Биофизика. Биологические науки. Молекулярная биофизика

Одной из самых древних наук является, безусловно, биология. Интерес людей к процессам, происходящим внутри них самих и окружающих существ, возник за несколько тысяч лет до нашей эры.

Наблюдения за животными, растениями, природными процессами составляло важную часть жизни людей. С течением времени знаний накопилось очень много, усовершенствовались и развились методы изучения живой природы и механизмов, в ней происходящих. Это привело к возникновению множества разделов, составляющих в общей сложности комплексную науку.

Биологические исследования в разных областях жизни позволяют получать новые ценные данные, важные для понимания устройства биомассы планеты. Использовать эти знания для практических целей человека (освоение космоса, медицина, сельское хозяйство, химическая промышленность и так далее).


биофизика это

Современная биология

Сегодня достижения этой многогранной науки позволяют добиться множества положительных результатов. Так, современная наука предлагает ряд решений проблем заболеваний человека от действия вирусов и бактерий. Стало возможным находиться в космическом пространстве без ущерба здоровью около 3 месяцев, при этом использовать в качестве источника кислорода микроорганизмы или одноклеточные растения.

Многие открытия позволили сделать биологические исследования в сфере внутреннего строения и функционирования всех живых систем. Изучен молекулярный состав организмов, их микростроение, выделены и изучены многие гены из генома человека и животных, растений. Заслуги биотехнологии, клеточной и генной инженерии позволяют получать несколько урожаев растений за сезон, а также выводить породы животных, дающих больше мяса, молока и яиц.


Изучение микроорганизмов позволило получить антибиотики и создать десятки и сотни вакцин, позволяющих побеждать множество болезней, даже те, что раньше целыми эпидемиями уносили тысячи жизней людей и животных.

биологические исследования

Поэтому современная наука биология - это безграничные возможности человечества во многих отраслях науки, промышленности и сохранении здоровья.

Классификация биологических наук

Одними из самых первых появились частные разделы науки биологии. Такие, как ботаника, зоология, анатомия и систематика. Позже стали формироваться более зависимые от технического оснащения дисциплины - микробиология, вирусология, физиология и так далее.

Существует ряд молодых и прогрессивных наук, сформировавшихся только в XX-XXI столетии и играющих большую роль в современном развитии биологии.

Существует не одна, а несколько классификаций, по которым можно ранжировать биологические науки. Список их довольно внушительный во всех случаях, рассмотрим одну из них.

БиологияЧастные наукиБотаниказанимается изучением внешнего и внутреннего строения, физиологических процессов, филогенеза и распространения в природе всех существующих на планете растений (флора)

Включает следующие разделы:

  • альгология;
  • дендрология;
  • систематика;
  • анатомия;
  • морфология;
  • физиология;
  • бриология;
  • палеоботаника;
  • экология;
  • геоботаника;
  • этноботаника;
  • размножение растений.
Зоологиязанимается изучением внешнего и внутреннего строения, физиологических процессов, филогенеза и распространения в природе всех существующих на планете животных (фауна)

Дисциплины, входящие в состав:

  • акарология;
  • колеоптерология;
  • систематика;
  • арахнология;
  • лепидоптерология;
  • териология;
  • гименоптерология;
  • малакология;
  • фелинология;
  • мирмекология;
  • физиология;
  • иппология;
  • орнитология;
  • энтомология;
  • ихтиология;
  • этология;
  • кинология;
  • паразитология;
  • приматология.
Анатомия человекаИзучает форму, строение, расположение и функционирование органов и систем в теле человека

Дисциплины:

  • топографическая анатомия;
  • сравнительная;
  • систематическая;
  • возрастная;
  • пластическая;
  • функциональная;
  • экспериментальная.
Антропологияряд дисциплин, в комплексе изучающих развитие и формирование человека в биологической и социальной средеРазделы: философская, судебная, религиозная, физическая, социальная, культурная, визуальная.
Микробиологияизучает самые мелкие организмы живой природы, от одноклеточных животных до бактерий и вирусовДисциплины: вирусология, бактериология, медицинская микробиология, микология, промышленная, техническая, сельскохозяйственная, космическая микробиология

Общие науки

Систематикав задачи входит разработка основ для классификации всего живого на нашей планете с целью строгой упорядоченности и идентификации любого представителя биомассы
Морфологияописание внешних признаков, внутреннего строения и топографии органов всех живых существРазделы: растений, животных, микроорганизмов, грибов
Физиологияизучает особенности функционирования той или иной системы, органа или части организма, механизмы всех процессов, обеспечивающих его жизнедеятельностьРастений, животных, человека, микроорганизмов
Экологиянаука о взаимоотношениях живых существ друг с другом, средой обитания и человекомГеоэкология, общая, социальная, промышленная
Генетикаизучает геном живых существ, механизмы наследственности и изменчивости признаков под влиянием различных условий, а также исторические изменения в генотипе в течение эволюционных преобразований

Биогеография

рассматривает расселение и распространение отдельных видов живых существ по планете

Эволюционное учение

раскрывает механизмы исторического развития человека и других живых систем на планете. Их происхождение и становление
Комплексные науки, возникшие на стыке друг с другом

Биохимия

изучает процессы, происходящие в клетках живых существ с химической точки зрения

Биотехнология

рассматривает возможности использования организмов, их продуктов и или частей для нужд человека

Молекулярная биология

изучает механизмы передачи, хранения и использования наследственной информации живыми существами, а также функции и тонкое строение белков, ДНК и РНК.Смежные науки: генная и клеточная инженерия, молекулярная генетика, биоинформатика, протеомика, геномика

Биофизика

это наука, изучающая все возможные физические процессы, происходящие во всех живых организмах, от вирусов до человекаРазделы данной дисциплины будут рассмотрены ниже

Таким образом, мы постарались охватить основное разнообразие, которое представляют собой биологические науки. Список этот с развитием техники и методов изучения расширяется, пополняется. Поэтому единой классификации биологии не существует на сегодняшний день.

Прогрессивные бионауки и их значение

К самым молодым, современным и прогрессивным наукам биологии относятся такие, как:

  • биотехнология;
  • молекулярная биология;
  • космическая биология;
  • биофизика;
  • биохимия.

Каждая из этих наук сформировалась не ранее XX века, а потому по праву считается молодой, интенсивно развивающейся и наиболее значимой для практической деятельности человека.


современная наука

Остановимся на такой из них, как биофизика. Это наука, появившаяся приблизительно в 1945 году и ставшая важной частью всей биологической системы.

Что такое биофизика?

Чтобы ответить на этот вопрос, в первую очередь следует указать на ее тесный контакт с химией и биологией. В некоторых вопросах границы между этими науками настолько тесные, что сложно разобрать, какая из них конкретно задействована и в приоритете. Поэтому рассматривать биофизику стоит как комплексную науку, изучающую глубокие физические и химические процессы, происходящие в живых системах на уровне как молекул, клеток, органов, так и на уровне Биосферы в целом.

Как и любая другая, биофизика - наука, имеющая свой объект изучения, цели и задачи, а также достойные и значимые результаты. Кроме того, эта дисциплина плотно коррелирует с несколькими новыми направлениями.

Объекты исследования

Ими для биофизики являются биосистемы на разных организационных уровнях.

  1. Микроорганизмы (бактерии, вирусы, одноклеточные грибы и водоросли).
  2. Простейшие животные.
  3. Отдельные клетки и их структурные части (органеллы).
  4. Растения.
  5. Животные (в том числе человек).
  6. Экологические сообщества.

То есть биофизика - это исследование живого с точки зрения физических процессов, в нем происходящих.

биологические науки список

Задачи науки

Первоначально задачи биофизиков были в том, чтобы доказать наличие физических процессов и явлений в жизнедеятельности живых существ и изучить их, выяснив природу и значение.

Современные задачи данной науки можно сформулировать так:

  1. Изучить структуру генов и механизмы, сопровождающие их передачу и хранение, видоизменения (мутации).
  2. Рассмотреть многие аспекты клеточной биологии (взаимодействие клеток друг с другом, хромосомные и генетические взаимодействия и другие процессы).
  3. Изучить в комплексе с молекулярной биологией молекулы полимеров (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов).
  4. Выявить влияние космогеофизических факторов на течение всех физических и химических процессов в живых организмах.
  5. Более глубоко вскрыть механизмы фотобиологии (фотосинтез, фотопериодизм и так далее).
  6. Внедрить и разработать методы математического моделирования.
  7. Применить результаты нанотехнологии для изучения живых систем.

Из этого списка очевидно, что биофизика изучает очень много значимых и серьезных проблем современного общества, и результаты деятельности этой науки имеют важное значение для человека и его жизни.

История формирования

Как наука биофизика зародилась сравнительно недавно - в 1945 году, когда Эрвин Шредингер издал свой труд "Что такое жизнь с точки зрения физики". Именно он первым заметил и обозначил, что многие законы физики (термодинамические, законы квантовой механики) имеют место быть именно в жизнедеятельности и работе организмов живых существ.

