BIOFYSIKK: HISTORIE, HVA DEN STUDERER, ANVENDELSER, KONSEPTER, METODER - BIOLOGI - 2026

De biofysikk er studiet av fysiske lover som opererer i levende organismer. Det er en tverrfaglig vitenskap som anvender fysikkens tilnærminger og metoder for å studere biologiske fenomener.

Den også kjente fysiske biologien, tar utgangspunkt i ideen om at alle fenomener som er observert i naturen har en forutsigbar vitenskapelig forklaring, og at alle levende systemer består av prosesser basert på fysiske lover.

Dobbel helix av DNA-kjede. Et av hovedfunnene i biofysikk. Kilde: Joseluissc3

Diskusjonen der biofysikk betraktes som en gren av fysikk, biologi eller begge deler er vanlig. I dette tilfellet er det viktig å merke seg at tendensen er å betrakte det som en gren av biologien.

Dette fordi kunnskapsutvekslingen vanligvis genereres fra fysikk til biologi, som er blitt beriket av fysiske fremskritt og begreper. Men det samme bidraget kan ikke bekreftes på en omvendt måte, det vil si at det fra ren fysikk ikke kan sies at biofysikk tilbyr ny kunnskap.

Biofysikk gir fysisk eksperimentell bevis og lar den dermed bekrefte teorier, men utvekslingen mellom fysikk og biologi er helt klart ensrettet.

Biofysikere er opplært i kvantitative vitenskaper innen fysikk, matematikk og kjemi for å studere alt relatert til biologiske systemers funksjon, struktur, dynamikk og interaksjon. Disse systemene inkluderer komplekse molekyler, celler, organismer og økosystemer.

Historie

Opprinnelsen til biofysikk dateres tilbake til det syttende århundre da naturvitenskapene ennå ikke hadde blitt delt som separate fagområder og på den tiden da den første undersøkelsen av bioluminescens fant sted.

Den første studien som ble oppdaget var den som ble utført av den tyske jesuitten, Athanasius Kircher (1602-1680), som publiserte verkene sine Ars Magna Lucis et Umbrae og dedikerte to kapitler til dyreluminescens.

Koblingen mellom elektrisitet og biologi var gjenstand for spekulasjoner ikke bare på det syttende århundre, men de neste to århundrene. Under hans tilnærming ble menneskenes fascinasjon for dyre- og naturlig elektrisitet, for eksempel ildfluer eller naturlige lynutslipp, tydelig.

I denne forskningsgrensen ble Giovanni Beccarias eksperimenter om elektrisk stimulering av muskler oppdaget i Italia, og på midten av 1700-tallet, noe som genererte kunnskap på dette området.

I 1786 startet Luigi Galvani en kontrovers rundt det elektriske potensialet i dyr. Motstanderen hans var ingen ringere enn Alessandro Volta som ved å utvikle det elektriske batteriet noe dempet den vitenskapelige interessen for det elektriske potensialet i levende vesener.

XIX århundre

Et av hovedbidragene på 1800-tallet var det fra Du Bois-Reymond professor i fysiologi i Berlin, som bygde galvanometre og gjennomførte studier om muskulær strøm og nerves elektriske potensial. Dette studieobjektet ble et av utgangspunktene for biofysikk.

En annen av dem var kreftene som var ansvarlige for den passive strømmen av materie i levende organismer, nærmere bestemt diffusjonsgradienter og osmotisk trykk. Langs disse linjene skiller bidragene fra Abbé JA Nollet og Adolf Fick seg ut.

Sistnevnte var den som publiserte den første biofysiske teksten Die medizinische Physik eller Medical Physics på spansk. I Ficks arbeid ble det ikke utført noen eksperimenter, men snarere ble det fremmet en analogi med lovene om varmestrømning, noe som gjorde det mulig å utslette lovene som styrer diffusjon. Senere laboratorieeksperimenter viste at analogien var nøyaktig.

Tjuende århundre

Det tjuende århundre ble preget av å begynne med en viss mestring av tyske forskere, som konsentrerte seg om å studere effekten av stråling.

En viktig milepæl i denne perioden var utgivelsen av boka ¿Qué es la vida? , av Erwin Schrödinger i 1944. I dette ble eksistensen av et molekyl i levende vesener som inneholdt genetisk informasjon i kovalente bindinger foreslått.

Denne boken og den ideen inspirerte andre forskere og førte dem til å oppdage den doble spiralstrukturen til DNA i 1953. Det var James Watson, Rosalind Franklin og Francis Crick som gjorde funnet.

I andre halvdel av 1900-tallet er det en tydelig modenhet av biofysikk. I disse dager ble universitetsprogrammer allerede presentert, og det var populært i andre land utenfor Tyskland. I tillegg fikk etterforskningen mer og mer rytme.

Hva studerer (gjenstand for studie)

Biomekanikk er en av grenene til biofysikk. Kilde: Mutuauniversal

Studiet av biofysikk strekker seg til alle skalaer i biologisk organisering, fra molekylær til organiske og andre mer komplekse systemer. Avhengig av oppmerksomhetsfokus kan biofysikk deles inn i følgende grener:

- Biomekanikk: studerer de mekaniske strukturene som finnes i levende vesener og som tillater bevegelse.

- Bioelektrisitet: studerer de elektromagnetiske og elektrokjemiske prosessene som oppstår i organismer eller som gir effekter på dem.

- Bioenergetikk: studiens formål er transformasjonen av energi som oppstår i biosystemer.

- Bioakustikk: det er vitenskapen som undersøker produksjonen av lydbølger, transmisjonen deres av et medium og fangst av andre dyr eller levende systemer.

- Biophotonics: fokuserer på interaksjoner mellom levende ting og fotoner.

- Radiobiologi : studerer de biologiske effektene av stråling (ioniserende og ikke-ioniserende) og dens anvendelser i felt og laboratorium.

- Proteindynamikk: studer molekylære bevegelser av proteiner og vurder deres struktur, funksjon og folding.

- Molekylær kommunikasjon : fokuserer på å studere generering, overføring og mottak av informasjon mellom molekyler.

applikasjoner

Temaene som er undersøkt av biofysikk kan overlappe hverandre med blant annet biokjemi, molekylærbiologi, fysiologi, nanoteknologi, bioingeniør, systembiologi, beregningsbiologi eller kjemi-fysikk. Imidlertid vil vi prøve å avgrense de viktigste anvendelsene av biofysikk.

Med oppdagelsen av DNA og strukturen har biofysikk bidratt til å skape vaksiner, utviklingen av avbildningsteknikker som gjør det mulig å diagnostisere sykdommer og generere nye farmakologiske metoder for å behandle visse patologier.

Med forståelsen av biomekanikk har denne grenen av biologi gjort det mulig å designe bedre proteser og bedre nanomaterialer som medikamenter kan leveres med.

I dag har biofysikk begynt å fokusere på spørsmål knyttet til klimaendringer og andre miljøfaktorer. For eksempel jobbes det med utvikling av biodrivstoff gjennom levende mikroorganismer for å erstatte bensin.

Mikrobielle miljøer blir også undersøkt og miljøgifter i atmosfæren spores med den kunnskapen som er oppnådd.

Hovedkonsepter

- Systemer : det er et ordnet aggregat av elementer som er inkludert mellom reelle eller imaginære grenser, som henger sammen og interagerer med hverandre.

- Proteiner : store molekyler som finnes i alle levende celler. De består av en eller flere lange kjeder av aminosyrer som oppfører seg som maskiner som utfører en rekke funksjoner, for eksempel strukturelle (cytoskjelett), mekaniske (muskler), biokjemiske (enzymer) og cellesignaler (hormoner).

- Biomembraner : væskesystem som har mange biologiske funksjoner som de må tilpasse sin sammensetning og mangfoldighet for. De er en del av cellene til alle levende vesener, og det er stedet der utallige små molekyler er lagret og fungerer som et anker for proteiner.

- Ledning : det er strømmen av varme gjennom faste medier på grunn av den indre vibrasjonen i molekyler, så vel som frie elektroner og kollisjoner mellom dem.

- Konveksjon : refererer til strømmen av energi gjennom strømmer av en væske (væske eller gass), det er en bevegelse av volum av væske eller gass.

- Stråling : varmeoverføring gjennom elektromagnetiske bølger.

- Deoxyribonucleic acid (DNA) : kjemisk navn på molekylet som inneholder den genetiske informasjonen i alle levende vesener. Deres viktigste funksjon er å lagre langsiktig informasjon for å bygge med andre komponenter i celler, de har også instruksjoner brukt for utvikling og drift av alle levende organismer.

- Nervøs impuls : det er en elektrokjemisk impuls som har sitt utspring i sentralnervesystemet eller i sanseorganene i nærvær av en stimulus. Denne elektriske bølgen som går gjennom hele nevronet, blir alltid overført på en ensrettet måte, inn i dendritene i cellene og går gjennom aksonet.

- Muskelsammentrekning: fysiologisk prosess der musklene strammes, og får dem til å forkorte, forbli eller strekke seg på grunn av glidningen av strukturene som utgjør den. Denne syklusen er koblet til muskelfiberens struktur og overføring av elektrisk potensial gjennom nervene.

metoder

Biofysiker AV Hill vurderer at mental holdning ville være hovedverktøyet til biofysikeren. Med dette som grunnlag argumenterer han for at biofysikere er de individer som kan uttrykke et problem i fysiske termer, og som ikke er differensiert av de spesielle teknikkene som brukes, men av måten de formulerer og angriper problemer.

I tillegg til dette er muligheten til å bruke kompleks fysisk teori og andre fysiske verktøy for å studere naturlige objekter. I tillegg er de ikke avhengige av kommersielt bygde instrumenter, siden de vanligvis har erfaring med å sette sammen spesialutstyr for å løse biologiske problemer.

Automatisering av kjemiske analyser og andre diagnostiske prosesser ved bruk av datamaskiner er aspekter som må tas i betraktning i gjeldende biofysiske metoder.

I tillegg utvikler og bruker biofysikere datamodelleringsmetoder, som de kan manipulere og observere former og strukturer av komplekse molekyler, så vel som virus og proteiner.

referanser

1. Solomon, A. (2018, 30. mars). Biofysikk. Encyclopædia Britannica. Gjenopprettet på britannica.com
2. Biofysikk. (2019, 18. september). Wikipedia, The Encyclopedia. Gjenopprettet fra wikipedia.org
3. Wikipedia-bidragsytere. (2019, 23. september). Biofysikk. I Wikipedia, The Free Encyclopedia. Gjenopprettet fra wikipedia.org
4. Hva er biofysikk? Kjenne studietakene og historien. (2018, 30. november). Gjenopprettet fra branchdelabiologia.net
5. Byofysisk samfunn. (2019) What Is Biophysics. Gjenopprettet fra biophysics.org
6. Nahle, Nasif. (2007) Didaktisk artikkel: Biofysikk. Organisasjonen for biologiologi. Gjenopprettet fra biocab.org