Однако задача биофизики состоит не только в том, чтобы изучать биологические процессы лишь с помощью измерительной техники. Это далеко не исчерпывает существа отношений между биологией и физикой. Во всех приведенных примерах биология как бы только следовала за успехами физики, что, конечно, немало для развития науки. Вместе с тем одной из основных задач современной биофизики является изучение физических процессов в самом организме, возникающих, например, при сокращении мышцы, нервном возбуждении, действии света на сетчатку глаза, звука на орган слуха и т. д. Биология и здесь может гордиться заслуженным и большим успехом. Приведем некоторые примеры.
Одним из самых важных жизненных процессов является возбуждение нерва, составляющее основу деятельности нервной системы человека и животного. А, как мы знаем, нервная система регулирует все без исключения жизненные функции. Нервное возбуждение обеспечивает взаимодействие организма с внешней средой, приспособление к ее непрерывно меняющимся условиям. Вот почему такой жгучий интерес у ученых вызывает процесс возбуждения нерва.
Как мы уже говорили, обязательным спутником возбуждения, не отделимым от него, является электрический процесс. Именно электрической разницей потенциалов в настоящее время ученые объясняют передачу возбуждения по нервному проводнику.
Что же представляет собой нерв, если его рассматривать как электрический проводник?
Ответ на этот вопрос можно поручить, экспериментируя с некоторыми возбудимыми биологическими объектами. Например, включая клетку водоросли в цепь электрического тока, можно наблюдать, что живая система характеризуется не только величиной сопротивления току, но и обладает электрической емкостью. Именно электрическая емкость обусловливает сдвиг фаз тока и напряжение в цепи, в которую включена клетка водоросли. Близкие к этим явлениям физиологические свойства обнаруживает и нерв, включенный в электрическую цепь: он также оказывает сопротивление проходящему току и обладает определенной электрической емкостью.
Можно достаточно точно представить себе те физические явления в нерве, которые происходят при его возбуждении. Так, например, установлено, что Одновременно с возникновением тока действия происходит изменение электрических свойств нерва, уменьшается его сопротивление электрическому току.
Знание биофизических процессов, происходящих в нервной системе, очень важно для практической медицины. Это позволит изыскивать средства, восстанавливающие функции нервов, например после травм и т. д.
Ученые предполагают, что в состоянии покоя в нерве имеются структуры, не проницаемые для определенных ионов — электрически заряженных частиц. В состоянии возбуждения эти структуры становятся проницаемыми, существовавшее неравенство ионов выравнивается, в результате и возникает ток действия, который можно рассматривать как своего рода разряд конденсатора. Вслед за этим в результате процессов обмена веществ непроницаемость нерва восстанавливается, освобождаются новые порции токов, снова накапливается электрический заряд и т. д.
Какова же цель столь тонких и сложных исследований? Они позволяют глубже проникать в существо процессов, происходящих в нашем теле, искать причины нарушения этих процессов при различных заболеваниях, разрабатывать эффективные меры лечения и предупреждения различных болезней.
В настоящее время в лабораториях ученые стараются создать модели биологических процессов, происходящих в живом организме. Уже удалось сделать механические модели системы кровообращения, скелетных мышц и т. д. Особое внимание исследователей привлекли новые перспективы моделирования процессов, протекающих в нервной системе. Это осуществляется при помощи учения об информации — кибернетики.
Есть еще один очень важный раздел современной биофизики — учение о приложимости основных закономерностей процессов обмена энергии и превращения одних ее видов в другие к живым организмам. Наука, изучающая эти закономерности, носит название термодинамики. В настоящее время есть все основания говорить о том, что физические и химические явления в организме подчинены законам термодинамики так же, как и все другие процессы материального мира.
Успехи биофизики, бесспорно, связаны с бурным развитием смежных отраслей науки. В решениях XXI съезда КПСС о развитии народного хозяйства СССР на 1959–1965 годы указывалось, что значение комплекса биологических наук для медицины будет особенно возрастать по мере использования в биологии достижений физики и химии, и отмечалась большая роль, которую будут играть в недалеком будущем такие науки, как биохимия, биофизика и некоторые другие дисциплины. Ученые все шире и успешней используют законы физики и химии для проникновения в сложные биологические закономерности живого организма.
Ученые — нефтяникам
Капризно Каспийское море. Во время шторма высокие волны с шумом накатываются на эстакады и основания буровых и каждую минуту могут смыть морских нефтяников в открытое море. Такая же опасность угрожает им при посадке на катеры и лодки в шторм. Морские нефтяники не применяют спасательных кругов (пробковых поясов), так как они мешают им работать.
— Пусть при шторме рабочие надевают на себя поверх спецодежды спасательную телогрейку на пробковой основе, — предложил инженер «Орджоникидзенефти» т. Лаптев. Но когда его предложение проверялось во Всесоюзном научно-исследовательском институте по технике безопасности в нефтяной промышленности, выяснилось, что более удобным и легким будет не телогрейка, которая затрудняет движения, а спасательный жилет.
— Удобен ли этот жилет»? — спрашивает его создатель, кандидат технических наук А. Нагиев у лаборантки Э. Бедировой. Последняя примерка, и спасательные жилеты на пробковой прокладке будут посланы нефтяникам морских промыслов.
Морские нефтяники окрестили эти жилеты «волшебными».
Фото О. Казиева
На Ново-Бакинском нефтеперерабатывающем заводе налажен выпуск нового синтетического моющего продукта «Азолят-А», применяемого в мыловарении и на транспорте для мойки вагонов.
Но в цехе, где производят «Азолят-А», выделялись летучие вещества, вредно действующие на органы дыхания, слизистые оболочки рта и глаз. Поэтому обслуживающий персонал работал в противогазах.
Обезвредить атмосферу цеха — такую задачу поставил Всесоюзный научно-исследовательский институт по технике безопасности в нефтяной промышленности. За ее выполнение взялся один из сотрудников института Али Мустафа оглы Нагиев, который разработал двухступенчатую схему улавливания ядовитых сернистых газов.
Затем в течение трех месяцев на заводе ежедневно проводили анализ воздуха, который неизменно оказывался чистым. А в здоровой атмосфере легче дышится, лучше работается.
В. А. Перцов
Полезно, интересно знать…
ПРИБОРЫ ДЛЯ «ВЫСЛУШИВАНИЯ» головного мозга демонстрировались на III Международной конференции по медицинской электронике. К голове больного прикладывается датчик-микрофон, соединенный с источником тока, усилителем и репродуктором. С помощью этого прибора становятся отчетливо слышны шумы, возникающие в сосудах мозга. Они меняют свой характер и громкость над местом расположения опухоли или кровоизлияния. Этому новому методу диагностики принадлежит, по-видимому, большое будущее.
РОСТ И ВЕС НОВОРОЖДЕННОГО зависят от условий, в которых протекала беременность, от телосложения родителей, причем в большей степени от индивидуальных особенностей матери. Замечено также, что второй ребенок и последующие дети — до пятого-шестого — обычно бывают крупнее и крепче первого.