ОСТАННІЙ ПОДКАСТ
Підписуйся на найнауковішу розсилку!
І отримуй щотижневі новини науки і технологій

    Ми під'їдаємо крихти cookies за вами. Навіщо це нам?

    Читати

    Пардон за відволікалочку. Допоможи Куншт бути незалежним!

    Пардон за відволікалочку. Допоможи Куншт бути незалежним!

    Повідомлення успішно надіслано

    Для пошуку
    введіть назву запису
    Фізика — 09.02.19
    ТЕКСТ: Семен Єсилевський
    Ілюстрації: Ірина Гетьман
    Юрій Чернявський
    Ми любимо тексти без помилок. Якщо ви все ж таки щось знайшли, виділіть фрагмент і натисніть
    Ctrl+Enter.
    Змоделюй динозавра

    Біофізика досліджує живе з фізичної точки зору і за допомогою фізичних методів. Грубо кажучи, фізики ставлять запитання: «Як воно працює? Які глибинні фізичні принципи роботи біологічної системи?», а біологи – «Чому воно таке? Чому еволюція обрала саме таку будову?». Біофізика функціонує пліч-о-пліч із біологією, біохімією, комп’ютерними науками й активно обмінюється з ними даними та ідеями.

    Що таке біофізика?

    Біофізика досліджує найрізноманітніші прояви живого: від дії окремих молекул у клітинах чи поширення нервових імпульсів у мозку до руху крові в судинах чи визначення швидкості бігу тигра. На практиці це виливається у визначення проникності мембран клітин для лікарських препаратів; створення дизайну синтетичних молекул, що можуть зупиняти розмноження ракових клітин; розробку оптимальної конструкції штучного серця; створення протезів, що керуються, як і кінцівки до втрати, силою думки тощо. Навіть реалістичність зображення динозаврів чи будь-яких інших анімацій у кіно та в комп’ютерних іграх базується на біофізичних розрахунках механіки їхнього пересування.

     

    Для чого і як створюють біофізичні моделі? 

    Біологічні системи неймовірно складні. Щоби не заплутатися, біофізикам доводиться визначати найважливіші параметри системи й ігнорувати всі інші. Так створюють спрощену модель системи, що описує саме ті характеристики реального об’єкта, які в цей момент є предметом вивчення. Скажімо, для моделювання бігу динозавра не важливо, як він перетравлює їжу, натомість треба вказати міцність його кісток, силу м’язів, пружність зв’язок і вагу тіла. Створення адекватної моделі складної системи – це своєрідне мистецтво, що повністю залежить від майстерності вченого.

    Модель, як правило, є набором рівнянь чи алгоритмом, що математичними засобами відображає поведінку живої системи. Оскільки розрахунки можуть бути досить тривалими та складними, то розв’язують ці рівняння на потужних комп’ютерах. Наприклад, моделювання руху хімічних груп ферменту в процесі його каталітичної реакції може потребувати місяців роботи суперкомп’ютерів із тисячами процесорів.

     

    Чи збігається зазвичай поведінка моделі з поведінкою реального біологічного об’єкта?
    Модель біологічного об’єкта описує лише маленьку частку всіх його властивостей і має чітко окреслені межі застосування. При виході за ці межі модель перестає бути адекватною – її результатам більше не можна довіряти. Скажімо, вже згадана модель пересування динозавра не застосовна до опису польоту птахів, а модель роботи серця людини не підходить для опису серця комахи.

    Крім того, будь-яка модель завжди є спрощеною. Навіть найдетальніше моделювання м’язової системи людини навряд чи зможе передати дрібні відмінності постави та ходи двох різних людей, що виникли через носіння різного взуття. Надмірна точність моделювання є навіть шкідливою. Уявіть собі, що колись ми змогли б зібрати точну модель кота з окремих атомів і запустити її завдяки надпотужному комп’ютеру. Такий «віртуальний» кіт буде поводитись як справжній, але чи допоможе модель зрозуміти, як працює мозок тварини? Сумнівно, бо ця модель така ж складна, як і реальна тварина, і не нестиме жодних корисних узагальнень. Таким чином, мотиви поведінки кота залишаться незрозумілими, а науковий метод – дискредитованим.

    Розуміння меж застосування прогностичних можливостей моделі є ключовим для її успішного використання в будь-якій галузі науки. У біофізиці це особливо актуально, оскільки складність досліджуваних біологічних систем виходить за межі нашої уяви.

    Семен Єсилевський – доктор фізико-математичних наук, науковий співробітник у відділі фізики біологічних систем Інституту фізики НАН України.

    ТЕКСТ: Семен Єсилевський
    Ілюстрації: Ірина Гетьман
    Юрій Чернявський
    Статті
    Промо
    Проєкт інтелект. Воєнний сезон. Епізод 5: NFT та Україна

    Чи можна написати «Проєкт інтелект» на гривні й продати за мільйони доларів як NFT?

    Людина
    Від батька до сина: що таке генеалогія і як досліджувати свій рід

    Що таке ДНК-генеалогія і як далеко кожний з нас може просунутися у вивченні свого роду?

    Наука
    Екологічно чиста отрута: уривок з книжки «Зоологічна екскурсія супермаркетом»

    Чому краще утриматися від «дикого» промислу морепродуктів, особливо у водоймах, де цвіте вода?

    Наука
    Передумови приходу диктаторів до влади: Італія, Німеччина, РФ

    Що стало передумовами приходу диктаторів до влади на прикладі фашистської Італії, нацистської Німеччини та путінської росії? Розповідає співавтор і ведучий каналу «Історія Без Міфів» Владлен Мараєв.

    Людина
    Як кожен з нас може подякувати військовим і допомогти їм з адаптацією

    Як змінюється світосприйняття військових і що ми можемо зробити, аби висловити їм вдячність і допомогти в адаптації до мирного життя?

    Біологія
    Не тільки в історії. Який слід залишить війна в наших генах

    Як війни, голод та важкі психологічні травми залишають слід у геномі людини й чи можемо ми на це якось повпливати?

    Повідомити про помилку

    Текст, який буде надіслано нашим редакторам: