ЛЕКЦИЯ № 8. Биофизика

1. Общие понятия и история

Биофизика - это наука, которая изучает физические и физико-химические явления, которые происходят в живых организмах. Также данная наука изучает структуру и свойства биополимеров, а также влияние различных физических факторов на живые организмы и живые системы.

На протяжении наиболее продолжительного периода истории человечества считалось, что науки являются "несмешиваемыми". Прошло множество веков, и человечество поняло, что для дальнейшего развития надо изучать "гибридные науки". Первые в мире попытки применить физические методы и идеи к изучению живого организма были предприняты еще в XVII в.

Дальнейшее развитие биофизики связано с:

1) изучением работ Луиджи Гальвани. В своих работах он выдвигал существование "животного электричества" (более подробно о нем будет рассказано ниже);

2) изучением работ Г. Гельмгольца, а также с изучением и развитием акустики и оптики;

3) изучением механики и энергетики живых организмов;

4) изучением работ П. П. Лазарева и работ Ю. Бернштейна, а также с изучением ионной и мембранной теории возбуждения.

Биофизика изучает целостные системы, не разлагая их на составные части. Если же будут выделяться составные части, то в процессе такого "выделения" частного из целого будут утрачены важные для дальнейшего нормального существования свойства целостной системы. Это прежде всего негативно отразится на самой биофизической науке. Полимеры нормально функционируют исключительно в условиях ненарушенной, целостной системы. Поэтому биофизики должны изобрести новые приемы и методы исследования. Главной особенностью таких методов является то, что они изучают полимеры именно в тех условиях, в которых они и живут.

Если были нарушены важные для дальнейшего нормального существования свойства и процессы клетки, то, соответственно, изменяются и ее физические и химические параметры. При определенных воздействиях клетка может потерять ряд своих способностей (например, способность к поляризации), хотя внешний вид клеток может оставаться неизменным.

Но клетка может не только потерять свои способности, но и приобрести так называемые артефакты.

Артефакт для биофизики - это вновь образованные структуры и соединения. Главная особенность артефактов заключается в том, что их нет в неповрежденных, т. е. в целых клетках.

С появлением микроскопов, а затем с использованием электронных микроскопов значительно расширились границы исследования биологии, химии, биофизики и многих других наук. Ученые, используя методы электронной микроскопии, пытаются вскрыть детали тонкого строения молекулярного вещества. При этом они могут наткнуться и на артефакты. К чему это может привести? А вот к чему:

1) если артефакт по внешним признакам неотличим, то это может привести к ошибочным результатам. Помимо "внешнего сходства", здесь также играют заметную роль такие факторы, как наличие достаточных знаний у ученого и проявление им в процессе исследования клетки предельного внимания;

2) артефакт может быть обнаружен, если ученый обладает достаточным объемом знаний и информации, а также проявил максимальное внимание.

Перед биофизической наукой стоит ряд сложных теоретических и практических задач. Эти задачи входят в компетенцию биофизики, а другие науки могут оказывать ей помощь:

1) вопрос размена энергии в биологическом субстрате;

2) исследование роли субмикроскопических и физико-химических свойств и структур в жизнедеятельности клеток и тканей;

3) возникновение возбуждения и происхождение биоэлектрических потенциалов;

4) вопросы авторегулирования физико-химических процессов в живых организмах.

Значение четвертой задачи, т. е. задачи, касающейся вопросов авторегулирования физико-химических процессов в живых организмах, состоит в том, что надмолекулярные структуры, которые отсутствуют в живых организмах, были выявлены в гистологических препаратах. Достоверно установлено, что живым клеткам присущи следующие свойства:

1) наличие электрического потенциала между непосредственно самой клеткой и окружающей ее средой;

2) живая клетка удерживает ионный градиент по калию и натрию между клеткой и окружающей ее средой;

3) способность поляризировать электрический ток.

Эти свойства присущи только живым клеткам. Одну из самых заметных ролей в истории появления и развития биофизики сыграл выдающийся ученый Луиджи Гальвани.

2. Луиджи Гальвани, его теория. Спор с Вольтом

Луиджи Гальвани (1737-1798 гг.) - выдающийся ученый, он занимался анатомией и физиологией. Гальвани стал одним из основателей учения об электричестве. Луиджи Гальвани также известен тем, что он первый обратил внимание на то, что электрические явления возникают при мышечном сокращении (этот эффект, а точнее, явление, был назван "животным электричеством").

Луиджи Гальвани родился 9 сентября 1737 г. в Италии, в г. Болонье. Он не планировал заниматься науками, а искал уединения и хотел беседовать в своих молитвах с Творцом, Богом. Поэтому Гальвани сначала готовился постричься в монахи, но уйти жить в монастырь у него не получилось. Скорее всего, Гальвани понял, что аскетический образ жизни не для него, и мировая история приобрела еще одного выдающегося ученого.

Гальвани поступил в местный университет, после окончания которого в 1759 г. начал готовить свою научную диссертацию. На свою научную работу Луиджи Гальвани тратит целые годы. В 1762 г. Гальвани с успехом защищает свою диссертацию, которая была названа "О костях". Успех Гальвани был настолько огромен, что он сразу же занял пост главы кафедры анатомии университета, который он сравнительно недавно окончил. Таким образом, была по достоинству оценена работа молодого ученого.

Параллельно с научной работой Луиджи Гальвани занимался и практикой: хирургией и акушерством. Через 12 лет, в 1774 г., Гальвани, проводя опыт над лягушкой, открывает "животное электричество". Луиджи Гальвани заинтересовался этим явлением как физиолог. Его заинтересовала способность мертвого препарата проявлять себя как живой материал. Он менял положение металлического провода в теле лягушки, менял источники тока и множество других параметров.

Проводя такой опыт, Луиджи Гальвани хотел использовать в качестве источника тока природное электричество, но погода стояла ясная и на небе не было ни облачка. Ученый чисто случайно прижал электроды, которые были воткнуты в спинной мозг лягушки, к железной решетке, на которой и лежала лягушка. Луиджи Гальвани был очень сильно удивлен, когда увидел, что появились такие же сокращения, как и во время опытов, которые проводились во время грозы.

Еще больше Луиджи Гальвани был удивлен, когда выяснил, что мышцы сокращаются и в то время, когда внешний источник тока отсутствует. Оказалось, что мышцы начинают сокращаться и при простом наложении на них двух пластин разных металлов, соединенных проводником.

Этими опытами физиолога Луиджи Гальвани заинтересовался другой известный ученый - физик Алессандро Вольта. Вольта высказал предположение, что электричество заключается в тех двух пластинах разных металлов, которые использовал Гальвани. И электричество возникает при соединении этих пластин проводником. Таким образом, физик Алессандро Вольта стал оппонентом в научном споре физиолога Луиджи Гальвани.

Так начался величайший спор между двумя учеными. Алессандро Вольта настаивал на том, что источник электричества - это металлы, а другой настаивал на том, что источник тока - это животные. Оба ученых проводили эксперименты в подтверждение своей теории. Луиджи Гальвани, как ему показалось, нашел неопровержимые доказательства своей точки зрения, которая состоит из двух элементов:

1) доказал, что электричество возникает и без участия металлов;

2) сняв кожный покров с нерва лапки лягушки, Луиджи Гальвани поднес его к мышцам. Мышца начала сокращаться.

Алессандро Вольта, однако, не успокоился и не отступился.

Он тоже привел весьма и весьма убедительные доказательства в пользу своей точки зрения.

Хотя и Гальвани, и Вольта считали, что в споре прав только один из них, по прошествии продолжительного периода времени стало ясно, что обе точки зрения имеют право на существование.

Алессандро Вольта был соотечественником Луиджи Гальвани, так как оба они родились в Италии, но в разных городах. Важнейшим его вкладом в развитие науки было изобретение им принципиально нового источника постоянного тока. В 1800 г. Алессандро Вольта создал так называемый вольтов столб. Это был первый химический источник электричества. Имя Алессандро Вольта было увековечено тем, что в честь него назвали единицу разности потенциалов электрического поля (вольт). Свое заслуженное признание Вольта получил в XIX в. В 1800 г. Наполеон Бонапарт открывает университет в Павии и Вольта назначают профессором кафедры экспериментальной физики.

Также Вольта был введен в комиссию института Франции; через несколько лет он получает золотую медаль, а также премию первого консула; его приглашают работать в Петербург. Папа римский назначает ему пожизненную пенсию, а во Франции он получает орден Почетного легиона.

Позже Вольта переезжает жить и работать в Австрию, в университет города Павия. К этому времени ученый был уже удостоен дворянского титула графа.

Австрийские власти так берегли Вольта, что разрешили ему работать, не посещая службу, а также подтвердили его право на пожизненную пенсию. В Павии Вольта был деканом философского факультета.

Умер Алессандро Вольта 5 марта 1827 г. у себя на родине, в итальянском городе Комо.

Автор: Филин С.П.

<< Назад: Биохимия (Понятие биохимии, история ее появления. Белозерский Андрей Николаевич и его научные работы)

>> Вперед: Время (Однородность времени. Непрерывность времени. Однонаправленность времени)

Рекомендуем интересные статьи раздела Конспекты лекций, шпаргалки:

▪ Общая гигиена. Шпаргалка

▪ Теория организации. Конспект лекций

▪ Экспериментальная психология. Конспект лекций

Смотрите другие статьи раздела Конспекты лекций, шпаргалки.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Интерактивная система Lego Smart Play 17.01.2026

Компания Lego предложила новый подход к конструкторским играм, представив платформу Smart Play, которая объединяет традиционные кирпичики с сенсорами, звуками и возможностью реагировать на действия ребенка. Разработка системы заняла около восьми лет и направлена на поддержку социальной, сюжетной и творческой игры. Главная идея Smart Play заключается в том, чтобы "спрятать" сложную электронику внутри конструкции. Это позволяет детям сосредотачиваться не на гаджетах, а на создании историй, взаимодействии с персонажами и собственной фантазии. Технология ориентирована на развитие творческого мышления и вовлечение в игру с самого начала. Система базируется на специальном "умном кирпиче", оснащенном датчиками, который способен реагировать на движение, воспроизводить звуки и распознавать другие элементы конструктора, включая умные минифигурки. Дополнительные Tiny Smart Tags позволяют платформе понимать контекст использования кирпичей: например, находится ли элемент в машине, вертолете и ...>>

Геймерские AR-очки ROG XREAL R1 17.01.2026

Дополненная реальность (AR) стремительно проникает в сферу развлечений, открывая пользователям новые формы взаимодействия с играми и мультимедийным контентом. Компании ASUS и XREAL представили долгожданное устройство - AR-очки ROG XREAL R1, которые обещают изменить представление о мобильных играх и иммерсивном игровом опыте. Новинка поражает своими техническими характеристиками. Каждое глазное яблоко пользователя получает изображение с помощью двух micro-OLED дисплеев с разрешением 1920x1080, пиковая яркость достигает 700 нит, а поле зрения составляет 57°. Частота обновления 240 Гц обеспечивает плавное изображение даже в динамичных играх, а встроенные динамики от Bose гарантируют качественный звук. Центром управления устройством стал ROG Control Dock - настоящий мультимедийный хаб, оснащенный двумя HDMI 2.0 и DisplayPort 1.4. Он позволяет мгновенно переключаться между ПК, консолями и другими устройствами. Подключение через USB-C обеспечивает максимальную совместимость, включая по ...>>

Большой адронный коллайдер прекращает работу 16.01.2026

Физика элементарных частиц - одна из самых передовых областей науки, где каждый эксперимент может изменить наше понимание мироздания. Центральным инструментом этих исследований является Большой адронный коллайдер (LHC), уникальный ускоритель частиц, позволяющий изучать самые фундаментальные законы природы. Недавно стало известно, что LHC временно прекращает свою работу для масштабной модернизации, которая подготовит его к новому этапу экспериментов с гораздо большей производительностью. Коллайдер, расположенный в подземном тоннеле вдоль швейцарско-французской границы, создает столкновения частиц на невероятно высоких энергиях. Именно здесь в 2012 году ученые открыли бозон Хиггса - ключевую частицу, объясняющую, почему другие элементарные частицы имеют массу. Это открытие стало одним из самых значимых событий современной физики и подтвердило предсказания Стандартной модели. Причиной временной остановки LHC стало развертывание проекта High-Luminosity LHC (HL-LHC). Модернизация позв ...>>

Случайная новость из Архива Дистанционное выключение двигателей автомобилей 09.02.2014 В Европе могут принять закон, в соответствии с которым на местном рынке будет запрещена продажа автомобилей, не оборудованных системой дистанционного выключения двигателя. Разработкой этой технологии занимается сейчас группа под названием Enlets. Об этом сообщает издание The Telegraph, в распоряжение которого попали конфиденциальные документы. Системой могут быть оборудованы все автомобили, которые производятся в Европе для местного рынка. При этом планируется в законодательном порядке запретить ввоз в Европу автомобилей, которые такой системой не оборудованы. Система способна обеспечить перекрытие подачи топлива и блокировку зажигания. Активация системы может производиться по запросу полицейских диспетчером, работающим за центральным пультом управления. Разработчики предполагают, что новшество даст возможность значительно упростить поимку преступников, пытающихся скрыться на автомобиле. Система позволит отказаться от использования таких традиционных методов, как ленты с шипами и стрельба по покрышкам из огнестрельного оружия, что позволит сократить ущерб, получаемый техникой и людьми во время погони. Планируется закончить разработку системы в течение 6 лет. Примерно к 2019 г. должен быть введен закон, в соответствии с которым продажа автомобилей, не оборудованных соответствующим образом, будет запрещена в Европе.

Другие интересные новости:

▪ Оптимизм не заложен с рождения

▪ 72-слойная флэш-память 3D-NAND

▪ Увлажнитель-очиститель

▪ Цитрусовые волокна как экологичная альтернатива яйцам и маслу

▪ 30-вольтовые HEXFET МОП-транзисторы

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электротехнические материалы. Подборка статей

▪ статья Нулевой вариант. Крылатое выражение

▪ Каковы пути развития стран Юго-Западной Азии? Подробный ответ

▪ статья Аквапед-поплавок. Личный транспорт

▪ статья О керамических конденсаторах. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Двуполярное напряжение из обыкновенного. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026