» ГЛАВНАЯ > К содержанию номера
» Все публикации автора
Журнал научных публикаций
«Наука через призму времени»

Июнь, 2020 / Международный научный журнал
«Наука через призму времени» №6 (39) 2020
Автор: Шахватова Анастасия Сергеевна, студент бакалавр
Рубрика: Биологические науки
Название статьи: Биофизика
Дата публикации: 11.06.2020
УДК 577.353
БИОФИЗИКА
Шахватова Анастасия Сергеевна
студент
Кораблева Анастасия Сергеевна
студент
Кирюхин Алексей Юрьевич
доцент
Стерлитамакский филиал
Башкирского государственного университета, г. Стерлитамак
Аннотация. Физики ставят
вопрос: «Как оно работает? Какие глубинные физические принципы работы
биологической системы?», а биологи – «Почему оно такое? Почему эволюция выбрала
именно такое строение?». Биофизика функционирует бок о бок с биологией,
биохимией, компьютерными науками и активно обменивается с ними данными и
идеями.
Ключевые слова: физика, биология,
живые организмы, биофизика, живые организмы
Биофизика исследует
самые разнообразные проявления живого: от действия отдельных молекул в клетках
или распространения нервных импульсов в мозгу до движения крови в сосудах или
определение скорости бега тигра. На практике это выливается в определение
проницаемости мембран клеток для лекарственных препаратов; создание дизайна
синтетических молекул, которые могут останавливать размножение раковых клеток; разработку
оптимальной конструкции искусственного сердца; создание протезов, управляемых
силой мысли и тому подобное. Даже реалистичность изображения динозавров или
каких-либо других анимаций в кино и в компьютерных играх базируется на
биофизических расчетах механики их передвижения.
Биологические
системы невероятно сложные. Чтобы не запутаться, биофизикам приходится
определять важнейшие параметры системы и игнорировать все другие. Так создают
упрощенную модель системы, которая описывает именно те характеристики реального
объекта, которые в данный момент являются предметом изучения. Скажем, для
моделирования бега динозавра не важно, как он переваривает пищу, зато надо
указать прочность его костей, силу мышц, эластичность связок и вес тела.
Создание адекватной модели сложной системы – это своеобразное искусство,
которое полностью зависит от мастерства ученого.
Модель, как правило,
является набором уравнений или алгоритмов, что математическими средствами
отражает поведение живой системы. Поскольку расчеты могут быть достаточно
длительными и сложными, то решают эти уравнения на мощных компьютерах.
Например, моделирование движения химических групп фермента в процессе его
каталитической реакции может потребовать месяцев работы суперкомпьютеров с
тысячами процессоров.
Модель
биологического объекта описывает только маленькую долю всех его свойств и имеет
четко очерченные границы применения. При выходе за эти пределы модель перестает
быть адекватной – ее результатам нельзя доверять. Скажем, уже упомянутая модель
передвижения динозавра не применима к описанию полета птиц, а модель работы
сердца человека не подходит для описания сердца насекомого.
Кроме того, любая
модель всегда является упрощенной. Даже детальное моделирования мышечной
системы человека вряд ли сможет передать мелкие различия осанки и походки двух
разных людей, возникших из-за ношения разной обуви. Чрезмерная точность
моделирования является даже вредной. Представьте себе, что когда-то мы смогли
бы собрать точную модель кота из отдельных атомов и запустить ее благодаря
сверхмощному компьютеру. Такой «виртуальный» кот будет вести себя как
настоящий, но поможет модель понять, как работает мозг животного? Сомнительно,
потому что эта модель такая же сложная, как и реальное животное, и не будет
нести никаких полезных сообщений. Таким образом, мотивы поведения кота
останутся непонятными, а научный метод — дискредитированным.
Понимание границ
применения прогностических возможностей модели является ключевым для ее
успешного использования в любой области науки. В биофизике это особенно
актуально, поскольку сложность исследуемых биологических систем выходит за
пределы нашего воображения.
Список литературы:
- Владимиров Ю., Рощупкин Д. И., Потапенко А. Я., Деев А. И. Биофизика; Медицина - Москва, 1983. - 272 c.
- Волькенштейн, М.В. Биофизика; М.: Наука - Москва, 1981. - 576 c.
- Плутахин Г. А., Кощаев А. Г. Биофизика; Лань - Москва, 2012. - 240 c.
- Под редакцией Артюхова В. Г. Биофизика; Академический Проект, Деловая книга - Москва, 2009. - 304 c.
- Рубин, А.Б. Биофизика. Биофизика клеточных процессов; М.: Университет; Издание 2-е, испр. и доп. - Москва, 2000. - 468 c.
Комментарии: