Что такое биофизика в биологии 9 класс кратко
Биофизика
Обобщённо можно сказать, что биофизика изучает особенности функционирования физических законов на биологическом уровне организации вещества.
По номенклатуре ЮНЕСКО биофизика является разделом биологии и имеет код 2406. [2]
Содержание
Разделы биофизики
Согласно номенклатуре ЮНЕСКО в биофизике выделяются разделы [2] :
История исследований
Можно сказать, что у истоков биофизики как науки стояла работа Эрвина Шрёдингера «Что такое жизнь с точки зрения физики» (1945), где рассматривалось несколько важнейших проблем, таких как термодинамические основы жизни, общие структурные особенности живых организмов, соответствие биологических явлений законам квантовой механики и др.
Уже на начальных этапах своего развития биофизика была тесно связана с идеями и методами физики, химии, физической химии и математики и использовала в исследовании биологических объектов точные экспериментальные методы (спектральные, изотопные, дифракционные, радиоспектроскопические). Основной итог этого периода развития биофизики — это экспериментальные доказательства приложимости основных законов физики к биологическим объектам.
Россия
Современные направления исследований
В настоящее время интенсивно развиваются биофизика сложных систем и молекулярная биофизика.
Современные области исследований биофизики: влияние космогеофизических факторов на течение физических и биохимических реакций, фотобиологические процессы, математическое моделирование, физика белковых и мембранных структур, нанобиология и др.
Крупные исследователи в биофизике
Области применения
Биологические объекты, как правило, очень сложны и на протекающие в них процессы влияют многие факторы, которые часто зависят друг от друга. Физика позволяет создать упрощенные модели объекта, которые описываются законами термодинамики, электродинамики, квантовой и классической механики. С помощью корреляции физических данных с биологическими можно получить более глубокое понимание процессов в исследуемом биологическом объекте.
В физике имеется множество методов, которые в своей первоначальной форме не могут быть использованы для исследований биологических объектов. Поэтому ещё одной задачей биофизики является приспособление этих методов и методик для решения задач биологии. Сегодня для получения информации в биологических системах применяют различные оптические методы, рентгено-структурный анализ с использованием синхротронного излучения, ЯМР- и ЭПР-спектроскопию, 7-резонансную спектроскопию, различные электрометрические методы, микроэлектродную технику, методы хемилюминесценции, лазерную спектроскопию, метод меченых атомов и др. Это используется, в частности, для медицинской диагностики и терапии.
Также разрабатываются специальные методики с использованием эффектов при восприятии некоторых воздействий на биологическую форму материи.
Биофизика: определение, история, специализация и карьера
Определение биофизики
Биофизика – это отрасль науки, которая использует физические методы для изучения биологических процессов. Физика использует математические законы для объяснения мира природы, и ее можно применять к биологическим организмам и системам, чтобы понять их работу. Исследования в области биофизики помогли предотвратить и лечить болезни, ускорить разработку лекарств и создать технологии, позволяющие людям жить более устойчиво и защищать меняющуюся окружающую среду.
История биофизики
Биофизика – относительно молодая отрасль науки; оно возникло как определенное подполе в начале и середине 20 века. Тем не менее, основы для изучения биофизики были заложены группой физиологов в Берлине значительно раньше, в 19 веке. В Берлинскую школу физиологов входили Герман фон Гельмгольц, Эмиль Дюбуа-Реймонд, Эрнст фон Брюке и Карл Людвиг. В 1856 году Адольф Фик, один из учеников Людвига, даже опубликовал первый учебник по биофизике. Но технологии в физике в настоящее время недостаточно развиты, чтобы детально изучать формы жизни, например, на молекулярном уровне.
В первой половине 20-го века немецкие ученые доминировали в биофизике. Они изучали электромагнитные поля и свет, и они в основном занимались изучением воздействия радиации на живые существа. Популярность биофизики возросла, когда австрийский физик Эрвин Шредингер опубликовал книгу «Что такое жизнь? в 1944 году. Эта книга была основана на серии публичных ��екций, которые Шредингер прочитал, объясняя процессы живых существ с помощью физики и химии. В нем он предложил идею о том, что существует молекула в живых существах, которые содержали генетическую информацию в ковалентные связи, Это вдохновило ученых, таких как Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик, на поиск и характеристику генетической молекулы, и с помощью исследования рентгеновской кристаллографии Розалинд Франклин они обнаружили двойная спираль Структура ДНК в 1953 году.
К середине 20-го века биофизические программы выросли и приобрели популярность в других странах, а с 1950-1970-х годов биофизические исследования проводились более быстрыми темпами, чем когда-либо прежде. В дополнение к открытию ДНК и ее структуры, биофизические методы также использовались для создания вакцин, разработки методов визуализации, таких как МРТ и КАТ, для помощи врачам в диагностике заболеваний и создания новых методов лечения, таких как диализ, лучевая терапия и кардиостимулятор. В настоящее время биофизика также начала уделять внимание вопросам, связанным с изменением климата Земли. Например, некоторые биофизики работают над разработкой биотоплива из живых микроорганизмов, которые могут заменить бензин в качестве топлива.
Области биофизики
Биофизика включена во многие различные области биологии. Некоторые темы исследований в области биофизики или биофизики включают в себя:
Майор биофизики
Некоторые университеты предлагают степень бакалавра гуманитарных наук или бакалавра наук в области биофизики, в то время как другие предлагают степень биофизики только на уровне магистратуры (то есть степени магистра и / или доктора). Степени биофизики в значительной степени сосредоточены на курсах физики и биофизики, и обычно те, кто специализируется в области биофизики, также обязаны пройти многочисленные уроки математики и химии. На уровне бакалавриата можно рассчитывать на курсы по общей и органической химии, исчислению, механике, линейной алгебре и биохимия, Другие возможные курсы включают клеточную биологию, генетика молекулярная биология, статистика и вычислительная биология и др. Другой важный компонент многих степеней биофизики – исследование; некоторые программы требуют проведения исследований в лаборатории в течение определенного количества семестров, что завершается старшим исследовательским проектом. Конкретные курсы, предлагаемые в основной программе по биофизике, могут варьироваться от университета к университету, но специализация в области биофизики позволит адекватно подготовить студента к его карьере в области исследований в области биофизики.
Если учащийся интересуется биофизикой, но его школа не предлагает степень биофизики, часто существуют сопоставимые программы, которые можно найти в других специальностях, которые включают в себя большую часть тех же курсов. Специальность по физике – это еще один хороший вариант, и можно рассмотреть возможность добавления другой специальности или специальности в области биохимии, химии или биологии в зависимости от исследовательских интересов и предлагаемых программ.
Карьера в биофизике
Наиболее распространенные варианты карьеры для биофизиков включают исследования, преподавания или их комбинации. Обычно требуется степень магистра, чтобы стать учителем биофизики, руководителем лаборатории или научным сотрудником, а докторская степень необходима для того, чтобы быть главным исследователем исследовательской лаборатории. Основные исследователи планируют эксперименты и контролируют все исследования, проводимые в лаборатории, в то время как руководители лабораторий и научные сотрудники играют более вспомогательную роль и помогают главному исследователю в проведении своих исследований. Те, у кого есть степени бакалавра, могут получить должности техников-исследователей, что также важно в лаборатории. Специалисты-исследователи проводят множество экспериментов, позволяя главному исследователю писать научные статьи, исследовательские предложения и гранты.
БИОФИЗИКА
Полезное
Смотреть что такое «БИОФИЗИКА» в других словарях:
биофизика — биофизика … Орфографический словарь-справочник
БИОФИЗИКА — наука, изучающая физические и физико химические процессы, протекающие в живых организмах, а также влияние на них физических факторов (радиации, температуры, магнетизма и др.). Биофизика тесно взаимодействует с экологией; в последнее время стали… … Экологический словарь
Биофизика — * біяфізіка * biophysics междисциплинарная наука, изучающая физические аспекты существования живой природы на всех уровнях ее организации, от молекул до биосферы (от др. греч. βiοs жизнь, др. греч. φύσις природа). Б. это наука о физических… … Генетика. Энциклопедический словарь
БИОФИЗИКА — БИОФИЗИКА, наука о физических и физико химических явлениях в живых организмах и их сообществах, влиянии на них различных физических факторов. Основные этапы развития биофизики, начиная с 18 в., связаны с изучением животного электричества (Л.… … Современная энциклопедия
БИОФИЗИКА — наука, изучающая физические и физико химические явления в живых организмах, структуру и свойства биополимеров, влияние различных физических факторов на живые системы. Первые попытки применить физические идеи и методы к изучению организма… … Большой Энциклопедический словарь
БИОФИЗИКА — БИОФИЗИКА, исследование биологических явлений с точки зрения законов физики и ее методами. К таким методам относятся рентгеновская ДИФРАКЦИЯ и СПЕКТРОСКОПИЯ. С их помощью изучают структуру и функции биологических молекул, электропроводимость… … Научно-технический энциклопедический словарь
биофизика — сущ., кол во синонимов: 2 • биология (73) • светофизиология (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
биофизика — — [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN biophysics … Справочник технического переводчика
биофизика — биологическая физика биол., физ. Источник: http://www.cultinfo.ru/fulltext/1/001/008/118/525.htm … Словарь сокращений и аббревиатур
Биофизика — БИОФИЗИКА, наука о физических и физико химических явлениях в живых организмах и их сообществах, влиянии на них различных физических факторов. Основные этапы развития биофизики, начиная с 18 в., связаны с изучением животного электричества (Л.… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
Биофизика
Определение понятия, предмет и задачи биофизики
Биофизика – это наука, изучающая функционирование биосистем (биологических систем) на физическом и физико-химическом уровне.
Биофизика изучает физические и физико-химические процессы, протекающие в биосистемах на разных уровнях организации, которые являются основой физиологических явлений. Возникновение биофизики произошло как одно из направлений развития физики, свой вклад также вносят такие науки, как математика, химия и биология.
Живой огранизм как биосистема – это сложная, динамичная, равновесная, открытая, саморегулирующаяся, адаптирующаяся, самовоспроизводящаяся и развивающаяся гетерогенная система, в которой важнейшими функциональными веществами являются биополимеры: белки и нуклеиновые кислоты, имеющие сложное атомно-молекулярное строение и взаимодействующие между собой..
Задачи биофизики
1. Раскрытие общих закономерностей поведения биосистем как открытых неравновесных систем. Теоретическое обоснование термодинамических (т/д) основ жизни.
2. Научное истолкование явлений индивидуального и эволюционного развития, саморегуляции, самообновления и самовоспроизведения.
3. Выяснение связей между строением, свойствами и функциями биополимеров и других биологически активных веществ.
4. Создание и теоретическое обоснование физико-химических методов исследования биологических объектов.
5. Физическое истолкование важнейших функциональных явлений биосистем: генерация и распределение нервного импульса, мышечное сокращение, рецепция, фотосинтез и др.
Разделы биофизики
1. Молекулярная биофизика – изучает строение и физико-химические свойства биомолекул.
2. Биофизика клетки – изучает особенности строения и функционирования клеточных и тканевых систем.
3. Биофизика сложных систем – изучает кинетику биопроцессов, динамику (поведение во времени) разнообразных процессов, присущих живой материи, и термодинамику биосистем.
Содержание
Молекулярная биофизика
Биомолекулы. Состав → строение → свойства → функции → роль → значение.
Предмет биофизики, её разделы.
3. Нуклеотиды. Выполнить задания на этой страничке.
Строение ДНК. Выполнить задания на этой страничке.
Задание
4. Пептидная связь, пептидные биополимеры.
6. Нуклеиновые кислоты: ДНК и РНК.
10. Взаимодействие биомолекул.
Биомембраны
1. Строение, свойства, функции.
2. Мембранный транспорт.
Биоэлектрические явления
2. Локальные потенциалы.
3. Потенциал действия.
Биосистемы как открытые системы
Биофизика и медфизика
Согласно первой задаче, биофизика призвана выявлять связи между физическими механизмами, лежащими в основе организации живых объектов, и биологическими особенностями их жизнедеятельности (взгляд физика на живую систему изнутри). Согласно второй, биофизика также должна изучать влияние космогеофизических и других внешних физических факторов на течение физических и биохимических реакций (взгляд физика на живую систему снаружи)
Биофизика разрабатывает вопросы термодинамики и биологической кинетики. С этих позиций рассматривается, в частности, проблема адаптации отдельных клеток и целых организмов к различным условиям окружающей среды. Одной из центральных проблем биофизики является проблема структуры и функции биологических мембран.
Разделы страницы по физике органического мира :
Смежные научные дисциплины и исследования:
Читайте также авторские статьи о биофизических и ноофизических проблемах:
Несмотря на сложность и взаимосвязь различных процессов в организме человека, часто среди них можно выделить процессы, близкие к физическим. Например, такой сложный физиологический процесс, как кровообращение, в своей основе является физическим, так как связан с течением жидкости (гидродинамика), распространением упругих колебаний по сосудам (колебания и волны), механической работой сердца (механика), генерацией биопотенциалов (электричество) и т.п. Дыхание связано с движением газа (аэродинамика), теплоотдачей (термодинамика), испарением (фазовые превращения) и т.п.
В организме, кроме физических макропроцессов, как и в неживой природе, имеют место молекулярные процессы, которые в конечном итоге определяют поведение биологических систем. Понимание физики таких микропроцессов необходимо для правильной оценки состояния организма, природы некоторых заболеваний, действия лекарств и т.д.
Во всех этих вопросах физика настолько связана с биологией, что формирует самостоятельную науку — биофизику, которая изучает физические и физико-химические процессы в живых организмах, а также ультраструктуру биологических систем на всех уровнях организации — от субмолекулярного и молекулярного до клетки и целого организма.
История биофизических исследований
Научные основы биофизики начали закладываться еще в XVIII веке. В настоящее время биофизика преподается как самостоятельная дисциплина во всех мединститутах, а в некоторых из них открыты кафедры биофизики. Создан целый ряд научных центров, занимающихся различными аспектами биофизики. Издаются научные журналы, освещающие достижения в этой области человеческого знания.
Можно сказать, что у истоков биофизики как науки стояла работа Эрвина Шрёдингера «Что такое жизнь с точки зрения физики» (1945), где рассматривалось несколько важнейших проблем, таких как
Уже на начальных этапах своего развития биофизика была тесно связана с идеями и методами физики, химии, физической химии и математики и использовала в исследовании биологических объектов точные экспериментальные методы (спектральные, изотопные, дифракционные, радиоспектроскопические). Основной итог этого периода развития биофизики — это экспериментальные доказательства приложимости основных законов физики к биологическим объектам.
В настоящее время интенсивно развиваются биофизика сложных систем и молекулярная биофизика [граничные области]. Современные области исследований биофизики:
Биофизические порталы
Биофизика (биологическая физика) — наука, изучающая физические свойства и явления в целом организме, отдельных его органах, тканях, клетках, а также физико-химические основы процессов жизнедеятельности.
Биофизические конференции
Биофизика изучает физические процессы внутри организмов, физическую основу биологических процессов и физические взаимодействия, которые являются частью или фазой биологических.
Молекулярная биофизика
В задачи молекулярной биофизики входит исследование физических и физико-химических свойств сложных химических соединений, в т. ч. белков и нуклеиновых кислот, входящих в состав живых организмов, а также характера их взаимодействия.
Методы биофизики и молекулярной биологии обеспечили расшифровку структуры крупных биомолекул, выявление пространственного расположения атомов в молекуле и т. д. Значительные успехи достигнуты в изучении механизмов превращения в клетках организмов физической энергии в химическую, в частности при фотосинтезе органических соединений в зеленых растениях под влиянием света.
Биофизика клетки
Задачей биофизики клетки является изучение:
Сверхслабые воздействия неживого на живое
Медицинская физика [медфизика]
Живой организм нормально функционирует, только взаимодействуя с окружающей средой. Он остро реагирует на изменение таких физических характеристик среды, как температура, влажность, давление воздуха и пр. Действие внешней среды на организм учитывается не только как внешний фактор, оно может использоваться для лечения (климатотерапия и баротерапия). Эти примеры свидетельствуют о том, что врач должен уметь оценивать физические свойства и характеристики окружающей среды. Перечисленные выше применения физики в медицине составляют медицинскую физику — комплекс разделов прикладной физики и биофизики, в которых рассматриваются физические законы, явления, процессы и характеристики применительно к решению медицинских задач.
Будучи тесно связанной с медициной, биофизика занимается изучением физико-химических особенностей механизмов возникновения и течения различных патологических процессов. В частности, биофизика внесла свой вклад в теоретические представления о воспалении, отеке, нефрите, механизмах регуляции водно-солевого равновесия и т. д. Широко используются биофизические представления о природе возбуждения и проведении его по нервным волокнам, о фотохимических процессах, происходящих в зрительных органах, и т. д. Большую роль играет биофизика в понимании механизмов лучевого поражения, разработке основ профилактики и лечения этого поражения. Методами биофизики изучают физико-химические и молекулярные механизмы и особенности развития злокачественных опухолей, физико-химические механизмы действия многих лекарственных веществ (наркотики, яды), разрабатывают методы количественной оценки их, токсического действия и др.
