LÝ SINH: LỊCH SỬ, NHỮNG GÌ NÓ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG, KHÁI NIỆM, PHƯƠNG PHÁP - SINH HỌC - 2026

Lý sinh là nghiên cứu các quy luật vật lý vận hành trong cơ thể sống. Nó là một khoa học liên ngành áp dụng các phương pháp tiếp cận và phương pháp vật lý để nghiên cứu các hiện tượng sinh học.

Còn được gọi là sinh học vật lý, một phần của ý tưởng cho rằng tất cả các hiện tượng được quan sát trong tự nhiên đều có cách giải thích khoa học có thể dự đoán được và rằng tất cả các hệ thống sống đều được tạo thành từ các quá trình dựa trên các quy luật vật lý.

Chuỗi xoắn kép ADN. Một trong những phát hiện chính trong lý sinh. Nguồn: Joseluissc3

Cuộc thảo luận trong đó lý sinh được coi là một nhánh của vật lý, sinh học hoặc cả hai là phổ biến. Trong trường hợp này, điều quan trọng cần lưu ý là xu hướng coi nó là một nhánh của sinh học.

Điều này là do sự trao đổi kiến ​​thức thường được tạo ra từ vật lý đến sinh học, vốn đã được làm phong phú thêm bởi những tiến bộ vật lý và khái niệm. Nhưng sự đóng góp tương tự không thể được khẳng định một cách ngược lại, nghĩa là, từ quan điểm của vật lý thuần túy, không thể nói rằng lý sinh cung cấp kiến ​​thức mới.

Lý sinh cung cấp bằng chứng thực nghiệm cho vật lý và do đó cho phép nó chứng thực các lý thuyết, nhưng sự trao đổi giữa vật lý và sinh học rõ ràng là một chiều.

Các nhà lý sinh được đào tạo về khoa học định lượng của vật lý, toán học và hóa học để nghiên cứu mọi thứ liên quan đến hoạt động, cấu trúc, động lực học và sự tương tác của các hệ thống sinh học. Những hệ thống này bao gồm các phân tử phức tạp, tế bào, sinh vật và hệ sinh thái.

Lịch sử

Nguồn gốc của vật lý sinh học có từ thế kỷ XVII khi khoa học tự nhiên vẫn chưa được phân chia thành các ngành riêng biệt và vào thời điểm tìm hiểu đầu tiên về sự phát quang sinh học.

Nghiên cứu đầu tiên được phát hiện được thực hiện bởi Tu sĩ Dòng Tên người Đức, Athanasius Kircher (1602-1680), người đã xuất bản tác phẩm Ars Magna Lucis et Umbrae của mình và dành hai chương về sự phát quang của động vật.

Mối liên hệ giữa điện và sinh học là chủ đề được suy đoán không chỉ trong thế kỷ XVII mà trong hai thế kỷ tiếp theo. Trong quá trình tiếp cận của mình, sự say mê của con người đối với động vật và điện tự nhiên, chẳng hạn như đom đóm hoặc phóng điện sét tự nhiên, đã trở nên rõ ràng.

Trong dòng nghiên cứu này, ở Ý và vào giữa thế kỷ 18, các thí nghiệm của Giovanni Beccaria về sự kích thích điện của các cơ tạo ra kiến ​​thức trong lĩnh vực này đã được phát hiện.

Năm 1786, Luigi Galvani bắt đầu một cuộc tranh cãi xung quanh tiềm năng điện ở động vật. Đối thủ của ông không ai khác chính là Alessandro Volta, người, bằng cách phát triển pin điện, đã phần nào hạn chế sự quan tâm của khoa học về tiềm năng điện trong sinh vật.

Thế kỷ XIX

Một trong những đóng góp chính trong thế kỷ 19 là của giáo sư sinh lý học Du Bois-Reymond ở Berlin, người đã chế tạo điện kế và thực hiện các nghiên cứu về dòng điện cơ và điện thế của dây thần kinh. Đối tượng nghiên cứu này đã trở thành một trong những điểm xuất phát của lý sinh.

Một trong số chúng là các lực chịu trách nhiệm cho dòng vật chất thụ động trong cơ thể sống, cụ thể là gradient khuếch tán và áp suất thẩm thấu. Cùng những dòng này, nổi bật là sự đóng góp của Abbé JA Nollet và Adolf Fick.

