БИОФИЗИКА
биологическая физика,
наука, изучающая физич. и физико-химич. процессы, протекающие в живых организмах,
а также ультраструктуру биологич. систем на всех уровнях организации живой
материи - от субмолекулярного и молекулярного до клетки и целого организма.
Развитие Б. тесно связано с интенсивным взаимопроникновением идей, теоретич.
подходов и методов современной биологии, физики, химии и математики. Развитие
биологии показало, что для понимания и изучения элементарных биологич.
явлений необходимо применение понятий и методов точных наук. Такой подход
оправдан тем, что все биологич. объекты представляют в конечном итоге совокупность
атомов и молекул и подчиняются физич. и химич. закономерностям. Но так
как биологич. системы - это самоорганизующиеся системы, сложившиеся в процессе
эволюции, им присущи многие свойства, не имеющие места в неживой природе.
Сложность биологич. систем обеспечивает протекание процессов, маловероятных
для условий, обычно рассматриваемых в физике. Б. в основном рассматривает
целостные системы, не разлагая их, по возможности, на химич. компоненты.
В связи с этим возникает необходимость перерабатывать известные физико-химич.
методы, создавая высокоспециализированные биофизич. методы и приёмы.
Совр. Б., согласно классификации, принятой
Международным союзом теоретич. и прикладной биофизики (1961), включает
следующие осн. разделы: молекулярная Б., в задачу к-рой входит исследование
физич. и физико-химич. свойств макромолекул и молекулярных комплексов,
составляющих живые организмы, а также характера взаимодействия и энергетики
протекающих в них процессов; Б. клетки, изучающая физико-химич. основы
функции клетки, связь молекулярной структуры мембран и клеточных органелл
с их функцией, механич. и электрич. свойства, энергетику и термодинамику
клеточных процессов; Б. процессов управления и регуляции, к-рая занимается
исследованием и моделированием внутр. связей системы управления в организмах,
их физич. природой, исследованием физич. закономерностей живого на уровне
целого организма.
Однако исторически сложившийся круг проблем,
к-рыми занимается Б., шире. К Б. относится: изучение влияния физич. факторов
на организм (см. Вибрация, Ускорение, Невесомость); исследование
биологического
действия ионизирующих излучений, к-рое в связи с важностью и актуальностью
этого вопроса стало предметом радиобиологии,
специальной науки,
выделившейся из Б. Физич. анализ деятельности органов чувств, в первую
очередь оптики глаза, анализ работы органов движения, дыхания, кровообращения
как физич. систем, вопросы прочности и эластичности тканей (см. Биомеханика)
- существенные, исторически сложившиеся разделы Б. Важное значение
имеет и разработка физич. методов исследования биологич. систем - от макромолекул
до целого организма, без к-рых невозможно совр. биологич. исследование.
Отдельные исследования биофизич. характера
можно проследить с 17 в. В этот период были сделаны попытки применить понятия,
созданные в физике и химии, для анализа биологич. явлений.
Франц. учёный Р. Декарт рассматривал человеческое
тело как сложную машину. Он опубликовал ряд работ по исследованию органов
чувств - биоакустике и оптике. Последователь Декарта - итал. учёный
Дж. А. Борелли пытался объяснять движение живых существ чисто физич. закономерностями.
Л. Эйлер, проф. Петербургского ун-та, впервые математически описал движение
крови по сосудам. М. В. Ломоносов выдвинул в 1756 одну из первых гипотез
цветного зрения. Могучим толчком к физико-химич. исследованиям явлений
жизни послужили опыты итал. учёного Л. Гальвани, к-рый доказал наличие
"животного электричества". Во 2-й пол. 19 в. нем. учёные Г. Гельмгольц
и В. Вундт сформулировали осн. закономерности физиологической акустики
и физиологической оптики. Нем. врач Ю. Р. Майер, наблюдая насыщение кислородом
гемоглобина в крови человека в тропич. и умеренном климате, сформулировал
закон сохранения энергии. Г. Гельмгольц и М.Рубнер продолжили исследования
этого закона на живых организмах. Работами нем. учёных Г. Гельмгольца,
Э. Дюбуа-Реймона, Д. Бернштейна и ряда др. были заложены основы представлений
о механизме возникновения электрич. потенциалов в тканях и распространения
возбуждения по нерву. Значение ионного состава и реакции среды в жизни
клеток и тканей было выяснено в работах амер. исследователя Ж. Лёба, нем.
учёных В. Нернста и Р. Гебера.
В России И. М. Сеченов в конце 19 в. исследовал
физич. закономерности растворения газов в крови и биомеханику движений.
К. А. Тимирязев изучал фотосинтетич. активность отдельных участков солнечного
спектра в связи с распределением энергии в нём и особенностями спектра
поглощения хлорофилла (1903). А. Ф. Самойлов описал акустич. свойства среднего
уха. П. П. Лазареву принадлежит заслуга в развитии ионной теории возбуждения
(1916). М. Н. Шатер-ников использовал термодинамические представления в
исследованиях энерге-тич. баланса организмов (1910-20). В 1905-15 были
выполнены классич. исследования Н. К. Кольцова о роли физико-химич. факторов
(поверхностного натяжения, концентрации водородных ионов, катионов) в жизни
клетки. Этот этап предыстории Б., охватывающий период до 20гг. 20 в., характерен
появлением отдельных работ с использованием идей и методов физики и физич.
химии при исследовании движения, слухового и зрит, аппаратов, фотосинтеза,
механизма генерации электродвижущей силы в нерве и мышце, значения ионной
среды для жизнедеятельности клеток и тканей.
После Октябрьской революции сложились благоприятные
условия для развития Б. в СССР. В 1919 П. П. Лазарев создал в Москве Ин-т
биологич. физики, где вели работы по ионной теории возбуждения, кинетике
реакций, идущих под действием света, исследовали спектры поглощения и флуоресценции
биологич. объектов, а также процессы первичного действия на организм различных
факторов внеш. среды. Позже такие ин-ты были созданы и в др. странах. В
20-е гг. Кольцов сформулировал концепцию о молекулярной структуре гена
и матричном механизме передачи наследств, информации и синтеза макромолекул.
В 20-30-е гг. вышел ряд книг, оказавших глубокое влияние на последующее
развитие Б. в СССР: "Биосфера" В. И. Вернадского (1926),"Теоретическая
биология" Э. С. Бауэра (1935), "Физико-химические основы биологии" Д. Л.
Рубинштейна (1932), "Организация клетки" Н. К. Кольцова (1936), "Реакция
живого вещества на внешние воздействия" Д. Н. Насонова и В. Я. Александрова
(1940).
В эти годы шло постепенное формирование
базы для биофизич. исследований, разрабатывались новые методы, росло технич.
оснащение лабораторий. После 2-й мировой войны в СССР и ведущих капиталистич.
странах в результате огромного размаха исследований по физике и химии,
возникновения мощной приборостроительной пром-сти и резкого увеличения
финансирования биологич. исследований начинается бурное развитие Б.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я