Физические методы диагностики заболеваний и исследования биологических систем
Многие методы диагностики и исследования основаны на использовании физических принципов и идей. Большинство современных медицинских по назначению приборов конструктивно является физическими приборами. Чтобы это проиллюстрировать, достаточно рассмотреть некоторые примеры в рамках сведений, известных читателю из курса средней школы. Механическая величина — давление крови — является показателем, используемым для оценки ряда заболеваний. Прослушивание звуков, источники которых находятся внутри организма, позволяет получать информацию о нормальном или патологическом поведении органов. Медицинский термометр, работа которого основана на тепловом расширении ртути, — весьма распространенный диагностический прибор. За последнее десятилетие в связи с развитием электронных устройств широкое распространение получил диагностический метод, основанный на записи биопотенциалов, возникающих в живом организме. Наиболее известен метод электрокардиографии — запись биопотенциалов, отражающих сердечную деятельность. Общеизвестна роль микроскопа для медико-биологических исследований. Современные медицинские приборы, основанные на волоконной оптике, позволяют осматривать внутренние полости организма.
Спектральный анализ используется в судебной медицине, гигиене, фармакологии и биологии; достижения атомной и ядерной физики — для достаточно известных методов диагностики: рентгенодиагностики и метода меченых атомов.
Воздействие физическими факторами на организм с целью лечения
В общем комплексе различных методов лечения, применяемых в медицине, находят место и физические факторы. Укажем некоторые из них. Гипсовая повязка, накладываемая при переломах, является механическим фиксатором положения поврежденных органов. Охлаждение (лед) и нагревание (грелка) с целью лечения основаны на тепловом действии. Электрическое и электромагнитное воздействия широко используются ь физиотерапии. С лечебной целью применяют свет видимый и невидимый (ультрафиолетовое и инфракрасное излучения), рентгеновское и гамма-излучения.
Криобиология и криомедицина
Криобиология (от греч. κρύος — холод, bios — жизнь и logos — наука) — раздел биологии, в котором изучаются эффекты воздействия низких температур на живые организмы. На практике, в рамках криобиологии занимаются исследованиями биологических объектов или систем при температурах ниже нормальных. В качестве объектов могут служить белки́, клетки, ткани, органы, или целые организмы. Используются диапазон температур от умеренно низких до криогенных.
Важнейшие направления исследований:
Радиобиология и радиобиофизика
В радиационной биофизике ведутся работы по изучению превращения энергии при действии на живые организмы ионизирующих излучений.
Воздействие на организмы электромагнитных полей
Крымские исследователи пришли к заключению, что космическая погода влияет на биосферу через электромагнитные поля. Сотрудник КрАО кандидат физ.-мат. наук Б. М. Владимирский впервые предположил, что таким фактором может быть переменное магнитное поле (ПеМП) сверхнизких частот (СНЧ), интенсивность которого наиболее высока по сравнению с интенсивностью поля других частотных полос как в спокойные периоды, так и особенно во время геомагнитных возмущений, когда его интенсивность может возрастать в 10–100 раз, чего не наблюдается в других частотных диапазонах.
Важное значение для доказательства биологической активности столь слабых раздражителей как ПеМП СНЧ имели исследования на систему крови, которые проводились под руководством Н. А. Темурьянц.
Накопленный экспериментальный материал позволял сделать вывод, что если поля указанных параметров биологически эффективны, то их действие на биосубстрат должно быть в высокой степени избирательным. Иначе как реализуется их влияние при высоком уровне внешних шумов — в том числе, индустриального происхождения? Можно было ожидать, что действие этих полей на биосистемы должно быть «резонансным». Н.А. Темурьянц и В.Б. Макеев решили эту масштабную задачу путем перебора всех частот в полосе 0,1-100 Гц (с некоторым шагом). В качестве основного тестпоказателя использовались изменения активности энзимов форменных элементов периферической крови.
Статистический анализ всего накопленного массива данных позволил выявить следующие биологические активные частоты ПеМП (Гц):
Так был получен первый в мире «спектр действия» электромагнитных полей крайне низких частот (зарубежные исследователи, не зная этих результатов, и десятилетия спустя изучали действия слабых переменных полей на одной и той же частоте сети электропитания 60 Гц).
Воздействие космической погоды на биосферу [космоэкология]
Весь спектр влияния космоса на организмы приведён в трудах XIII Международной крымской конференции “КОСМОС И БИОСФЕРА”, 2019 (стр. 11):
 |
Квантовая биология
Принято считать, что в условиях тепла и беспорядка, царящих в живых клетках, квантовые эффекты можно, по сути, игнорировать. Между тем некоторые ученые предполагают, что существуют биологические феномены, которые можно объяснить квантовой механикой — и только. На самом деле, квантовая биология сильно влияет на жизненные процессы: