Биофизика

Биофизика — наука, изучающая физико-химические и физические процессы, протекающие в живых системах, а также влияние на них различных физических факторов. Она исследует жизнь на всех уровнях организации — от молекул до целых экосистем.

Основные разделы биофизики:

Молекулярная биофизика изучает структуру и функциональные свойства биологических макромолекул (белков, нуклеиновых кислот) и других важных соединений.
Биофизика клетки исследует физико-химические процессы, лежащие в основе жизнедеятельности клетки, и роль внутриклеточных, особенно мембранных, структур.
Биофизика сложных систем занимается взаимодействием и взаимной регуляцией процессов на уровне тканей, органов, целого организма и сообществ, часто с применением математического моделирования.

Границы биофизики условны: по объектам и методам она тесно связана с молекулярной биологией, биохимией и биоорганической химией, вместе с которыми часто объединяется в понятие «физико-химическая биология». Из биофизики как самостоятельные дисциплины выделились радиобиология, биомеханика, фотобиология и другие.

Исторический контекст

Биофизика развивалась через объединение биологических подходов с идеями и методами физики, физической химии и математики.

В XVII веке были предприняты первые попытки применить законы механики для изучения организма (кровообращение, восприятие звука и света).
Ключевое значение имело открытие в конце XVIII века Луиджи Гальвани «животного электричества».
В XIX — начале XX века были заложены основы представлений о принципах энергетики организмов (Юлиус Роберт Майер), физических основах работы органов чувств (Герман Гельмгольц), взаимодействии света с биологическими структурами (Климент Аркадьевич Тимирязев, Пётр Петрович Лазарев), а также об осмотических и биоэлектрических явлениях в тканях и клетках (Эмиль Дюбуа-Реймон, Юлий Бернштейн, Жак Лёб, Вальтер Нернст).

Современные направления

Традиционные и активно развивающиеся области биофизики включают:

Термодинамику открытых биологических систем.
Исследование сопряжения энергетических процессов с превращением и транспортом веществ в мембранах клетки и связанных с ними биоэлектрических явлений.
Изучение механизмов мышечного сокращения и других форм движения (Глеб Михайлович Франк).
Биофизические основы фотобиологических процессов (Александр Николаевич Теренин, Александр Абрамович Красновский).
Исследования временнóй организации биологических систем, принципов их самоорганизации, эволюции и авторегуляции, что связывает биофизику с кибернетикой и хронобиологией.

Практическое значение

Многие направления биофизики имеют важное прикладное значение:

Разработка методов использования солнечной энергии (биомиметические подходы).
Применение биофизических методов и физических воздействий (ультразвук, лазерное излучение, магнитные поля) в медицине для диагностики и терапии.
Создание новых биосенсоров и медицинского оборудования.
Понимание молекулярных основ заболеваний для разработки новых лекарств.