฯ) และคู่อริของพวกมัน

การศึกษาสารต้านอนุมูลอิสระในฐานะผู้ควบคุมสมดุลออกซิเดชันในโครงสร้างไขมันของเซลล์เป็นปัญหาที่สำคัญที่สุดของบีสมัยใหม่

การวิจัยกำลังดำเนินไปอย่างแข็งขันในด้านการศึกษาการหดตัวของกล้ามเนื้อ ซึ่งแนวคิดเกี่ยวกับเคมีเชิงกลเข้ามาเกี่ยวข้องอย่างกว้างขวาง (ดูกระบวนการทางเคมีเชิงกล) สิ่งที่น่าสนใจอย่างมากคือการศึกษาสถานะของน้ำในเซลล์ ซึ่งมีความเป็นไปได้ใหม่ ๆ ที่เชื่อมโยงกับการพัฒนาวิธี NMR ของนิวเคลียสเรโซแนนซ์ (ดู เรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์) ความก้าวหน้าที่สำคัญถูกสังเกตในด้านการศึกษากลไกการออกฤทธิ์ของร่างกายภายนอก ปัจจัยต่างๆ [เช่น การกระทำของสนามแม่เหล็ก (ดู) ต่อกระบวนการสร้างเม็ดเลือด การวิจัยจำนวนมากอุทิศให้กับการกระทำของสนามไฟฟ้าและปัจจัยที่เกี่ยวข้อง]

ในสหภาพโซเวียตในมหาวิทยาลัยทุกแห่ง (คณะชีวภาพและดินชีวภาพ) และน้ำผึ้ง สถาบันอุดมศึกษาได้นำวิชา ข. พร้อมแบบฝึกหัดมาเป็นวิชาศึกษาทั่วไป

ในปี พ.ศ. 2506 คณะแพทยศาสตร์และชีววิทยาได้ก่อตั้งขึ้นที่ MMI ที่ 2 โดยมีภาควิชาชีวฟิสิกส์ ซึ่งมีหน้าที่ในการฝึกอบรมนักชีวฟิสิกส์ทางการแพทย์ มีชีวจิตจำนวนหนึ่ง ศูนย์วิทยาศาสตร์ที่ดำเนินการวิจัยเกี่ยวกับ B.

ในสหภาพโซเวียต ได้แก่ สถาบันชีวฟิสิกส์ของ Academy of Sciences แห่งสหภาพโซเวียต (Pushchino-on-Oka), สถาบันชีวฟิสิกส์แห่งกระทรวงสาธารณสุขของสหภาพโซเวียต, ภาควิชาชีวฟิสิกส์ของคณะชีววิทยาแห่งรัฐมอสโก มหาวิทยาลัย, ภาควิชาชีวฟิสิกส์ของคณะฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโก, ภาควิชาชีวฟิสิกส์ของสถาบันฟิสิกส์แห่งสาขาไซบีเรียของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งสหภาพโซเวียตและอื่น ๆ

ในต่างประเทศ: บริเตนใหญ่ - ห้องปฏิบัติการชีวฟิสิกส์ของมหาวิทยาลัยลอนดอน แผนกชีวฟิสิกส์ในมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์และเอดินเบอระ GDR - สถาบันชีวฟิสิกส์ (เบอร์ลิน); สาธารณรัฐประชาชนจีน - สถาบันชีวฟิสิกส์ (ปักกิ่ง); โปแลนด์ - สถาบันชีวเคมีและชีวฟิสิกส์ของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งโปแลนด์ (วอร์ซอว์); สหรัฐอเมริกา - Yale University, Rockefeller University, Harvard University, Univ. วอชิงตัน (เซนต์หลุยส์) สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์; ฝรั่งเศส - สถาบันชีววิทยากายภาพและเคมี (ปารีส); เยอรมนี - สถาบันชีวฟิสิกส์แห่งสมาคม. มักซ์ พลังค์ (แฟรงค์เฟิร์ต อัม ไมน์) สถาบันฟิสิกส์ชีวภาพและการแพทย์ มหาวิทยาลัยเกิตทิงเงน เชคโกสโลวาเกีย - สถาบันชีวฟิสิกส์ (เบอร์โน); ญี่ปุ่น - มหาวิทยาลัยในโตเกียวและโอซาก้า

การประชุมระหว่างประเทศเกี่ยวกับชีวฟิสิกส์ซึ่งจัดโดยสหภาพนานาชาติด้านชีวฟิสิกส์เชิงทฤษฎีและประยุกต์ รวมตัวกันเป็นประจำ (ตั้งแต่ปี 2504) ตัวแทนของสหภาพโซเวียตเข้าสู่สภากลาง สมาคมนักชีวฟิสิกส์มีอยู่ในสหรัฐอเมริกาและบริเตนใหญ่ ในมอสโกมีส่วนชีวฟิสิกส์ของสมาคมนักธรรมชาติวิทยาแห่งมอสโก

การสร้างแบบจำลองทางชีวฟิสิกส์

วิธีการสร้างแบบจำลองใน B. ถูกนำไปใช้กับความรู้ fiz.-chem กลไกที่อยู่ภายใต้กระบวนการทางสรีรวิทยาและพยาธิสภาพ ภารกิจหลักของการสร้างแบบจำลองดังกล่าวคือการแยกปรากฏการณ์ภายใต้การศึกษาในรูปแบบ "บริสุทธิ์" ความพยายามในการกรองกระบวนการเฉพาะจากปัจจัยรบกวนและปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในระบบที่ซับซ้อน เพื่อแสดงสาระสำคัญของกระบวนการภายใต้การศึกษา

ก่อนอื่น เพื่อความเข้าใจทางกายภาพและเคมี กระบวนการที่เกิดขึ้นในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตชั้นสูงถูกใช้เป็นแบบจำลองมากขึ้น สิ่งมีชีวิตที่เรียบง่ายหรือเซลล์ซึ่งกลไกที่กำลังศึกษานั้นง่ายกว่า ตัวอย่างเช่น เมื่อศึกษาบทบาทของกระบวนการไอออนิกในการกระตุ้นเส้นประสาทของสัตว์ชั้นสูง สาหร่ายไนเทลลาและใยประสาทของปลาหมึกถูกนำมาใช้เป็นแบบจำลอง ไมโอนีมหดตัวของโปรโตซัวและเส้นใยกล้ามเนื้อของสิ่งมีชีวิตส่วนล่างได้ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางเพื่อทำความเข้าใจกระบวนการหดตัวของกล้ามเนื้อ ในการศึกษา biol มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการกระทำของพลังงานรังสีการเพาะเลี้ยงเซลล์ซึ่งเป็นไปได้ที่จะกำจัดอิทธิพลของปัจจัยระยะไกลที่เกิดจากระบบของสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อน

