От молекул и клеток до биосферы – чем занимается биофизика
Наука, которая объединила в себе физические и биологические закономерности, биофизика, является относительно молодой наукой.
В России в начале 1960-х годов была создана лаборатория космической биологии, которую возглавил Андрей Рубин. Сегодня Андрей Борисович - академик РАН, профессор МГУ, известный биофизик, рассказал, что лежит в поле интересов ученых.
Биофизика – это пограничная, междисциплинарная область знаний.
По мере того, как человек изучал всё большее количество природных явлений и процессов, возникло разделение на науки. Наиболее фундаментальная наука – это физика, наука о взаимодействиях. Физика изучает вопрос «почему это происходит?», а объектом её изучения служит всё, что нас окружает. От космоса и Вселенной до элементарных частиц.
Биология, физика, химия – все изучают свою область знаний по отдельности. Но в природе-то всё едино.
Биофизика призвана выявлять связи между физическими механизмами, лежащими в основе организации живых объектов, и биологическими особенностями их жизнедеятельности. Не все взаимодействия играют большую роль в биологии, но многие играют, и очень важную.
Так же как и всё в природе, в человеке тесно переплетено физическое и биологическое начало. В организме человекаможно 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 так далее.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 структуру биологических систем на всех уровнях организации — от молекулярного до клетки и целого организма.
В 60х годах, после полета Гагарина, была эпоха, когда мы шли впереди планеты всей и всё стремительно развивалось. Тогда же и возникла лаборатория космической биологии. Космическая биология и космическая медицина тесно связаны. Медицина занимается непосредственно здоровьем космонавтов. А космическая биология – это признание того факта, что речь идёт о гораздо более серьёзных проблемах. В частности, это проблема жизнеобеспечения человека в космосе не за счёт запасов, а за счёт возобновляемых в космосе ресурсов.
Например, проводились многочисленные наземные эксперименты по выработке, используя фотосинтез, кислорода из водорослей. Разрабатываются технологии для обеспечения полностью замкнутого цикла. Но в основном, конечно, на космических кораблях пока используются привезённые с собой запасы.
На примере фотосинтеза видно, что мы занимаемся глобальными проблемами – происхождение жизни, роль света как источника энергии.
Мы работаем на молекулярном уровне. Если посмотреть на цепочку эволюционного развития организма от амёбы до человека, то представляется, что между ними нет ничего общего, это абсолютно разные организмы. Но если посмотреть на строение и свойства отдельных «кирпичиков» – ферментов и других составляющих, которые есть и там и там, то сходство очень большое.
В организме, кроме физических макропроцессов, как и в неживой природе, имеют место молекулярные процессы, которые в конечном итоге и определяют поведение биологических систем. Понимание физики таких микропроцессов необходимо для правильной оценки состояния организма, природы некоторых заболеваний, действия лекарств и т.д.
«Мы не чисто кабинетные учёные, результаты нашей работы идут в практическое применение».
Подробнее: