بيوفيزيك چیست؟

مقدمه

بسيار شنيده ايم كه واژه هاي مختلفي همراه واژه فيزيك آمده و به سري مطالعات خاص اطلاق شده است. از آن جمله  مي توان به علوم فيزيك محيط زيست، متافيزيك، فيزيك هوافضا، فيزيك انرژي هاي بالا و ... اشاره كرد. در واقع هر كدام از اين ها به نحوي به علم گسترده فيزيك مربوط است. مي دانيم كه "فيزيك" در لغت به معني "طبيعت" است و بيشتر در مورد آنچه كه با حواس خود از جهان طبيعت در مي يابيم، مربوط مي شود. به بيان ديگر، علم فيزيك قوانين موجود در جهان طبيعت را شناسايي و كشف نموده و از آن ها در جهت بهبود وضعيت زندگي انسان بهره مي گيرد.

اما بهره گرفتن از قوانين موجود و كشف شده، در شاخه هاي مختلف و به روش هاي گوناگون صورت مي گيرد. به عنوان مثال، در فيزيك هوافضا با استفاده از اين قوانين مي توان در هدايت بهتر هواپيماها، سفينه ها و ديگر مصنوعات ساخت بشر كه در هوانوردي مورد استفاده قرار مي گيرند، استفاده نمود يا در فيزيك انرژي هاي بالا با استفاده از فيزيك مي توان در پي منابع جديد انرژي براي تامين زندگي آينده بشر بود. بنابراين مي توان گفت كه علم فيزيك به نوعي با زندگي و حيات انسان عجين و آميخته شده است. نكته تكامل اين بحث علم بيوفيزيك است. علم بيوفيزيك از علم فيزيك در جهات حيات بشر بهره مي برد.

ضرورت وجود بيوفيزك

استفاده و كاربردهاي فراوان و روزافزون علوم و فنون هسته اي در رشته هاي مختلف زيست شناسي، پزشكي، علوم پايه پزشكي و ... جهت پژوهش هاي علمي و درماني همراه با ساير كاربردهاي انرژي اتمي در كشاورزي، صنايع و غيره، ايجاب    مي كند كه بايد شاخه اي از علم فيزيك تحت عنوان بيوفيزيك وجود داشته باشد، تا اين كه بتوانيم از اين علوم و فنون در جهت بهتر نمودن زندگي بشر و موجودات زنده ديگر بهره گيريم.

يك مثال: تشعشعات با پرتوهاي هسته اي از شار ذراتي كه به طور سريع در حال حركت بوده و از طبيعت و انرژي هاي متفاوتي برخوردارند، تشكيل شده است. پرتوها از پديده هاي طبيعي يا خود به خودي تجزيه اتم هاي راديواكتيو (مصنوعي يا طبيعي) و يا از شتاب دادن مصنوعي ذرات پديد مي آيند. اين پرتوها در پزشكي و بيولوژي كاربردهاي متعدد دارند. كاربرد بسيار عمومي و عادي اشعه ايكس در تشخيص پرتويي است. اختلاف درجه كاهش پرتو ايكسي كه از محيط هاي با طبيعت مختلف، عبور مي كند، اجازه مي دهد تا تصويري كه روشن گر حقايقي درباره اعضاي داخلي بدن است، به دست آيد.

فيزيك پزشكي و بيوفيزيك 

بيشتر كاربرد علم فيزيك در علوم پزشكي است و لذا در آن جا تاكيد مي شود كه بايد پزشكان از فيزيك مربوط به ابزارهاي مختلف مورد استفاده در پزشكي نيز آگاهي داشته باشند. به عنوان مثال، جراحي كه از چاقوي ليزري جهت جراحي استفاده مي كند، بايد داراي اطلاعات حداقل پايه در مورد فيزيك ليزر باشد، اما در بيوفيزيك، همان گونه كه از نامش پيداست، فيزيك در معناي عام حيات مورد توجه است. زيست فيزيك گستره پهناوري از مسائل مربوط به ساز و كارهاي فيزيكي اصلي كه در فرايندهاي سامانه هاي زيستي رخ مي دهند را پوشش مي دهد. از آن جمله است ساختار و پويايي شناسي مولكول ها،‌    ياخته ها و بافت ها، دگرگوني و ترابرد كارمايه (انرژي)، گرماپويايي (ترموديناميك)، پويايي جمعيتي و الگوبندي تقسيم   ياخته ها، زيست مكانيك رئولوژي بافت ها، پديده هاي غيرخطي، الگوبندي سايبرنتيك رياضي سامانه هاي پيچيده و سرانجام بيوانفورماتيك يا زيست شناسي رايانشي، در واقع بيوفيزيك پلي بين فيزيك و زيست شناسي مي باشد.

بيوفيزيك

اگر در مورد فرايندهاي زيستي كنجكاو هستيد و از حل معما، طراحي آزمايش و يا كار با اعداد و ارقام و رايانه ها لذت        مي بريد، فرصت هاي هيجان انگيزي در بيوفيزيك در انتظار شماست.

بيوفيزيك دانشي ميان رشته اي است كه در مرز مشترك رياضي، فيزيك، شيمي، زيست شناسي و حتي كامپيوتر قرار دارد. دانشمندان در اين رشته با به كارگيري قوانين حاكم بر اين علوم به مطالعه چگونگي كاركرد موجودات زنده مي پردازند.

موضوعاتي همچون تئوري اطلاعات، علوم كامپيوتر، هوش مصنوعي و سايبرنتيك (الگوسازي از روي موجودات زنده) از جمله موارد مطالعات بيوفيزيك دان ها هستند.

تلاش براي ساخت حافظه هاي كامپيوتري با الگوگيري از مولكول DNA ، ساخت زيردريايي، رادارهاي صوتي، بررسي آثار امواج ماكروويو و امواج الكترومغناطيسي بي سيم بر مغز، توليد الكتريسيته توسط جانداران زنده و ... مسائلي علمي پيش روي پژوهشگران در اين عرصه است.

بيوفيزيك دانان سعي مي كنند متوجه اين امر شوند كه مغز چگونه اطلاعات را پردازش و ذخيره سازي    مي كند؟، قلب چگونه خون را به داخل رگ ها پمپ مي كند؟، ماهيچه ها چگونه منقبض مي شوند؟، گياهان چگونه در فرايند فتوسنتز نور را جذب مي كنند؟، ژن ها چگونه روشن و خاموش (فعال و غيرفعال) مي شوند؟ و بسياري پرسش هاي ديگر ... .

البته روان شناسان، زيست شناسان مولكولي و سلولي، دانشمندان علم ژنتيك و بيوشيمي دان ها هم روي اين مباحث كار   مي كنند ولي ديدگاه بيوفيزيك دانان اساسا از آن ها متفاوت است. بيوفيزيك دانان به طور ويژه به فيزيك و شيمي- فيزيك فرايندهاي زيستي توجه مي كنند و در اين راستا از اندازه گيري،    سنجش هاي كمي و تحليل بيشترين كمك را مي گيرند.

چالش هايي را كه بيوفيزيك دانان با آن ها مواجه هستند در سطوح مختلفي قرار دارند. در بالاترين سطح بررسي چگونگي فرايند انديشيدن، حس كردن، چشيدن، شنيدن و ديدن در موجودات زيست مند قرار دارد. اين گروه از دانشمندان سازوكار تنفس و نيز كاركرد سيستم دفاعي بدن موجودات زنده را مورد مطالعه قرار مي دهند. گروهي از آن ها نيز به مطالعه فرايندهاي زيستي در ابعاد تك سلول ها مي پردازند. آن ها تحقيق مي كنند كه سلول ها چگونه حركت مي كنند، تقسيم   مي شوند و به محرك هاي محيطي پاسخ مي دهند و نيز چگونه به مواد اجازه مي دهند به آن ها راه يابند و در آن ها جابجا شوند. برخي ديگر از اين دانشمندان هم به ساختار و رفتار زيست مولكول هاي سازنده سلول ها (مولكول هاي خيلي بزرگ مثل DNA و پروتئين ها) علاقه مندند. توانايي اين مولكول ها براي انجام فعاليت هاي زيستي پيچيده به ساختار سه بعدي و ويژگي هاي ديناميكي آن ها وابسته است.

خلاصه اين كه: كشف رابطه ساختار و عملكرد پرسشي بنيادين در اين دانش است.

بنابراين همان طور كه در بالا اشاره شد، بيوفيزيك به شاخه هاي مختلفي تقسيم مي شود:

1.   بيوفيزيك مولكولي

2.   بيوفيزيك سلولي

3.   بيوفيزيك جمعيت هاي سلولي

4.   بيوفيزيك فيزيولوژيك

5.   بيوفيزيك پرتوها و گرما

6.   بيوفيزيك نظري

خدمت بيوفيزيك به فيزيك

فيزيك دانان براي مطالعه سيستم هاي زيستي بايد به ابزارهايي مثل مكانيك آماري، كوانتوم مكانيك، ترموديناميك غيرتعادلي و ... مجهز باشند.

مسائل زيستي به فيزيك پيشه ها خدمت فراواني كرده است. مثلا به آن ها آموخته است كه ساخت موتور با بازدهي بالا و در ابعاد كوچك (حدود نانومتر) امكان پذير است يا اين كه با سلول هاي منفرد عملي است. همچنين بيوفيزيك مسائلي را به جامعه فيزيك معرفي كرده است كه فيزيك دانان هنوز براي آن ها پاسخ هاي قانع كننده اي نيافته اند. مسائلي نظير پيچش پروتئين ها، سازوكار خواندن اطلاعات از روي DNA و عدم وجود تقارن چپ گرد و راست گرد از آن جمله اند.

خدمت بيوفيزيك به زيست فناوري

نتايج تحقيقات بيوفيزيك پيشه ها تاثير گسترده اي بر زيست فناوري و داروسازي دارد. محققان اين عرصه ابزارهايي براي فهم اساس مولكولي بيماري هايي نظير ايدز فراهم مي كنند. آگاهي از چگونگي كاركرد پروتئين ها و غشاها، پايه اي براي طراحي منطقي داروها ارائه مي كند و ... .

بيوفيزيك در ايران

در ايران مؤسسه بين المللي تحقيقات بيوشيمي- بيوفيزيك در دانشگاه تهران با طراحي دقيق و پيشرفته و قابل مقايسه با مراكز بيوانفورماتيك در كشورهاي پيشرفته است. اين مركز با بهره مندي از اساتيد مجرب تا مقطع دكتري به تربيت دانشجو مي پردازد.

دانشگاه تربيت مدرس هم در اين رشته در مقطع كارشناسي ارشد و دكتري دانشجو مي پذيرد.

دانشجويان رشته هاي فيزيك و زيست شناسي مي توانند پس از شركت در آزمون كارشناسي ارشد در رشته بيوفيزيك تحصيلات خود را ادامه دهند.

بازار كار در ايران

فارغ التحصيلان رشته بيوفيزيك علاوه بر دانشگاه ها و مؤسسات آموزش عالي مي توانند در مراكز تحقيقات مثل انستيتوپاستور، مركز تحقيقات ژنيتك و تكنولوژي زيستي، مركز تحقيقات غدد درون ريز و متابوليسم، مركز تحقيقات پلي مر و ... مشغول به كار شوند.

نقل از CMB Portal

عطف به عتف - نگاهی به پژوهش و ISI در ایران

امید عمومی - نامه به ریاست جمهوری

مرز بین ایمان و تجربه  

نامه سرگشاده به حضرت آیت الله هاشمی رفسنجانی

آخرین مقالات