นอกจากแบบจำลองทางชีววิทยาที่ระบุไว้แล้วยังใช้ fiz.-chem ล้วนๆ แบบจำลองที่สร้างขึ้นจากสารที่ใกล้เคียงกับที่สร้างสารตั้งต้นทางชีวภาพ แบบจำลองอย่างง่ายดังกล่าวสามารถจำลองปรากฏการณ์บางอย่างได้จริงและใช้เพื่อทดสอบสมมติฐานต่างๆ

ในกรณีที่ไม่มีข้อมูลโดยตรงเกี่ยวกับโครงสร้างของเยื่อชีวภาพ แบบจำลองเทียมมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาแนวคิดเกี่ยวกับโครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์และบทบาทของโครงสร้างนี้ในการทำงานของเยื่อหุ้มเซลล์และออร์แกเนลล์ มีเมมเบรนหลายรุ่นที่สร้างขึ้นจากลิพิด ฟอสโฟลิพิด และโปรตีนในการผสมผสานโครงสร้างต่างๆ ในเยื่อดังกล่าวสามารถเลียนแบบได้ เช่น ปรากฏการณ์ของการซึมผ่านแบบเลือกได้ มีการใช้แบบจำลองเพื่อศึกษาผลกระทบของยาเสพติดและเป็นไปได้ที่จะได้รับกฎของผลกระทบของยาเสพติดและประเมินความแรงของผลกระทบของยาเสพติดต่อสิ่งมีชีวิตที่สูงขึ้น

นอกจากนี้ยังมีแบบจำลองการแบ่งเซลล์จำนวนมากที่รู้จักกันในเอกสาร ซึ่งเป็นไปได้ที่จะเปิดเผยบทบาทของสารที่มีกิจกรรมที่พื้นผิวในกระบวนการนี้ มีแบบจำลองของการหดตัวของกล้ามเนื้อที่ได้พิสูจน์บทบาทของร่างกายแล้ว ปัจจัยในการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโพลิเมอร์โปรตีน เจลที่เตรียมขึ้นเทียมทำหน้าที่เป็นแบบจำลองสำหรับการซึมผ่านทางพยาธิสภาพของเส้นเลือดฝอยสำหรับเม็ดเลือดขาว ฯลฯ

B. ยังใช้แบบจำลองทางกายภาพล้วน ๆ แบบจำลองดังกล่าวประกอบด้วย ตัวอย่างเช่น การรวมกันของความต้านทานไฟฟ้าและความจุ ซึ่งเมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านไป จะทำให้เกิดรูปแบบที่มีลักษณะเฉพาะของระบบสิ่งมีชีวิต อย่างไรก็ตาม ในหลายกรณี แบบจำลองดังกล่าวไม่ใช่แบบจำลองในความหมายที่เคร่งครัด เนื่องจากแบบจำลองเหล่านี้ไม่ได้พูดอะไรโดยตรงเกี่ยวกับกลไกของปรากฏการณ์ทางชีววิทยาที่กำลังศึกษา และจำลองเฉพาะพฤติกรรมของระบบชีวภาพเท่านั้น ดังนั้นจึงสามารถเรียกได้ว่าเป็นแอนะล็อก แต่จะกลายเป็นแบบจำลองเมื่อมีการแนะนำสมมติฐานเพิ่มเติมจำนวนหนึ่งเท่านั้น

ด้วยการเปลี่ยนไปพิจารณาร่างกายและหน้าที่ของมันอย่างซับซ้อน ระบบที่สมบูรณ์เริ่มใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ ในกรณีนี้ แบบจำลองถูกสร้างขึ้นเป็นผลรวมของกระบวนการโต้ตอบที่อธิบายโดยสมการเชิงอนุพันธ์ แบบจำลองดังกล่าวทำให้สามารถสร้างความสัมพันธ์ระหว่างกายภาพและเคมีได้ กระบวนการ การคำนวณดำเนินการบนคอมพิวเตอร์ เทคนิคทางคณิตศาสตร์อื่นๆ เกี่ยวข้องกับการแก้ปัญหา โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ทฤษฎีกราฟ ซึ่งทำให้สามารถแก้ปัญหาดังกล่าวได้โดยไม่ต้องอาศัยสมการเชิงอนุพันธ์ ในขณะเดียวกัน ก็ใช้วิธีการทางไซเบอร์เนติกส์ที่ใช้กับการวิเคราะห์ระบบทางชีววิทยาที่ซับซ้อน เช่น การสื่อสาร fiz.-chem โครงสร้างของโครงสร้างทางชีววิทยาที่มีหน้าที่ทางสรีรวิทยา (โดยเฉพาะ lipoproteins ในการพัฒนากระบวนการทางพยาธิวิทยา)

บรรณานุกรม: Ackerman Yu. ชีวฟิสิกส์, ทรานส์. จากภาษาอังกฤษ ม. 2507; Bayer W. ชีวฟิสิกส์, ทรานส์. จากภาษาเยอรมัน, M., 1962; ชีวฟิสิกส์ เอ็ด B. N. Tarusova และ O. R. Collier มอสโก 2511 ในเกี่ยวกับ l-ken stein M. V. Molecules and life, M., 1965, bibliogr.; P และ with s n with to และ y A. G. เคมีชีวฟิสิกส์, M. , 1968; G e n t^-GyörgyiA. ชีวพลังงาน, ทรานส์. จากภาษาอังกฤษ ม. 2503; Setlow R. และ Pollard E. S. ชีวฟิสิกส์ระดับโมเลกุล, ทรานส์ จากภาษาอังกฤษ, M., 1964, บรรณานุกรม; Taru-s เกี่ยวกับใน B. N. พื้นฐานของชีวฟิสิกส์และเคมีชีวฟิสิกส์ ตอนที่ 1, M. , 1960; เขา Superweak เรืองแสงของสิ่งมีชีวิต M. , 1972

วารสาร- ชีวฟิสิกส์ ม. ตั้งแต่ พ.ศ. 2499; แถลงการณ์ของชีววิทยาทดลองและการแพทย์ ม. ตั้งแต่ พ.ศ. 2479; รายงานของ Academy of Sciences of the USSR, Biological Series, M. , ตั้งแต่ปี 2509; อณูชีววิทยา ม. ตั้งแต่ พ.ศ. 2510; รายงานทางวิทยาศาสตร์ของโรงเรียนมัธยม, วิทยาศาสตร์ชีวภาพ, ม., ตั้งแต่ 2501; รังสีชีววิทยา, ม., ตั้งแต่ปี 2504; ความก้าวหน้าทางฟิสิกส์ชีวภาพและการแพทย์, นิวยอร์ก, ตั้งแต่ปี 2491; หอจดหมายเหตุชีวเคมีและชีวฟิสิกส์, นิวยอร์ก, ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2494 (พ.ศ. 2485-2493 - หอจดหมายเหตุชีวเคมี); Biochimica et biophysica acta, Amsterdam, ตั้งแต่ปี 1947; วารสารชีวฟิสิกส์, นิวยอร์ก, ตั้งแต่ปี 2503; Bulletin of Mathematical Biophysics, Chicago, ตั้งแต่ พ.ศ. 2482; Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology, N. Y., ตั้งแต่ปี 1933; ความก้าวหน้าด้านชีวฟิสิกส์และเคมีชีวฟิสิกส์ อ็อกซ์ฟอร์ด ตั้งแต่ปี 2493

การสร้างแบบจำลองใน B.- การสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของกระบวนการชีวิต เอ็ด M. F. Vedenova et al., M. , 1968; การสร้างแบบจำลองทางชีววิทยา ทรานส์ จากภาษาอังกฤษ เอ็ด แก้ไขโดย N. A. Bernstein มอสโก 2506 Ut e-u sh E. V. และ Ut e U sh 3. V. Introduction to cybernetic modeling, M., 1971.

บี. เอ็น. ทารุซอฟ

การบรรยาย #1

วิชาและภารกิจทางชีวฟิสิกส์

ชีวฟิสิกส์เป็นวิทยาศาสตร์ชีวการแพทย์ที่ศึกษากลไกของกระบวนการทางกายภาพและเคมีฟิสิกส์ในระบบชีวภาพ สถานที่ของชีวฟิสิกส์ในสาขาวิชาพื้นฐานทางชีววิทยาและการแพทย์จำนวนหนึ่ง ซึ่งเชื่อมโยงกับวิทยาศาสตร์ชีวภาพและการแพทย์ ประวัติย่อของการพัฒนาชีวฟิสิกส์ วิธีการและทิศทางของชีวฟิสิกส์สมัยใหม่

วิชาชีวฟิสิกส์คือการศึกษากระบวนการทางกายภาพและเคมีฟิสิกส์ที่เป็นพื้นฐานของชีวิต มีคำจำกัดความที่ครอบคลุมมากขึ้นของชีวฟิสิกส์ ตัวอย่างเช่น ผู้ได้รับรางวัลโนเบล A. Szent-Györgyi แย้งว่าชีวฟิสิกส์เป็น "ทุกสิ่งที่น่าสนใจ" คำว่า "ชีวฟิสิกส์" ได้รับการแก้ไขในวรรณกรรมทางวิทยาศาสตร์ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2435 เมื่อคาร์ล เพียร์สัน ผู้เขียนหนังสือ "Grammar of Science" กล่าวไว้ในเพจว่า "... วิทยาศาสตร์ที่พยายามแสดงให้เห็นว่าข้อเท็จจริงของชีววิทยา - สัณฐานวิทยา คัพภวิทยา และสรีรวิทยา ในกรณีพิเศษ การประยุกต์ใช้กฎทางกายภาพทั่วไป เรียกว่า สมุฏฐานวิทยา ... บางทีมันอาจจะดีกว่าถ้าเรียกมันว่า ชีวฟิสิกส์ A. Fick และนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันคนอื่น ๆ เรียกสาขานี้ว่าฟิสิกส์ทางการแพทย์ แต่นักสรีรวิทยาชาวฝรั่งเศส J. A. d "Arsonval ก่อนหน้าข้อเสนอของ K. Pearson ชอบวลี "ฟิสิกส์ชีวภาพ" มากกว่าคำว่า "ฟิสิกส์การแพทย์"

ชีวฟิสิกส์สมัยใหม่สำรวจกลไกของกระบวนการทางกายภาพและเคมีฟิสิกส์ในระบบชีวภาพในระดับย่อยโมเลกุล โมเลกุล เหนือโมเลกุล เซลล์ เนื้อเยื่อ อวัยวะ และสิ่งมีชีวิต

โดยธรรมชาติของวัตถุประสงค์ของการศึกษา ชีวฟิสิกส์เป็นวิทยาศาสตร์ชีวภาพโดยทั่วไป ตามวิธีการศึกษาชีววัตถุและการวิเคราะห์ผลการวิจัย ชีวฟิสิกส์เป็นสาขาหนึ่งของฟิสิกส์ (อ้างอิงจาก M.V. Volkenstein "ชีวฟิสิกส์คือฟิสิกส์ของปรากฏการณ์ชีวิต") มันอยู่ในระดับแนวหน้าของสาขาชีววิทยาที่เปลี่ยนพื้นที่ความรู้โบราณของมนุษย์จากมนุษยศาสตร์เป็นวิทยาศาสตร์ที่แน่นอน การแนะนำหลักการทางกายภาพของการวิเคราะห์ปรากฏการณ์ทางชีววิทยาในทางการแพทย์ทำให้ไม่เพียง แต่เป็นศิลปะเท่านั้น แต่ยังเป็นวิทยาศาสตร์อีกด้วย นี่คือบทบาทพิเศษของชีวฟิสิกส์ในสาขาทฤษฎีทางการแพทย์อื่นๆ

ชีวฟิสิกส์มักถูกพูดถึงว่าเป็นวิทยาศาสตร์ใหม่ ดังนั้นในวันที่ 9 พฤศจิกายน พ.ศ. 2477 ป.ล. Kapitsa เขียนว่า: "ชีวฟิสิกส์เป็นสาขาใหม่ทั้งหมด มันมาพร้อมกับชีวเคมีเพื่อแทนที่สรีรวิทยาแบบดั้งเดิมแบบเก่า แทนที่จะศึกษากระบวนการทางสรีรวิทยาโดยรวม ... ชีวฟิสิกส์และชีวเคมีศึกษาองค์ประกอบส่วนบุคคลของสิ่งมีชีวิตและพยายามอธิบายการทำงานของมันผ่านกฎของฟิสิกส์และเคมี แท้จริงแล้วต่างหาก ระเบียบวินัยทางวิทยาศาสตร์ชีวฟิสิกส์เกิดขึ้นค่อนข้างเร็ว แต่จุดเริ่มต้นของชีวฟิสิกส์เกิดขึ้นทันทีหลังจากการปรากฏตัวของงานในสาขาฟิสิกส์ทดลอง ดังนั้น งานวิจัยบางชิ้นของ G. Galileo (การวัดอุณหภูมิร่างกาย การพิจารณางานที่บุคคลทำ ฯลฯ) สามารถนำมาประกอบกับการวิจัยทางชีวฟิสิกส์

ความปรารถนาที่จะอธิบายกระบวนการชีวิตของมนุษย์และสัตว์ตามกฎทางกายภาพเป็นลักษณะเฉพาะของงานของนักวิทยาศาสตร์หลายคนในศตวรรษที่ 17 และ 18 (R. Boyle, R. Hooke, I. Newton, P.S. Laplace, A.L. Lavoisier, M.V. Lomonosov และอื่น ๆ อีกมากมาย) ศตวรรษที่ 19 กลายเป็นหนึ่งศตวรรษแห่งการเฉลิมฉลอง วิธีการวิเคราะห์ในการศึกษาปรากฏการณ์ทางชีววิทยา วิธีการเหล่านี้ได้รับการพัฒนาที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในด้านสรีรวิทยา ในระดับลึกซึ่งกำเนิดของชีวฟิสิกส์สมัยใหม่ มีการพยายามอธิบายกระบวนการทางสรีรวิทยาหลายอย่างจนถึงกิจกรรมทางประสาทบนพื้นฐานของกฎทางกายภาพ ซึ่งแตกต่างจากความพยายามที่คล้ายกันของรุ่นก่อน คำอธิบายดังกล่าวได้รับการยืนยันจากการทดลองเป็นส่วนใหญ่ Hermann Helmholtz วัดความเร็วของการแพร่กระจายของกระแสประสาท Emile Dubois-Reymond ศึกษาการกำเนิดอิเล็กโทรนิกชีวภาพของอวัยวะและเนื้อเยื่อเกือบทั้งหมดของร่างกาย Ernst Weber อธิบายคุณสมบัติบางอย่างของ hemodynamics ตามกฎทางกายภาพ มีการค้นพบที่โดดเด่นในด้านชีวฟิสิกส์ของอวัยวะรับความรู้สึก - พอเพียงที่จะกล่าวถึงกฎของเวเบอร์-เฟชเนอร์

อย่างไรก็ตามในศตวรรษที่ 19 กำหนดแนวโน้มที่มีลักษณะเฉพาะอย่างมากในการพัฒนาชีวฟิสิกส์ในภายหลัง หนึ่งในนักวิทยาศาสตร์กลุ่มแรกๆ ที่สังเกตเห็นและยอมรับแนวโน้มนี้คือ Ivan Mikhailovich Sechenov บิดาแห่งสรีรวิทยาของรัสเซีย เขาสามารถเรียกได้ว่าเป็นผู้ก่อตั้งชีวฟิสิกส์ของรัสเซียด้วยเหตุผลไม่น้อย เขาใช้วิธีการทางคณิตศาสตร์และเคมีเชิงกายภาพเพื่อศึกษาการหายใจ และสร้างกฎเชิงปริมาณสำหรับการละลายของก๊าซในของเหลวชีวภาพ ในผลงานของ I.M. สามารถติดตาม Sechenov ซึ่งเป็นเส้นทางที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับการพัฒนาสรีรวิทยาและชีวฟิสิกส์ซึ่งเกี่ยวข้องกับเคมีเชิงฟิสิกส์เป็นหลัก ในวิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอกของเขา (พ.ศ. 2403) I.M. Sechenov กล่าวว่า: "นักสรีรวิทยาเป็นนักฟิสิกส์เคมีที่เกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์ของสิ่งมีชีวิตในสัตว์"

อย่างไรก็ตามในศตวรรษที่ XX เท่านั้น ชีวฟิสิกส์กลายเป็นวิทยาศาสตร์อิสระ ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา เธอเริ่มศึกษาปัญหาพื้นฐานของชีววิทยา: กรรมพันธุ์และความแปรปรวน การกำเนิดและสายวิวัฒนาการ เมแทบอลิซึมและพลังงานชีวภาพ

นักวิจัยส่วนใหญ่ (นักชีวฟิสิกส์) ในศตวรรษที่ XVII−XIX ถือว่าสิ่งมีชีวิตเป็นระบบกายภาพและวิธีการหลักในการศึกษาปรากฏการณ์ทางชีววิทยาดังกล่าวคือการค้นหาการเปรียบเทียบภายนอก ควรสังเกตว่าแม้ตอนนี้เทคนิคดังกล่าวจะไม่ประสบความสำเร็จในชีวฟิสิกส์ ตัวอย่างเช่น การหดตัวของกล้ามเนื้อสามารถจำลองได้โดยผลเพียโซอิเล็กทริกแบบผกผัน การเคลื่อนที่ของเซลล์อะมีบอยด์โดยการเคลื่อนที่ของปรอทที่หยดลงในสารละลายกรด การนำกระแสประสาทโดยการเคลื่อนที่แบบขีดข่วนไปตามลวดเหล็กที่รักษาด้วยกรดไนตริก (แบบจำลองลิลลี่) เป็นต้น

คุณค่าทางปัญญาของแบบจำลองดังกล่าวค่อนข้างจำกัด บ่อยครั้งเมื่อสร้างแบบจำลองปรากฏการณ์ทางชีววิทยาเดียวกันพวกมันจะแทนที่กันหลังจากมีอุปกรณ์ทางเทคนิคใหม่ปรากฏขึ้น ตัวอย่างเช่น กิจกรรมรีเฟล็กซ์ได้รับการพิจารณาในช่วงเวลาของอาร์ เดส์การตส์ โดยเปรียบเทียบกับการทำงานของเครื่องจักรไอน้ำในตอนต้นของศตวรรษที่ผ่านมา - ชุมสายโทรศัพท์ ปัจจุบัน - คอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องมีแบบจำลอง (ปรากฏการณ์วิทยา) ที่คล้ายคลึงกันด้วย ช่วยให้สามารถอธิบายรายละเอียดของปรากฏการณ์ที่เข้าใจในหลักการได้อย่างชัดเจน สร้างระบบไบโอนิคที่ใช้กฎขององค์กรทางชีวภาพเพื่อสร้างอุปกรณ์ทางเทคนิคที่ซับซ้อน เช่น หุ่นยนต์ ยังคงเป็นทิศทางที่มีประโยชน์ การสร้างแบบจำลองทางกายภาพไม่ใช่สิ่งสำคัญในการแก้ปัญหาทางชีวกายภาพที่สำคัญ

