Ва ўрта махсус таълим вазирлиги

I Биофизика фанининг предмети ва вазифалари

1.1. Биофизиканинг предмети ва вазифалари

Биофизика ёш фанлардан бўлиб, академик Франк сўзи бўйича у “барча биология фанларининг назарий пойдевори” дир. Табиий фанларнинг жадал суръатлар билан ривожланиши, билимларнинг янги соҳаларининг келиб чиқиши замонамизнинг характерли хусусиятидир. Физика ва техника фанларининг тараққиёти бошқа фанлар қатори биологияга ҳам катта таъсир кўрсатмоқда. Физикавий услублар ва таҳлилларни барча табиий фанларда, шу жумладан биологияда ҳам кенг миқёсда қўлланиши натижасида биологик тизимларда кечадиган физикавий ва физик-кимёвий жараёнларни ва физик омилларнинг уларга таъсирини ўрганувчи биофизика фани ривожланди ва у ҳозирги вақтда фундаментал биологик фанларнинг бири бўлиб ҳисобланади. Биофизика фани бу биологик тизимларда кечадиган ва улар фаолияти асосида ётувчи физикавий ҳамда физик-кимёвий жараёнларни тадқиқ этувчи фандир.

Биофизика материянинг ҳаракати ва ўзаро алоқадорлиги хусусиятларини ўзида мужассамлаштирган энергиянинг хоссалари, кучлар ва улар ўртасидаги муносабатлар, кинетика, термодинамика ҳамда ахборот қабул қилиниши ва қайта ишланиши назариялари ҳақидаги умумий ва хусусий қонуниятларни биологик тизимларда физика қонунлари асосида тадқиқ этади. Бунда биофизика тирикликнинг энг мураккаб, молекуляр даражада тузилиши доирасида ҳам иш олиб боради.
Мураккаб биологик тизимлар, уларнинг динамик ҳолати, биологик тузилмалардаги макромолекулалар конформация тузилиши ва хоссалари, тизимдаги жараёнларнинг тартибга туширилганлик ҳолатлари каби кенг қамровли билимлар мажмуасини таҳлил қилиш жараёнида биофизика кўпгина аниқ фанлар тадқиқот усулларидан фойдаланилади. XX асрга келиб биофизиканинг ривожланишида физика, кимё, математика фанлари эришган ютуқлар асосида изотоп атомлар ёрдамида таҳлил, спектрал ва радиоспектроскоп таҳлиллар каби услублар яратилди.
Биофизика кимёвий кинетика, энергия трансформацияси асосида термодинамиканинг биринчи қонуни, биологик тизимлар динамикасини ўрганиш асосида термодинамиканинг иккинчи қонуни каби умумбиологик тушунчаларни таҳлил қилиши билан бир қаторда тирик тизимларнинг молекуляр даражадаги структура тузилишлари ва ушбу тузилиш даражаларида борадиган жараёнларни умумбиологик қонуниятлар билан уйғунлиги каби мураккаб ҳолатларни ҳам ўрганади.
Мураккаб биологик тизимлар хусусиятларини ўрганишда математик моделлаш усуллари қўлланилади. Биофизика умумий ҳолда биологик тизимларда амалга ошувчи жараёнларни тартибга тушириш ва бошқариш, биополимерларнинг ферментатив катализи, биологик мембраналар орқали моддалар ташилиши, қисқарувчи тизимлар ва қуёш энергиясининг тирик тизимларда боғланиши каби жараёнларини биология соҳаси доирасида физика қонунлари асосида тушунтириб беради.
Мураккаб биологик тизимлар кинетикасида математик моделлаш ва дифференциал тенгламалар асосида ҳужайралар ўсиш динамикаси ёки экологик тизимларда популяция сони ўзгаришларининг динамикасини ўрганиш биофизика фанининг мухим йўналишларидан бири ҳисобланади.
Мураккаб биологик тизимларда дифференциал тенгламалар ёрдамида асосан сифат таҳлили тизимдаги барқарор ҳолатлар мавжудлиги ва уларнинг сони, барқарорлик хусусиятининг вақт давомида ушлаб турилиши, тизимда бир меъёрий ҳолатдан иккинчисига ўтиш имкониятлари, шунингдек автотебранишли жараёнлар каби ҳолатлар устида олиб борилади.
Шунингдек ушбу тизимда вақт иерархияси ўзгаришлари, биологик тизимда ўз-ўзини ташкил этишда (самоорганизация) параметрлар ўзгаришлари, тизимда бифуркация нуқтаси орқали боғланишлар хусусиятлари мураккаб математик усуллар ёрдамида кўриб чиқилади.
Биологик тизимлар фаолиятидаги турли хил ўзгаришлар тизимдаги макромолекулалар мажмуасидаги конформация ўзгаришлари билан боғлиқ ҳисобланади. Бунда ҳарорат, муҳитнинг рН-кўрсаткичи қиймати, моддалар концентрациясининг ўзгаришлари каби омиллар таъсирида тизимда барқарор меъёрий ҳолатдан бифуркация нуқтаси орқали амалга ошувчи ўзгаришларни келтириб чиқаради.
Биофизика фанининг термодинамика бўлимида қайтмас жараёнларда энтропия тушунчасининг мавжудлигини ҳисобга олган ҳолда тизимда барқарор ҳолатни юзага келтириш масалалари кўриб чиқилади.
Молекуляр биофизика макромолекулаларнинг электрон-конформация тузилиши асосида фаолият механизмларини тадқиқ этади. Бунда макромолекула фаолият динамикасидаги ўзгаришлар, энергия шакли ўзгаришлари каби тизим хусусиятлари ўзгаришларини келтириб чиқарувчи механизмлар статистик усулда тадқиқ этилади.
