Современная биология

 

Графеновые наносоты, полученные исследователями из США. Белая полоска - 500 нм, 0,5 мкм или 1/2000 миллиметра

 

Использованный физиками метод заключался не в том, что  под микроскопом исследователи  переносили наноструктуры в нужном направлении. Такой подход, кстати, не столь уж невозможен в принципе: в лабораториях IBM сотрудники вручную  сложили название фирмы из атомов золота еще в начале 1990-х годов. Но для промышленного использования  подобные методы, естественно, неприменимы. Упорядоченные поверхности, называемые также наноматериалами, растут сами, подобно кристаллам льда на стекле. В задачу ученых входит подобрать  параметры химической реакции, приводящей к формированию нужной структуры.

Углеродные нанотрубки, длинные  цилиндры из атомов углерода (толщина  стенки — один атом), тоже собираются за счет химических реакций. Причем в 2009 г. китайским исследователям удалось  вырастить нанотрубки длиной 18 сантиметров. Это уже далеко не микроскопический масштаб.

Это непростое задание, так  как предсказать поведение осаждаемых на поверхность молекул сложно. А  решать задачу путем простого перебора всех возможных условий (состав смесей, температура и давление, используемые катализаторы) невозможно из-за большого числа вариантов. Исследователи, получившие в итоге наносоты, использовали метод, разработанный еще в 1990-х годах  — блоковую сополимерную литографию.

 

Эти точки — отдельные  атомы ксенона, перемещенные при  помощи специального зонда под микроскопом. Апрель 1990 г., начало эры нанотехнологий

 

Блок-сополимеры — это, как  следует из названия, разновидность  полимеров, то есть длинных цепочек  молекул из одинаковых звеньев. Точнее, почти одинаковых, так как в  отличие от, к примеру, полиэтилена, блок-сополимеры образованы сращиванием  двух разных цепочек из звеньев разной структуры.

Если обычный полимер  выглядит как цепочка вида "А-А-...-А-А", то блок-сополимер устроен как "А-А-...-А-Б-...-Б-Б".

Так как цепочки неоднородны, то они могут, например, слипаться  определенными участками и формировать  упорядоченную структуру. Варьируя состав цепочек блок-сополимеров  и меняя условия эксперимента, можно добиться того, что из них  соберется интересующая ученых структура. Правда, пока что не те самые графеновые наносоты. Для получения наносот  полимер потребуется еще и  испарить.

На получении графеновых наносот исследователи не остановились. Из этого материала были изготовлены  экспериментальные полупроводниковые  устройства, непригодные пока что  для промышленного производства, но позволившие убедиться в том, что наносоты все-таки ведут себя именно так, как и ожидали ученые.

Число деталей

Процессор ноутбука, на котором  была написана эта статья, имеет 47 млн  транзисторов, которые потребовалось  соединить определенным образом  друг с другом внутри кристалла площадью 26 квадратных миллиметров.

Указанные числа — далеко не предел. Внутри высокопроизводительного  настольного компьютера суммарное  число транзисторов в процессоре и видеокарте может перевалить и  за миллиард. Поэтому говорить о том, что графеновые транзисторы в ближайшие годы заменят кремниевые, все-таки не приходится. Исследователям во всем мире предстоит еще разработать технологии, позволяющие получать не просто отдельные транзисторы, а сложные схемы, и не в единичных экземплярах, а в условиях поточного производства. Впрочем, если вспомнить что первый транзистор как таковой появился лишь во второй половине XX века — это не кажется столь уж нереальным.

 

2. Биофизика

 

2.1 Понятие и история

 

Биофи́зика (от др. греч. βiοs — жизнь, др. греч. φύσις — природа):

·   раздел физики и современной биологии, изучающий физические аспекты существования живой природы на всех её уровнях, начиная от молекул и клеток и заканчивая биосферой в целом;

·   это наука о физических процессах, протекающих в биологических системах разного уровня организации и о влиянии на биологические объекты различных физических факторов. Биофизика призвана выявлять связи между физическими механизмами, лежащими в основе организации живых объектов и биологическими особенностями их жизнедеятельности.

Обобщённо можно сказать, что биофизика изучает особенности  функционирования физических законов  на биологическом уровне организации  вещества.

"Важнейшее содержание  биофизики составляют: нахождение  общих принципов биологически  значимых взаимодействий на молекулярном  уровне, раскрытие их природы  в соответствии с законами  современной физики, химии с использованием  новейших достижений математики  и разработка на основе этого  исходных обобщённых понятий,  адекватных описываемым биологическим  явлениям"^[1].

