Материал: 2487
Все дальнейшее развитие астрофизики проходило под знаком этого действительно выдающегося труда. Сейчас астрофизика переживает период крутого подъема, характеризующегося как «вторая революция в астрономии». Важнейшим результатом явилось оформление всеволновой астрономии: космическое электромагнитное излучение принимается и изучается от радиодо гамма-диапазонов.
Биофизика как новаторское направление науки возникла в начале XX в., к настоящему времени она не только сохранила свой потенциал, но и приобрела гранд озные перспективы развития. В СССР первый Институт б олог ческой физики создан еще в 1927 г. В 1930-х гг. на
основе квантовых |
о природе света П.П. Лазаревым и |
С |
|
.Ипредставлений. Вав ловым была определена чувствительность зрительного аппарата человека: обнаружено, что в условиях темновой адаптации (привыкания к
света.
полной темнотебА) человек в состоянии регистрировать отдельные кванты
Ранее был поставлен вопрос, на который и сегодня еще не получен однозначный ответ: действуют ли короткие и ультракороткие электромагн тные волны, производящие несомненный физиологический эффект, только тепловым спосо ом, или существует и другой механизм их воздействия? Интересные результаты получены в ходе исследования гидро- и аэродинамики рыб и птиц. Например, изучен механизм движения летучей рыбы, которая запасает энергию, отталкиваясь хвостом от поверхности воды, а дальнейший полетДведет планированием.
И
Летучая рыба
66
Оказалось, что пространственное расположение птиц в летящей стае отвечает минимуму затрат энергии, расходуемой на трение о воздух, и что существует ограниченное число форм расположения стаи, отвечающих данным условиям. Подобно этому стаи рыб минимизируют
гидродинамическое сопротивление. Такие результаты имели не только теоретическое значение, но и практическое: они способствовали конструированию летательных аппаратов и водных транспортных средств.
Сзаболеван й), в создан роботов.
Н.А. Бернштейн создал новый раздел биофизической науки –
количественную б омеханику, имеющую широкое практическое
применен е в настоящее время и большие перспективы развития в будущем в спорте, ф з ологии труда (предотвращение профессиональных
Пр рода ед на, а деление на науки условно. При решении любой практической проблемы нео ходимо учитывать возможное воздействие на окружающую среду здоровье человека. В связи с этим видятся большие
возможности |
оф з ки с ее разносторонним подходом к исследованию |
|||
х |
про лем |
и арсеналом эффективных физико- |
||
биологическ |
|
|
||
математ ческ х методов. Можно назвать несколько глобальных научных |
||||
проблем, в решен е которых |
иофизика могла бы внести заметный вклад. |
|||
Это, во-первых, создание методов контроля за изменениями среды |
||||
обитания человекаб; во-вторых, дальнейшее развитие профилактики, |
||||
диагностики, поддержания и восстановления здоровья; в-третьих, поиск |
||||
путей обеспечения человека пищей; в-четвертых, определение вариантов |
||||
рационального использования уменьшающихся запасов полезных |
||||
ископаемых. Одна из важнейшихАзадач биофизики состоит в том, чтобы |
||||
разобраться в цикличности процессов, протекающих в биосфере и |
||||
предупредить возможное трагическое приближение к границам |
||||
устойчивости биосферы. Наука еще достаточно далека от понимания |
||||
многих механизмов живой природы, |
и призыв древних «познай самого |
|||
|
|
Д |
||
себя» не только остается актуальным сегодня, но и смело может быть |
||||
адресован будущим поколениям биофизиков. |
|
|||
В связи с возникновением новой ветви биологической науки – |
||||
молекулярной биологии – появились поразительные возможности для |
||||
изучения механизмов генетических |
процессов и управления ими. |
|||
|
|
|
|
И |
Открытие основного канала передачи наследственной информации путем комплементарного синтеза молекул нуклеиновых кислот и связанных с
этим сложных скоординированных биохимических процессов позволило заглянуть в процесс эволюции макромолекул, создавший такие совершенные структуры, как хлоропласты, митохондрии, рибосомы, молекулы гемоглобина и ферментов. Установлено мозаичное строение гена, открыты последовательности ДНК, которые при смене поколений могут перемещаться по генному, «включая» и «выключая» отдельные
67
гены, в том числе и онкогены, запускающие механизм злокачественного перерождения клетки. Роль этих «прыгающих генов» в функционировании хромосомного набора и в эволюции выяснена еще далеко не полностью. Вместе с тем функциональная роль более 90% ДНК еще неизвестна.
|
2.4. Технологии начала XXI в. |
Х м ческ е технологии. Механические технологии. |
|
М кротехнологии. Биотехника. Генная инженерия. |
|
Нанотехнолог . Развитие компьютерных технологий |
|
С |
|
ХХ в. змен л само понятие «технология». Сегодня технология – это |
|
влияниеначинаеттехнолог превалировать, радикально меняя и биосферу, самого человека. На значительных исторических отрезках отчетливо в дны вза мосвязи и взаимозависимости социальных,
совокупность всех алгор тмов, процессов и средств их реализации. В XXI в. м р вступ л в новую эволюционную фазу, которую можно назвать вторичной эволюц ей, когда в противостоянии «технология – эволюция»
политическихбА, научно-технических и всех других факторов, характеризующих целостное развитие цивилизации.
Все высокие технологии, определяющие лицо современной научнотехнической цивилизации, родились в форме фундаментальных исследований, как правило, Дкомплексного, междисциплинарного характера. Особенно это свойственно химическим технологиям, в настоящее время активно используемым в добывающих производствах. Начиная от первичного сырья, производственные циклы завершаются
выпуском такой продукции, как сверхчистые вещества и монокристаллы. 
И
Применение микротехнологий: дерево из солнечных панелей (Австрия)
68
Уже возникли и развиваются такие новые методы и технологии, как микротехнология кристаллических информационных структур, в которых синтез вещества, формирование и даже монтаж деталей в готовое устройство высшего уровня сложности ( например, сверхбольшие схемы, кристаллические микроустройства) органически сливаются на физико-
химической основе.
Странспорте, космонавт ке, гидрометаллургии и т.д. В настоящее время переживает свой расцвет комбинаторная химия, являясь методом поиска биологически акт вных веществ путем массового синтеза серий аналогичных соед нен й с различными заместителями и их массового
Почти фантастические перспективы развития наметились в области
химии быстропротекающих процессов – взрыва, пламени, плазмы,
играющих ключевую роль в автомобильном, воздушном и морском
скрининга. Расцвет ком инаторной химии, повлекший за собой фармацевт ческ й взрыв, в совокупности с достижениями генетики
привел к создан ю олее |
сотни |
новых |
лекарств, позволяющих |
||
|
дефектных генов и эффективно излечивать многие |
||||
нормализовать |
|
|
|
|
|
наследственные за олевания. Новые препараты оказались более |
|||||
эффективными, |
езопасными |
и |
при |
этом дешевле |
своих |
предшественников, зачастую в несколько раз. |
|
|
|||
Параллельноработуыли разра отаны новые средства доставки лекарств |
|||||
непосредственно в клетку к определенному участку генома, и даже к |
|||||
конкретному гену. Практический опыт применения первых подобных |
|||||
препаратов позволил заложить фундамент нового класса лекарств, |
|||||
направленных на нормализациюАгенов. Подобные «нормализаторы генов» |
|||||
планируется применять в ближайшем будущем не только для исправления |
|||||
генетических врожденных дефектов, |
но и для исправления |
дефектов |
|||
приобретенных, для восстановления функций тканей и органов
человеческого организма. |
Д |
|
|
|
И |
Развитию химических не уступают механические технологии. На основе гибких автоматизированных линий и обрабатывающих центров преобразуется парк металлообрабатывающих станков, формируется новая научно-технологическая область твердотельной микромеханики, в туннельных и других зондовых микроскопах достигается субатомная точность микромеханического (точнее наномеханического) привода, быстро возрастает число степеней свободы в механических системах роботов, развивается космическая механика свободного полета и невесомости и т.д.
В ХХI в. ожидается радикальная реконструкция всего арсенала аппаратных и методических средств микротехнологии, равно как и принципов проектирования ее конечной продукции. Существенные
69
изменения произойдут и в принципах работы микроэлектронных устройств, а также информационных машин и систем, основанных на них. Квантовые вероятностные и коллективные электронные процессы станут основой действия элементов вычислительных систем. Интересные
изменения произойдут и в области биоподобных структур. Готовится |
|||||
синтез микробиологических исследований на молекулярном и |
|||||
С |
|
|
|
||
субклеточном уровне, медикобиологических исследований иммунных |
|||||
механизмов, |
нейронных |
и |
биоэнергетических |
механизмов |
|
жизнедеятельности, с одной стороны, и функциональных устройств |
|||||
молекулярного уровня, которые совмещали бы в себе принципы действия |
|||||
|
вживляемым |
|
|
|
|
электронных б олог ческих систем, с другой стороны. |
|
||||
|
Уже сейчас б оэлектроника достигла на этом направлении |
||||
достаточно ощут мых результатов. Например, для слепых созданы |
|||||
миниатюрные телев з онные камеры, встроенные в очки. |
Принятое ими |
||||
относится к зображенучастию иологических наук, и в частности биофизики, в |
|||||
изображен |
подвергается |
о работке суперминиатюрной ЭВМ, |
|||
трансформ руется в электрические сигналы и передается в мозг человека |
|||||
по |
|
него электродам, которые покрыты протеином. И хотя |
|||
полученное |
е не |
совсем ясно, слепой человек получает |
|||
возможность ор |
ент роваться в пространстве, различать темноту и свет. |
||||
|
Во второй половине XX в. появился новый термин – биотехника, он |
||||
решении технических про лем, |
в улучшении промышленных технологий. |
||||
Известно, что |
надежность |
иологических систем |
определяется |
||
|
|
|
Д |
||
самовосстановлением и системой дублирования рабочих элементов. Так, |
|||||
сердце человека производитАза жизнь в 100 раз больше сокращений, чем |
|||||
самые надежные механические системы. |
|
||||
|
Сейчас экспериментально доказана возможность создания нового |
||||
типа механохимического двигателя, |
функционирование которого будет |
||||
|
|
|
|
И |
|
основано на том, что равновесие между двумя формами полимера, имеющего разные механические свойства, сдвигается при изменении химического потенциала среды. Полимер таким образом находится то в растянутом, то в сжатом состоянии. Если раньше исследователи шли в основном по пути воспроизведения в технике принципов, используемых в живых системах, то сегодня создаются гибридные системы, в которых одна часть выполнена в металле, а другая состоит из биоэлементов. Предпринимаются попытки создать компьютер, использующий элементы, характерные для нервной системы. Его предполагают снабдить датчиками на биологической основе и исполнительными устройствами, базирующимися на молекулярных механизмах мышечного сокращения.
70