Благодаря трудам этого человека наука биофизика начала свое интенсивное развитие. Однако еще ранее, в 1922 году, в России создается институт биофизики, которым руководит П. П. Лазарев. Там основную роль отводят изучению природы возбуждения в тканях и органах. Результатом стало выявление значение ионов в этом процессе.

Дальше ряд открытий разных ученых позволяет понять, что биофизика - это полная, емкая и комплексная наука, необходимая для понимания всех процессов, происходящих в живых системах.

  1. Гальвани открывает электричество и его значение для живых тканей (биоэлектричество).
  2. А. Л. Чижевский - отец нескольких дисциплин, изучающих влияние космоса на Биосферу, а также ионизационное излучение и электрогемодинамику.
  3. Подробная структура белковых молекул была изучена только после открытия метода РСА (рентгено-структурного анализа). Это было сделано учеными Перуц и Кендрю (1962 год).
  4. В этом же году открыта трехмерная структура ДНК (Морис Уилкинс).
  5. Неэр и Закман в 1991 году сумели разработать метод локальной фиксации электрического потенциала.

Также ряд других открытий позволил науке биофизике встать на путь интенсивной и прогрессивной модернизации в развитии и становлении.

медицинская биофизика

Разделы биофизики

Существует целый ряд дисциплин, составляющих эту науку. Рассмотрим самые основные из них.

  1. Биофизика сложных систем - рассматривает все сложные механизмы саморегуляции многоклеточных организмов (системогенез, морфогенез, синергогенез). Также данной дисциплиной изучаются особенности физической составляющей процессов онтогенеза и эволюционного развития, уровней организации организмов.
  2. Биоакустика и биофизика сенсорных систем - изучает сенсорные системы живых организмов (зрение, слух, рецепция, речь и другие), способы трансляции различных сигналов. Выявляет механизмы преобразования энергии при восприятии организмами внешних воздействий (раздражений).
  3. Теоретическая биофизика - включает ряд поднаук, занимающихся изучением термодинамики биологических процессов, построением математических моделей структурных частей организмов. Также рассматривает кинетические процессы.
  4. Молекулярная биофизика - рассматривает глубокие механизмы структурной организации и функционирования таких биополимеров, как ДНК, РНК, белки, полисахариды. Занимается построением моделей и графических изображений этих молекул, прогнозирует поведение и формирование их в живых системах. Также данная дисциплина строит надмолекулярные и субмолекулярные системы с целью определения механизма построения и действия биополимеров в живых системах.
  5. Биофизика клетки. Изучает самые важные клеточные процессы: дифференцирование, деление, возбуждение и биопотенциалы мембранной структуры. Особое внимание уделяется механизмам мембранного транспорта веществ, разности потенциалов, свойствам и структуре мембраны и окружающих ее частей.
  6. Биофизика метаболизма. Основные рассматриваемые процессы: фотосинтез, соляризация и адаптация к ней организмов, гемодинамика, теплорегуляция, метаболизм, влияние ионизационных лучей.
  7. Прикладная биофизика. Состоит из нескольких дисциплин: биоинформатика, биометрия, биомеханика, исследование эволюционных процессов и онтогенеза, патологическая (медицинская) биофизика. Объекты изучения прикладной биофизики - опорно-двигательный аппарат, способы движения, способы распознавания людей по физическим чертам. Особого внимания заслуживает медицинская биофизика. Она рассматривает патологические процессы в организмах, способы реконструкции поврежденных участков молекул или структур или их компенсацию. Дает материал для биотехнологии. Имеет большое значение в предупреждении развития заболеваний, особенно генетического характера, их устранении и объяснении механизмов воздействия.
  8. Биофизика среды обитания - изучает физическое воздействие как местных сред обитания существ, так и влияние ближних и дальних субъектов космического пространства. Также рассматривает биоритмы, влияние погодных условий и биополей на существа. Разрабатывает приемы мероприятий по профилактике негативных воздействий условий среды обитания.

Все эти дисциплины вносят колоссальный вклад в развитие понимания механизмов жизнедеятельности живых систем, влияния на них биосферы и различных условий.

биофизика изучает

Современные достижения

Можно назвать несколько самых значительных событий, которые относятся к достижениям биофизики:

  • вскрыты механизмы клонирования организмов;
  • изучены особенности превращений и роли окиси азота в живых системах;
  • установлена взаимосвязь малых и матричных РНК, что в будущем позволит найти решение многих медицинских проблем (устранения заболеваний);
  • открыта физическая природа автоволн;
  • благодаря работам молекулярных биофизиков изучены аспекты синтеза и репликации ДНК, что повлекло за собой возможность создания целого ряда новых лекарств от серьезных и сложных заболеваний;
  • созданы компьютерные модели всех реакций, сопровождающих процесс фотосинтеза;
  • разработаны методы ультразвукового исследования организма;
  • установлена связь между космогеофизическими и биохимическими процессами;
  • предсказано изменение климата на планете;
  • открытие значения фермента урокеназы в предупреждении заболеваний тромбозов и устранения последствий после инсультов;
  • также сделан ряд открытий по структуре белка, кровеносной системе и другим частям организма.

Институт биофизики в России

В нашей стране существует Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова. На базе этого учебного заведения действует факультет биофизики. Именно он осуществляет подготовку квалифицированных специалистов для работы в этой области.

факультет биофизики

Очень важно дать качественный старт будущим профессионалам. Их ждет сложная работа. Биофизик обязан разбираться во всех тонкостях процессов, происходящих в живых существах. Кроме того, студенты должны разбираться и в физике. Ведь это комплексная наука - биофизика. Лекции строятся таким образом, чтобы объять все дисциплины, связанные и составляющие биофизику, и охватить рассмотрение вопросов как биологического, так и физического характера.

Биохимия. Основы биохимии
Биохимия - это наука о химических процессах, происходящих во всех живых организмах. В статье будут рассмотрены следующие аспекты: изучение биохимии в России; биохимия и физиология растений; суть биохимии; методы изучения и разделы данной науки.
далее
Что это - прикладная физика и зачем она нужна?
Среди множества научных дисциплин физика является одной из самых интересных. Благодаря ей постигается множество процессов, совершенствуются технологии и совершаются открытия. В статье рассмотрим, что такое наука физика и ее прикладная часть.
далее
Биофизик Александр Леонидович Чижевский: краткая биография, ...
Биофизик, обнаруживший влияние космической энергии на биосферу Земли; философ, провозгласивший гармоничность и неразрывность взаимосвязи человека и Космоса; поэт и живописец , чьи стихи и картины полны энергии внеземного происхождения.
далее
Радиобиология. Что изучает радиобиология? Этапы развития радиобиологии
Радиобиология – это наука, рассматривающая, каким образом ионизирующее излучение оказывает влияние на жизнь вокруг: отдельно взятые организмы в частности, биологическую сферу в целом.
далее
Что изучает бионика? Применение бионики
Лозунг бионики: «Природа знает лучше». Что же это за наука такая? Уже само название и такой девиз дают нам понять, что бионика связана с природой.
далее
Шноль Симон Эльевич - российский биофизик: краткая биография, семья, книги, научная работа
В статье мы поговорим о довольно интересной и неординарной личности, которая разнообразила и украсила современную науку. Мы подробно рассмотрим биографию Симона Шноля. Возможно, это имя вам уже знакомо, но некоторые могут слышать его впервые. На данный момент этому человеку 87 лет, и он по-прежнему интересуется новостями в мире науки.
далее
Шноль Симон Эльевич - российский биофизик: краткая биография, семья, книги, научная работа
Молекулярно-биологические способы исследования и их использование
Молекулярно-биологические методы исследования играют большую роль в современной медицине, криминалистике и биологии. Благодаря достижениям в области изучения ДНК и РНК, человек способен изучить геном организма, определить возбудителя заболевания, распознать нужную нуклеиновую кислоту в смеси кислот и т.д.
далее
Молекулярно-биологические способы исследования и их использование
МФТИ: факультеты, специальности и проходные баллы
Описание МФТИ и его факультетов. Какие специальности можно получить в этом вузе, система проходных баллов для поступления.
далее
МФТИ: факультеты, специальности и проходные баллы
Основные способы физиологии. Предмет и задачи физиологии
Физиология как наука: предмет, объект изучения. Методы физиологии. Физиология человека и растений. Патологическая физиология - методы исследования, общее понятие.
далее
Основные способы физиологии. Предмет и задачи физиологии
Узнаем что изучает наука физиология? Физиология человека и микроорганизмов
Физиология - это наука о том, как функционируют органы и системы живых организмов. Что изучает наука физиология? Больше, чем любая другая биологическая наука, она изучает биологические процессы на элементарном уровне для того, чтобы объяснить, как работает каждый отдельный орган и весь организм в целом.
далее
Узнаем что изучает наука физиология? Физиология человека и микроорганизмов