По номенклатуре ЮНЕСКО биофизика  является разделом биологии и имеет  код 2406^[2].

Биофизика — наука междисциплинарная  и для работы в ней требуются  знания физики, биологии, химии и  медицины. Поэтому биофизически ориентированные  исследования проводятся не только в  специализированных институтах, но также и в биологических, химических, фармакологических и медицинских.

В настоящее время интенсивно развиваются биофизика сложных  систем и молекулярная биофизика.

Современные области исследований биофизики: влияние космогеофизических факторов на течение физических и  биохимических реакций, фотобиологические  процессы, математическое моделирование, физика белковых и мембранных структур, нанобиология и др.

 

2.2 Области применения

 

Биологические объекты, как  правило, очень сложны и на протекающие  в них процессы влияют многие факторы, которые часто зависят друг от друга. Физика позволяет создать  упрощенные модели объекта, которые  описываются законами термодинамики, электродинамики, квантовой и классической механики. С помощью корреляции физических данных с биологическими можно получить более глубокое понимание процессов  в исследуемом биологическом  объекте.

В физике имеется множество  методов, которые в своей первоначальной форме не могут быть использованы для исследований биологических  объектов. Поэтому ещё одной задачей  биофизики является приспособление этих методов и методик для  решения задач биологии. Сегодня  для получения информации в биологических  системах применяют различные оптические методы, рентгено-структурный анализ с использованием синхротронного излучения, ЯМР- и ЭПР-спектроскопию, 7-резонансную  спектроскопию, различные электрометрические методы, микроэлектродную технику, методы хемилюминесценции, лазерную спектроскопию, метод меченых атомов и др. Это  используется, в частности, для медицинской  диагностики и терапии.

Также разрабатываются специальные  методики с использованием эффектов при восприятии некоторых воздействий  на биологическую форму материи.

3. Космическая биология

 

Космическая биология (космобиология, астробиология)— наука, изучающая  возможности жизни и существования  живых организмов в космосе. Рассматривает отсутствие влияния на организм силы тяжести, возможность существования организмов в вакууме ит.п.

Ксенобиология— частный  вид космической биологии, занимается изучением возможности разумной жизни в космосе; название происходит от греческого "ксенос"— чужой, чужеродный. Ксенобиология (от др. греч. ξενος— чужой и -λογία— наука) —  наука о формах жизни внеземного происхождения. Часто используется в качестве синонима астробиологии. Однако, в отличие от астробиологии, которая занимается поисками жизни  на основе классических органических соединений, Ксенобиология ищет более  необычные формы жизни. Она включает в себя жизнь на неземлеподобных  планетах, и на других небесных телах.

Концепт был широко принят в восьмидесятых годах (Например, гипотеза о существовании богатой  биосферы в верхних частях атмосферы  Юпитера). Тем не менее, с 1990 года главной  целью NASA стали поиски воды и только той жизни, которая базируется на ней. Главная причина для такой  перемены, это неизвестность, что  нужно искать и где. Формы жизни, предсказываемые ксенобиологами, трудны для обнаружения вследствие отсутствия известных маркеров жизни (озон, метан, вода). Также довольно сложной задачей  является организация экспедиций для  поиска такой жизни. Примером такой  жизни могут служить организмы, которые не используют ДНК или  РНК в качестве генетического  кода. Биология таких организмов сильно отличается. 

 

4. Астробиология

 

АСТРОБИОЛОГИЯ – научная  дисциплина, посвященная поиску жизни  за пределом Земли и изучению возможности  ее существования в условиях отличных от земных. Термин "астробиология" широко распространен, но не общепринят: наряду с ним нередко используется термин "экзобиология", предложенный в 1960 нобелевским лауреатом, генетиком  Джошуа Ледербергом. В русскоязычной  литературе под "экзобиологией" обычно понимают экспериментальный поиск  жизни в пределах Солнечной системы. Изредка в научной литературе употребляется также термин "биоастрономия" как синоним поиска внеземной  жизни. Однако именно понятие "астробиология" охватывает наиболее широкий спектр направлений исследований в этой области: изучение жизни в экстремальных  условиях на Земле, поведение биологических  объектов в условиях космического полета (космическая биология), особенности  функционирования человеческого организма  в космосе (космическая медицина), исследование условий на объектах Солнечной системы и поиск возможных проявлений жизни на них, поиск планетных систем у иных звезд, проблема происхождения жизни на Земле, поиск внеземного разума (SETI) и т.п.

 

5. Геофизика

 

5.1 Понятие

 

Геофизика— комплекс наук, исследующих физическими методами строение Земли. Геофизика в широком  смысле изучает физику твердой Земли (земную кору, мантию, жидкое внешнее  и твердое внутреннее ядро), физику океанов, поверхностных вод суши (озёр, рек, льдов) и подземных вод, а также физику атмосферы (метеорологию, климатологию, аэрономию).

 

5.2 Геофизическая разведка

 

Исследование земных недр физическими методами. Геофизическая  разведка проводится прежде всего при  поисках нефти и газа, рудных полезных ископаемых и подземных вод. Она  отличается от геологической разведки тем, что вся информация о поисковых  объектах извлекается в результате интерпретации инструментальных измерений, а не путём непосредственных наблюдений. Геофизические методы основаны на изучении физических свойств пород. Они используются либо для выявления месторождений  полезных ископаемых (например, магнитные  свойства исследуют для поиска железных руд), либо для картографирования  таких геологических структур, как  соляные купола и антиклинали (где  аккумулируется нефть), а также для  картографирования рельефа дна  океана, структуры океанической и  континентальной земной коры, определения  генезиса и мощности рыхлых отложений  и коренных пород, толщины ледниковых покровов и плавающих в океанах  льдов, при археологических исследованиях  ит.п. Геофизические методы делятся  на две категории. К первой относятся  методы измерения естественных земных полей— гравитационного, магнитного и  электрического, ко второй— искусственно создаваемых полей. Геофизические  методы дают наилучшие результаты, когда физические свойства исследуемых  и картографируемых пород существенно отличаются от свойств граничащих с ними пород. Геофизические исследования всех типов включают сбор первичного материала в полевых условиях, обработку и геологическую интерпретацию полученных данных. На всех этапах применяются компьютеры. Зарождение геофизических методов разведки связано с началом использования магнитных компасов для поиска железных руд и электрических измерений для выявления сульфидных руд. Применение геофизических методов расширилось в 1920-х годах, когда гравиметрические и сейсмические исследования доказали свою эффективность в обнаружении соляных куполов и связанных с ними нефтяных залежей на побережье Мексиканского залива в США и Мексике.

 

Выводы

 

Итак, основные направления  современной науки можно представить  с помощью следующей таблицы:

 

Название	Предмет изучения
Нанотехнологии	Наночастицы и их возможности
Биофизика	Физические аспекты существования  живой природы
Космическая биология	Возможности жизни и существования  живых организмов в космосе
Астробиология	Иные формы жизни в  космосе
Геофизика	Строение Земли с точки  зрения физики

 

Или с помощью схемы:

 

 

В современном мире все  больший вес набирают именно инновационные  науки, в частности нанотехнологии. Во всем мире предпочтение отдается именно им. На их развитие тратятся миллиарды  долларов.

Россия, в силу застойности  развития науки в последние несколько  лет, отстает от Европы и США в  этом направлении, однако уже сейчас российская наука может представить  миру свои последние достижения в  этих отраслях, причем некоторые новинки  вызывают серьезный научный интерес  Запада.

В последнее десятилетие  в российскую науку вновь стали  поступать инвестиции, многие молодые  люди сейчас выбирают карьеру ученого, потому как отечественной науке  необходим приток новых кадров. А  инвестирование в науку стало  приоритетной статьей в графе  расходов бюджета РФ.

Поэтому уже сейчас можно  предположить, что российская наука  будет развиваться быстрыми темпами  и вскоре мы сможем догнать Запад  в этом отношении.

 

Список литературы

 

1.   ФЗ "о приоритетных направлениях развития науки, технологий и техники Российской Федерации"от 21 мая 2006 г.

2.   К. Жоаким, Л. Плевер. Нанонауки. Невидимая революция.— М.: КоЛибри, 2009.

3.   Малинецкий Г. Г. Нанотехнологии. От алхимии к химии и дальше// Интеграл. 2007, №5, с.4-5.

4.   Рубин А.Б. Биофизика (учебник) в 2х томах.— М., 1999.

5.   www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/astronomiya/ASTROBIOLOGIYA.html

6.   www.rusnano.com