Фотобиологик жараёнлар биофизикасида биологик мембранада энергия боғлаш механизмлари молекуляр даражада кўриб чиқилади.
Умумий ҳолда биофизика биологик тизимларнинг молекуляр даражадаги назарий асосларини ишлаб чиқишга қаратилган фан соҳаси ҳисобланади. Ушбу асосда биологик тизимларда амалга ошувчи динамик жараёнларни мантиқий хулосаларга таянган ҳолда бошқариш услубларини ишлаб чиқиш имконияти юзага келади.
Мураккаб биологик тизимлар биофизикасида жараёнлар кинетикаси аниқ йўналишда кечувчи биокимёвий ўзгаришлар ва биомембраналарда электр потенциалининг ҳосил бўлиши ва тарқалиши, биологик ритмлар, биомасса ёки турларнинг кўпайиши, организмлар популяциялари ўртасидаги алоқалар каби жараёнларнинг вақт давомийлигига боғлиқ ўзгаришларини ўрганади.
Мураккаб биологик тизимларни умумий ҳолда биофизик жиҳатдан тадқиқ қилиш мураккаб масала ҳисобланади. Чунки бу кўринишдаги тизимларда бир вақтнинг ўзида сон жиҳатидан кўплаб жараёнлар босқичли тарзда амалга ошади. Шу сабабли ушбу жараёнлар тўғрисида хулосага келиш учун тизимда кечувчи жараёнлар маълум бир кўринишдаги қисмлар йиғиндисидан иборат деб қаралади ва жараённинг алоҳида қисмларини тадқиқ этиш орқали умумий жараён динамикаси баҳоланади. Бунда шунга ҳам эътибор бериш лозимки, ўрганилаётган жараён қисми умумий жараённинг хусусиятларини тўлиқ акс эттира олиши керак ва шу билан бирга тадқиқотда қўлланилаётган математик моделнинг тўғри танланишига ҳам боғлиқ.
Бунда тирик тизимларнинг иерархик характерга эга эканлиги, яъни уларда борувчи жараёнлар ўзаро боғлиқ, аммо алоҳида амалга ошувчи жараёнлар йиғиндисидан иборат эканлигини ҳисобга олиш мухим аҳамиятга эга. Шу асосда биологик тизимларни динамик жиҳатдан ўрганиш моделлари анча самарали ҳисобланиб, натижада ушбу жараёнларни ижобий йўналишда бошқариш имкони туғилади.
Биофизикавий тадқиқотларнинг предмети бўлиб биополимерларнинг структураси ва хоссалари, табиий ва сунъий мембраналар, ион каналлари, мураккаб тузилган биологик тизимлар ҳисобланади. Биофизика ўз ичига алоҳида олинган макромолекулаларнинг тузилиши ва хоссаларини ўрганишдан тортиб, биосфера даражасида кечадиган мураккаб жараёнларнинг механизми ва ички динамикасигача бўлган муаммоларни қамраб олади. Биологиядаги кўп муаммоларни тушунишда табиатдаги қонуниятларнинг ўзаро боғлиқлигини билиш, тирик организмларга ва тизимларга физикавий қонунларнинг татбиқ этилиши ёрдам беради.
Биомолекулалар, мембраналар ва тирик тизимлар учун характерли бўлган физик ва физик-кимёвий жараёнларнинг механизмларини, уларга ташқи физик таъсиротларни ўрганиш биофизиканинг асосий вазифаларидан биридир.
Биологик қонунлар, асосан, физикавий кимё қонуниятларига асосланади. Биологияга ушбу қонуниятлардан ташқари, қандайдир бошқача кучлар, майдонлар, махсус энергетик кучлар ва шу кабилар таъсирида қарайдиган фикрлар ҳали ҳам мавжуд. Масалан, турли хил экстрасенслар, “биоэнергетиклар” аниқ фанни бузиб, ундан ўз мақсадларида фойдаланадилар. Ҳозирги замон биофизикаси эса рўй бераётган ҳодисаларни аниқ қонуниятлар ва далиллар асосида ўрганади. Шунингдек, биофизика организмларда кечадиган қон айланиш, нафас олиш, ҳаракат, кўриш ва эшитиш каби физиологик жараёнлар механизмларини ўрганади.
Биофизика бошқа табиий фанлар билан бевосита узвий боғлиқ, масалан, физика, биокимё, анорганик ва органик кимё, коллоид кимё, ўсимликлар физиологияси, одам ва ҳайвонлар физиологияси, тиббиёт ва бошқа шу каби фанлар эришган ютуқларидан фойдаланади ва ўз қонунлари ва услублари билан ушбу фанлар ўрганадиган жараёнларни тушунтириб беради. Биофизиканинг ривожланиши амалий жиҳатдан турли хил касалликларга ташҳис қўйиш ва даволаш учун электрокардиография, рентгенография, қон босимини ўлчаш асбоблардан фойдаланишга, изотоплар, ультратовуш, лазер, ультрабинафша нурлар каби услуб ва воситаларни ишлаб чиқишга асос бўлди.
Биофизика ютуқларидан қишлоқ хўжалигида юқори самарадорликка эришиш учун фойдаланилмоқда. Ўсимлик уруғларини электромагнит майдонлари билан, ёки инфрақизил нур билан ишлов бериш ҳосилдорликни оширишга хизмат қилади. Биофизика ўз муаммоларини бошқа фан соҳалари ютуқлари билан ҳал қилади ва ўзига яқин турган фанларни ривожланишига туртки бўлади. Ҳозирги вақтда тиббиёт, экология, физиология, қишлоқ хўжалиги ва бошқа ёндош фанларнинг тараққиёти биофизиканинг ривожланиши ва унинг услубларини тадбиқ қилиш билан боғлиқ.