Введение

Биофизика возникла на стыке биологии и физики. Являясь преимущественно биологической наукой, поскольку основной объект исследования представляет собой живой организм, биофизика использует универсальный характер основных физических законов при изучении процессов жизнедеятельности. С учетом этого биофизика может быть определена как наука о наиболее простых и фундаментальных взаимодействиях, лежащих в основе биологических явлений.

Серьезный шаг в развитии биофизики связан с открытием биологического электричества (Л. Гальвани, 1791). Он обнаружил феномен подергивания лягушачьих лапок в ответ на электрический разряд и предположил главную роль электричества в нервно-мышечной передаче. В 1837 г. Ф. Матеуччи, используя гальванометр, впервые зарегистрировал потенциал живых клеток.

Современный этап развития биофизики начался с открытия пространственной структуры белка (Л. Полинг) и двойной спирали ДНК (Д. Уотсон, Ф. Крик). Последовательное применение физических методов при изучении биологических мембран привело к открытию ионной природы биоэлектрических явлений (А. Ходжкин, А. Хаксли). На основе модели возбудимой мембраны (модель Ходжина-Хаксли) были найдены специальные структуры, названные ионными каналами. Расшифрована молекулярная структура одиночных ионных каналов (Б. Сакман, Э. Неер). В биофизике сложных систем плодотворными оказались физические идеи термодинамики необратимых процессов (И. Пригожин) и представления о гиперциклах как основе эволюции (М. Эйген). На основе сделанных открытий в биофизике выделяют три основных направления - молекулярная биофизика, биофизика клетки и биофизика сложных систем.

Молекулярная биофизика изучает функционально активные вещества и среди них белки и нуклеиновые кислоты. Биофизика клетки изучает принципы организации и функционирования живой клетки и ее фрагментов, биологических мембран. Биофизика сложных систем анализирует процессы, протекающие на уровне целого организма, надорганизменных систем (популяций и экологических сообществ), биосферы в целом. Делаются попытки использовать биофизические подходы к анализу социальных процессов.

Построение моделей является одним из главных этапов биофизического исследования. Живой организм представляет собой сложную систему, поэтому в качестве моделей используются физические, аналоговые и математические. Основными критериями модели является ее адекватность и степень приближенности к оригиналу. В биофизике любое открытие получено путем применении моделей. В биофизике мембран структура плазматической мембраны представлена в виде жидкостно-мозаичной модели, предложенной Сингером и Никольсоном. Важную роль сыграла аналоговая электрическая модель возбудимой мембраны в исследованиях Ходжкина и Хаксли. Для описания автоволновых процессов в активных средах используется т-модель, предложенная Винером и Розенблютом. В биофизике мышечного сокращения используется модель скользящих нитей X. Хаксли. В биологии и медицине важное значение имеют модели роста численности популяции и фармакокинетическая модель.

Биофизика все глубже внедряется в медицину. Новые биофизические подходы находят применение в диагностике и лечении различных заболеваний, например, магнитно-резонансная томография, воздействие электромагнитными волнами высокочастотного диапазона, рентгеновское излучение, радиоактивное излучение, методы клеточной терапии, гамма-терапия и др.