เป้าหมายหลักการวิจัยทางชีวฟิสิกส์ประกอบด้วยการอธิบายกลไกที่ใกล้ชิด (ภายใน) ของกระบวนการทางชีววิทยา และไม่พิจารณาการเปรียบเทียบภายนอก เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าสิ่งมีชีวิตเป็นระบบเคมีฟิสิกส์ที่ซับซ้อน ดังนั้นไม่ใช่ทางกายภาพ แต่การสร้างแบบจำลองทางเคมีกายภาพจึงมีผลมากที่สุด มันนำไปสู่การสร้างทฤษฎีอิออนของการกระตุ้น การค้นพบธรรมชาติของอิเล็กโทรเจเนซิสทางชีวภาพ การอธิบายคุณสมบัติของเยื่อชีวภาพ ฯลฯ ความสำเร็จของชีวฟิสิกส์ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมามีความสำคัญอย่างยิ่งในเส้นทางนี้

โดยพื้นฐานแล้ว ชีวฟิสิกส์สมัยใหม่คือเคมีกายภาพและเคมีพีซิก้าของระบบชีวภาพทิศทางนี้เป็นผู้นำในการทำงานของสถาบันชีวฟิสิกส์ที่ใหญ่ที่สุดสองแห่งของ Russian Academy of Sciences ในโลกซึ่งตั้งอยู่ในเมือง Pushchino ใกล้กรุงมอสโก สถาบันวิจัยหลายแห่งของ Academy of Sciences, Academy of Medical Sciences และกระทรวงสาธารณสุขของรัสเซียกำลังจัดการกับปัญหาทางชีวฟิสิกส์ ในหมู่พวกเขา ได้แก่ สถาบันฟิสิกส์เคมีและฟิสิกส์เคมีของ Russian Academy of Sciences, สถาบันชีวฟิสิกส์ของกระทรวงสาธารณสุขของรัสเซีย การพัฒนาชีวฟิสิกส์ในประเทศของเรานั้นดำเนินการโดยแผนกฟิสิกส์ชีวภาพของมหาวิทยาลัย

ชีวฟิสิกส์เป็นพื้นที่ชายแดนของความรู้นอกจากนี้ ขอบเขตระหว่างมันกับวิทยาศาสตร์ชีวภาพอื่น ๆ ค่อนข้างไม่มีกฎเกณฑ์ เมื่อวาดขอบเขตเหล่านี้ พวกเขาเริ่มต้นจากคำจำกัดความของวิชาชีวฟิสิกส์ - การศึกษาทางชีวฟิสิกส์รวมถึงการศึกษาที่เปิดเผยกลไกทางกายภาพ เช่นเดียวกับกลไกทางกายภาพและเคมีของกระบวนการทางชีววิทยา ในการวิจัยทางชีวฟิสิกส์จะใช้หลักการพื้นฐานของการศึกษาเชิงทดลองของธรรมชาติ - การวิเคราะห์เชิงปริมาณของปฏิกิริยาของร่างกายต่อสิ่งเร้าบางอย่างด้วยการสร้างการพึ่งพาการทำงานระหว่างสิ่งเหล่านั้น กระบวนการของกิจกรรมที่สำคัญได้รับการตีความอย่างเข้มงวดในรูปแบบของรูปแบบเชิงปริมาณซึ่งเป็นรูปแบบนามธรรมของการแสดงออกของการพึ่งพาการทำงานของปฏิกิริยาต่อสิ่งเร้า

มีการศึกษาการทำงานของร่างกายมาตั้งแต่ไหนแต่ไร สรีรวิทยา.ในแต่ละช่วงเวลาเนื้อหาของสรีรวิทยามีการเปลี่ยนแปลง ตอนนี้เธอถือว่าฟังก์ชั่นเป็นกิจกรรมรูปแบบหนึ่งที่มีผลลัพธ์สุดท้ายซึ่งการสำแดงเป็นคุณสมบัติทางสรีรวิทยา (Shidlovsky, 1981) กลไกภายในของพวกมันไม่สามารถเจาะเข้าไปได้โดยใช้วิธีการทางสรีรวิทยาแบบดั้งเดิมในการศึกษาการทำงาน เนื่องจากกลไกเหล่านี้มีลักษณะทางกายภาพและทางเคมี จึงได้รับการศึกษาโดยชีวฟิสิกส์และชีวเคมี ความแตกต่างระหว่างงานของชีวฟิสิกส์และสรีรวิทยาในการศึกษาการทำงานของร่างกายสามารถแสดงได้จากตัวอย่างต่อไปนี้ การตรวจสอบศักยภาพทางชีวภาพ นักชีวฟิสิกส์สนใจหลักในกลไกการเกิดขึ้นของกระบวนการแม่เหล็กไฟฟ้าในเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิต รากฐานทางเคมีฟิสิกส์ของปรากฏการณ์นี้ การจัดหาพลังงาน ในขณะที่สำหรับนักสรีรวิทยา ศักยภาพทางชีวภาพเป็นตัวบ่งชี้กิจกรรมที่สำคัญของสิ่งมีชีวิต ทำหน้าที่เป็น ลักษณะเชิงปริมาณของคุณสมบัติทางสรีรวิทยาที่สำคัญที่สุด (ความตื่นเต้นง่ายเป็นหลัก) . ดังนั้นตามคลื่นไฟฟ้าหัวใจนักสรีรวิทยาจะตัดสินคุณสมบัติของกล้ามเนื้อหัวใจ (อัตโนมัติ, ปลุกง่าย, การนำไฟฟ้า) เขาสนใจธรรมชาติทางเคมีกายภาพของอิเล็กโทรเจเนซิสในกล้ามเนื้อหัวใจน้อยกว่า นี่เป็นงานหลักของการศึกษาทางชีวฟิสิกส์ของกระบวนการทางไฟฟ้าในหัวใจ

ชีวเคมี เช่น ชีวฟิสิกส์ พยายามที่จะเจาะกลไกของปรากฏการณ์ทางสรีรวิทยา แต่ศึกษาธรรมชาติทางเคมีของพวกมัน ความยากลำบากในการแยกแยะความแตกต่างระหว่างการวิจัยทางชีวฟิสิกส์และทางชีวเคมีนั้นเป็นสิ่งที่เข้าใจได้ แต่สิ่งนี้ต้องทำ “ไม่ต้องสงสัยเลย” นักวิชาการ G.M. Frank (1974) - ว่าการสำแดงชีวิตและสิ่งมีชีวิตโดยทั่วไปถือเป็น "เครื่องจักรเคมี" ในท้ายที่สุด อย่างไรก็ตาม แม้ว่าเคมีจะมีความสำคัญเป็นอันดับหนึ่ง ภาษาเคมี และแนวคิดทางเคมีก็ไม่เพียงพอที่จะเปิดเผยสาระสำคัญของปรากฏการณ์ชีวิตได้ ในเบื้องต้น นำไปใช้กับวิธีการเปลี่ยนแปลงพลังงาน ลักษณะของแรงปฏิสัมพันธ์และกระบวนการทางกายภาพต่างๆ เช่น การสร้างศักย์ไฟฟ้า การเกิดขึ้นของพลังงานกล กลไกการควบคุมและการควบคุม

วิธีทางชีวฟิสิกส์ถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของวิธีการศึกษาธรรมชาติทางกายภาพและเคมีฟิสิกส์ พวกเขาควรรวมคุณสมบัติที่ยากต่อการรวมกัน: ความไวสูงและความแม่นยำสูง เงื่อนไขนี้เป็นไปตามประการแรกโดยความสำเร็จของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ ใช้ได้ผลดีมาก วิธีการทางแสง. วิธีการต่างๆ ของสเปกโทรสโกปีถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย รวมถึงวิธีสเปกโทรสโกปีด้วยคลื่นวิทยุ เทคนิคไอโซโทปรังสีมีมานานแล้ว

การวิจัยใดๆ กำหนดให้อุปกรณ์บันทึกต้องไม่นำการบิดเบือนเข้าสู่กระบวนการที่กำลังศึกษา สำหรับการทดลองทางชีวฟิสิกส์ การปฏิบัติตามข้อกำหนดนี้มีความสำคัญเป็นพิเศษ นักชีวฟิสิกส์ชาวโซเวียตชื่อดัง B.N. Tarusov เชื่อว่าข้อกำหนดนี้มีคุณลักษณะที่สำคัญที่สุดของวิธีการทางชีวฟิสิกส์ซึ่งแตกต่างจากการใช้เทคนิควิธีการที่คล้ายคลึงกันในด้านอื่น ๆ ของฟิสิกส์ สูตรเฉพาะของวิธีการทางชีวฟิสิกส์ที่ค่อนข้างเกินจริงนี้มีเหตุผลบางประการ เป็นการยากที่จะเปรียบเทียบระบบทางกายภาพใด ๆ กับสิ่งมีชีวิตเนื่องจากความพิเศษ ความไวสูงหลังจะมีอิทธิพลต่อเขา พวกมันไม่เพียงรบกวนกระบวนการทางชีววิทยาตามปกติเท่านั้น แต่ยังทำให้เกิดปฏิกิริยาปรับตัวที่ซับซ้อนซึ่งมีความหลากหลายในอวัยวะต่างๆ และภายใต้สภาวะที่แตกต่างกัน การบิดเบือนความหมายของปรากฏการณ์ที่แท้จริงอาจมีนัยสำคัญจนไม่สามารถแก้ไขสิ่งประดิษฐ์ได้ (ปรากฏการณ์ที่ไม่ใช่ลักษณะของวัตถุภายใต้การศึกษาในสภาพธรรมชาติและที่เกิดขึ้นระหว่างการวิจัย) ตั้งแต่การแก้ไข วิธีการที่ใช้สำเร็จในฟิสิกส์และเทคโนโลยีมักไร้ผลในชีวฟิสิกส์

เพื่อให้เข้าใจขอบเขตของการประยุกต์ใช้วิธีการทางชีวฟิสิกส์ได้ดีขึ้น เราจะพิจารณาทิศทางหลักของการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ทางชีวฟิสิกส์ ตามการตัดสินใจของ International Association of General and Applied Biophysics สิ่งเหล่านี้รวมถึงการวิจัยในระดับโมเลกุลและเซลล์ เช่นเดียวกับการศึกษาทางชีวฟิสิกส์ของอวัยวะรับสัมผัสและระบบที่ซับซ้อน

วิธีการและทิศทางของชีวฟิสิกส์สมัยใหม่ชีวฟิสิกส์ระดับโมเลกุลศึกษาโครงสร้างการทำงานและคุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ของโมเลกุลที่มีความสำคัญทางชีวภาพ (การทำงานทางชีวภาพ) ตลอดจนกระบวนการทางกายภาพที่รับประกันการทำงาน สำรวจอุณหพลศาสตร์ของระบบชีวภาพ การถ่ายโอนพลังงานและประจุผ่านชีวโมเลกุล ลักษณะทางกลเชิงควอนตัมขององค์กร ชีวฟิสิกส์ระดับโมเลกุลส่วนนี้จะค่อย ๆ แยกออกเป็นส่วนใหม่ที่เรียกว่า ชีวฟิสิกส์ควอนตัมโดยทั่วไป งานของชีวฟิสิกส์ระดับโมเลกุลคือการเปิดเผยกลไกทางเคมีฟิสิกส์ของการทำงานทางชีวภาพของโมเลกุล

ทำงานบน ชีวฟิสิกส์ของเซลล์อุทิศให้กับคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีฟิสิกส์ของโครงสร้างเซลล์และเซลล์ย่อย รูปแบบของการแบ่งเซลล์และความแตกต่าง ลักษณะของเมแทบอลิซึมของพวกมัน (เมแทบอลิซึม) เช่นเดียวกับกลไกทางชีวฟิสิกส์ของการทำงานของเซลล์พิเศษ (การหดตัวของกล้ามเนื้อ การหลั่ง แรงกระตุ้นประสาท ฯลฯ).

ชีวฟิสิกส์ของอวัยวะรับสัมผัสเผยให้เห็นกลไกทางกายภาพและเคมีฟิสิกส์ของการรับรู้สิ่งเร้าเฉพาะโดยอุปกรณ์รับของระบบประสาทสัมผัส (ตัววิเคราะห์) ของมนุษย์และสัตว์ (ในระดับควอนตัม โมเลกุล และเซลล์)

งาน ชีวฟิสิกส์ของระบบที่ซับซ้อนประกอบด้วยการแก้ปัญหาทั่วไปทางกายภาพและชีวภาพ (ต้นกำเนิดของชีวิต กรรมพันธุ์ ความแปรปรวน ฯลฯ) บนพื้นฐานของแบบจำลองทางกายภาพและทางคณิตศาสตร์ของกระบวนการทางชีววิทยาที่สำคัญที่สุด

นักชีวฟิสิกส์หลายคนยืนยันที่จะแยกการวิจัยทางชีวฟิสิกส์ออกมาอีกหนึ่งด้าน - รากฐานทางชีวฟิสิกส์ของระบบนิเวศเนื้อหาคือการอธิบายกลไกการออกฤทธิ์ในร่างกายของปัจจัยแวดล้อมทางกายภาพและเคมี มีแนวโน้มที่จะระบุชีวฟิสิกส์ทั้งหมดด้วยชีวฟิสิกส์ระดับโมเลกุล ซึ่งสะท้อนให้เห็นในตำราเรียนของ M.V. Volkenstein "ชีวฟิสิกส์" เผยแพร่สำหรับนักศึกษาคณะชีววิทยาและกายภาพของมหาวิทยาลัย ข้อ จำกัด ดังกล่าวสามารถกำหนดขอบเขตของการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องมากที่สุดในชีวฟิสิกส์สมัยใหม่แม้ว่าทุกคนจะไม่เห็นด้วยกับสิ่งนี้ก็ตาม ดังนั้นนักวิชาการ G.M. แฟรงก์ย้อนกลับไปในปี 1974 แย้งว่า "จุดศูนย์ถ่วงของการพิจารณาเคมีฟิสิกส์ของพื้นฐานของปรากฏการณ์ชีวิตกำลังเปลี่ยนไปสู่สาขาชีววิทยาของเซลล์" เนื่องจาก "ปรากฏการณ์ชีวิตเกิดขึ้นเฉพาะในระบบที่เรียกว่าเซลล์" และอ้างอิงจาก อี.บี. Wilson (1925) กล่าวว่า "กุญแจสำคัญของทุกปัญหาทางชีววิทยาต้องค้นหาในเซลล์" และชีวฟิสิกส์สมัยใหม่เริ่มมีวิธีการที่ทำให้เซลล์เป็นเป้าหมายของการทดลองทางกายภาพที่แม่นยำได้ นี่ไม่ได้หมายความว่าการวิจัยทางชีวฟิสิกส์ด้านอื่นจะได้รับบทบาทสนับสนุน ตามที่ G.M. แฟรงก์ในการพัฒนาชีวฟิสิกส์ "... ความต่อเนื่องของสายการวิจัยจากส่วนที่เรากำหนดให้เป็น" ชีวฟิสิกส์โมเลกุล "เพิ่มเติมผ่านชีวฟิสิกส์ของเซลล์ไปจนถึงชีวฟิสิกส์ของกระบวนการที่ซับซ้อน"
ชีวฟิสิกส์เป็นวิทยาศาสตร์ที่ศึกษากระบวนการทางกายภาพและเคมีฟิสิกส์ที่เกิดขึ้นในระบบชีวภาพในระดับต่างๆ ขององค์กร และเป็นพื้นฐานของการกระทำทางสรีรวิทยา การเกิดขึ้นของชีวฟิสิกส์เกิดขึ้นจากความก้าวหน้าทางฟิสิกส์ คณิตศาสตร์ เคมี และชีววิทยา

สิ่งมีชีวิตเป็นระบบเปิด ควบคุมตนเอง สืบพันธุ์ได้เอง และกำลังพัฒนาระบบต่างชนิดกัน สารทำงานที่สำคัญที่สุดในนั้นคือพอลิเมอร์ชีวภาพ: โปรตีนและกรดนิวคลีอิกของโครงสร้างอะตอมและโมเลกุลที่ซับซ้อน

งานของชีวฟิสิกส์:

1. การเปิดเผยรูปแบบทั่วไปของพฤติกรรมของระบบเปิดที่ไม่สมดุล การพิสูจน์ทางทฤษฎีของรากฐานทางอุณหพลศาสตร์ (t/d) ของชีวิต

2. การตีความทางวิทยาศาสตร์ของปรากฏการณ์ของการพัฒนาบุคคลและวิวัฒนาการการควบคุมตนเองและการสืบพันธุ์ด้วยตนเอง

3. ค้นหาความเชื่อมโยงระหว่างโครงสร้างและคุณสมบัติเชิงหน้าที่ของโพลิเมอร์ชีวภาพและสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพอื่นๆ

4. การสร้างและการพิสูจน์ทางทฤษฎีของวิธีการทางกายภาพและเคมีสำหรับการศึกษาวัตถุทางชีวภาพ

5. การตีความทางกายภาพของปรากฏการณ์การทำงานที่ซับซ้อน (การสร้างและการกระจายของแรงกระตุ้นของเส้นประสาท, การหดตัวของกล้ามเนื้อ, การรับ, การสังเคราะห์ด้วยแสง ฯลฯ )

ส่วนของชีวฟิสิกส์:

· โมเลกุล - ศึกษาโครงสร้างและคุณสมบัติทางเคมีกายภาพ ชีวฟิสิกส์ของโมเลกุล วัตถุประสงค์หลักของการศึกษาชีวฟิสิกส์ระดับโมเลกุลคือสารที่ทำหน้าที่ได้ ได้แก่ โปรตีนและกรดนิวคลีอิก

· ชีวฟิสิกส์ของเซลล์ - ศึกษาคุณลักษณะของโครงสร้างและการทำงานของระบบเซลล์และเนื้อเยื่อ ชีวฟิสิกส์ของเซลล์เกี่ยวข้องกับโครงสร้างซูปราโมเลกุลของเซลล์ที่มีชีวิต ซึ่งโครงสร้างเมมเบรนของเซลล์และโครงสร้างเซลล์ย่อยอยู่ในสถานที่พิเศษ

· ชีวฟิสิกส์ของระบบที่ซับซ้อน - ศึกษาจลนพลศาสตร์ของกระบวนการชีวภาพ พฤติกรรมในช่วงเวลาของกระบวนการต่างๆ ที่มีอยู่ในสิ่งมีชีวิต และอุณหพลศาสตร์ของระบบชีวภาพ ชีวฟิสิกส์ของระบบที่ซับซ้อนพิจารณาสิ่งมีชีวิตในระดับต่างๆ ขององค์กรจากมุมมองของแบบจำลองทางกายภาพและทางคณิตศาสตร์ วัตถุประสงค์ของการศึกษาในกรณีนี้คือ ชุมชนเซลล์ เนื้อเยื่อที่มีชีวิต ระบบสรีรวิทยา ประชากรของสิ่งมีชีวิต การสร้างแบบจำลองเป็นหนึ่งในขั้นตอนหลักของการวิจัยทางชีวฟิสิกส์ สิ่งมีชีวิตเป็นระบบที่ซับซ้อนมาก ไม่สามารถเข้าถึงได้สำหรับการทดลองทางกายภาพที่แม่นยำเสมอไป ในกรณีนี้ การใช้แบบจำลองทางฟิสิกส์ แอนะล็อก และคณิตศาสตร์จะประสบผลสำเร็จ การค้นพบที่สำคัญทางชีวฟิสิกส์ทุกครั้งมาจากการประยุกต์ใช้แบบจำลอง

การนำเสนอชีวโมเลกุลในรูปของผลึกทำให้สามารถสร้างโครงสร้างโมเลกุลของเฮโมโกลบินและไมโอโกลบินได้ มีบทบาทสำคัญโดยแบบจำลองทางไฟฟ้าแบบอะนาล็อกของเมมเบรนที่กระตุ้นได้ในการศึกษาของ Hodgkin และ Huxley ในชีวฟิสิกส์ของเมมเบรน มีการใช้แบบจำลองทางกายภาพของเมมเบรนในรูปของฟิล์มลิพิดโมโนและไบโมเลกุลกันอย่างแพร่หลาย ด้วยการพัฒนาและปรับปรุงเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ การสร้างแบบจำลองได้รับการพัฒนาใหม่

วิทยาศาสตร์ เช่น ชีววิทยา การแพทย์ วิทยาศาสตร์การเกษตรมีความแม่นยำมากขึ้นเรื่อยๆ ในกรณีนี้ เป็นการยากที่จะประเมินค่าบทบาทของชีวฟิสิกส์สูงเกินไป ซึ่งจำเป็นต้องตรวจสอบปรากฏการณ์ของชีวิตโดยใช้แนวคิดและวิธีการทางกายภาพ

ประวัติความเป็นมาของการพัฒนาชีวฟิสิกส์
แบบจำลองทางคณิตศาสตร์อธิบายถึงกระบวนการหรือปรากฏการณ์ทั้งชั้นที่มีคุณสมบัติคล้ายกันหรือเป็นแบบไอโซมอร์ฟิค ศาสตร์แห่งปลายศตวรรษที่ 20 ที่เรียกว่าซินเนอร์เจติกส์ แสดงให้เห็นว่าสมการที่คล้ายกันอธิบายกระบวนการจัดระเบียบตนเองในลักษณะที่แตกต่างกันมาก ตั้งแต่การก่อตัวของกระจุกดาราจักรไปจนถึงการก่อตัวของจุดแพลงก์ตอนในมหาสมุทร
แม้ว่าระบบสิ่งมีชีวิตจะมีความหลากหลาย แต่ทั้งหมดก็มีคุณสมบัติเฉพาะต่อไปนี้ที่ต้องนำมาพิจารณาเมื่อสร้างแบบจำลอง

ระบบชีวภาพทั้งหมดเป็นองค์ประกอบหลายองค์ประกอบที่ซับซ้อน มีโครงสร้างเชิงพื้นที่ ซึ่งองค์ประกอบต่างๆ มีลักษณะเฉพาะตัว เมื่อสร้างแบบจำลองระบบดังกล่าว เป็นไปได้สองวิธี อันแรกเป็นแบบรวมปรากฏการณ์วิทยา ตามแนวทางนี้ ลักษณะที่กำหนดของระบบจะถูกแยกออก (เช่น จำนวนสปีชีส์ทั้งหมด) และคุณสมบัติเชิงคุณภาพของพฤติกรรมของปริมาณเหล่านี้เมื่อเวลาผ่านไป (ความเสถียรของสถานะหยุดนิ่ง การมีอยู่ของการแกว่ง การมีอยู่ของความหลากหลายเชิงพื้นที่) ได้รับการพิจารณา วิธีการนี้เป็นวิธีการที่เก่าแก่ที่สุดและเป็นลักษณะของทฤษฎีไดนามิกของประชากร

อีกวิธีหนึ่งคือการพิจารณารายละเอียดขององค์ประกอบของระบบและการโต้ตอบ โมเดลจำลองไม่อนุญาตให้มีการศึกษาเชิงวิเคราะห์ แต่พารามิเตอร์ของมันมีความหมายทางกายภาพและชีวภาพที่ชัดเจน ด้วยความรู้ด้านการทดลองที่ดีเกี่ยวกับชิ้นส่วนของระบบ มันสามารถให้การทำนายเชิงปริมาณของพฤติกรรมของมันภายใต้อิทธิพลภายนอกต่างๆ

ระบบการผลิตซ้ำ (ความสามารถในการผลิตซ้ำอัตโนมัติ) คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของระบบสิ่งมีชีวิตนี้กำหนดความสามารถในการประมวลผลอนินทรีย์และ อินทรียฺวัตถุสำหรับการสังเคราะห์ทางชีวภาพของโมเลกุลขนาดใหญ่ เซลล์ สิ่งมีชีวิต ในแบบจำลองเชิงปรากฏการณ์วิทยา คุณสมบัตินี้แสดงออกมาในสมการที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาอัตโนมัติในสมการที่กำหนดความเป็นไปได้ของการเจริญเติบโต ความเป็นไปได้ของความไม่เสถียรของสถานะคงที่ในระบบท้องถิ่น และความไม่เสถียรของสถานะคงที่ที่เป็นเนื้อเดียวกันในระบบกระจายเชิงพื้นที่