Sau này là người đã xuất bản văn bản đầu tiên về vật lý sinh học Die medizinische Physik hay Vật lý y tế bằng tiếng Tây Ban Nha. Trong công trình của Fick, không có thí nghiệm nào được thực hiện, mà thay vào đó, một sự tương tự với các quy luật của dòng nhiệt đã được nêu ra, điều này có thể đưa ra các quy luật chi phối sự khuếch tán. Các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm sau đó cho thấy sự tương tự là chính xác.

Thế kỷ XX

Thế kỷ 20 được đặc trưng bởi sự khởi đầu của một số nhà khoa học Đức, những người tập trung vào nghiên cứu các tác động của bức xạ.

Một cột mốc quan trọng của thời kỳ này là việc xuất bản cuốn sách ¿Qué es la vida? , bởi Erwin Schrödinger vào năm 1944. Trong đó, sự tồn tại của một phân tử trong cơ thể sống có chứa thông tin di truyền trong các liên kết cộng hóa trị đã được đề xuất.

Cuốn sách này và ý tưởng đó đã truyền cảm hứng cho các nhà khoa học khác và dẫn họ khám phá ra cấu trúc chuỗi xoắn kép của DNA vào năm 1953. Chính James Watson, Rosalind Franklin và Francis Crick là những người đã phát hiện ra.

Trong nửa sau của thế kỷ 20 có một sự trưởng thành rõ ràng của lý sinh học. Trong những ngày đó, các chương trình đại học đã được trình bày và nó đã phổ biến ở các quốc gia khác ngoài nước Đức. Ngoài ra, cuộc điều tra ngày càng bắt nhịp hơn.

Nghiên cứu là gì (đối tượng nghiên cứu)

Cơ sinh học là một trong những nhánh của lý sinh. Nguồn: Mutuauniversal

Lĩnh vực nghiên cứu của lý sinh học mở rộng đến tất cả các quy mô của tổ chức sinh học, từ phân tử đến hữu cơ và các hệ thống khác phức tạp hơn. Tùy thuộc vào trọng tâm của sự chú ý, lý sinh có thể được chia thành các nhánh sau:

- Cơ sinh học: nghiên cứu các cấu trúc cơ học tồn tại trong cơ thể sống và cho phép chúng chuyển động.

- Điện sinh học : nghiên cứu các quá trình điện từ và điện hóa xảy ra trong sinh vật hoặc tạo ra các tác động lên chúng.

- Động học sinh học: đối tượng nghiên cứu của nó là sự biến đổi năng lượng xảy ra trong các hệ thống sinh học.

- Âm học: là khoa học nghiên cứu sự sản sinh ra sóng âm thanh, sự truyền đi của chúng bằng một số phương tiện và bị các động vật hoặc hệ thống sống khác bắt giữ.

- Biophotonics: tập trung vào tương tác của các sinh vật sống với các photon.

- Phóng xạ học: nghiên cứu các hiệu ứng sinh học của bức xạ (ion hóa và không ion hóa) và các ứng dụng của nó trong lĩnh vực và phòng thí nghiệm.

- Động lực học protein: nghiên cứu các chuyển động phân tử của protein và xem xét cấu trúc, chức năng và cách gấp của chúng.

- Giao tiếp phân tử : tập trung vào nghiên cứu sự tạo ra, truyền và nhận thông tin giữa các phân tử.

Các ứng dụng

Các chủ đề được nghiên cứu bằng lý sinh có thể trùng lặp với các chủ đề hóa sinh, sinh học phân tử, sinh lý học, công nghệ nano, kỹ thuật sinh học, hệ thống sinh học, sinh học tính toán hoặc hóa lý, trong số những chủ đề khác. Tuy nhiên, chúng tôi sẽ cố gắng phân định các ứng dụng chính của lý sinh.

Với việc phát hiện ra DNA và cấu trúc của nó, lý sinh đã góp phần tạo ra vắc xin, phát triển các kỹ thuật hình ảnh cho phép chẩn đoán bệnh và tạo ra các phương pháp dược lý mới để điều trị một số bệnh lý.

Với sự hiểu biết về cơ sinh học, nhánh sinh học này đã giúp thiết kế các bộ phận giả tốt hơn và các vật liệu nano tốt hơn để có thể phân phối thuốc.

Ngày nay, lý sinh đã bắt đầu tập trung vào các vấn đề liên quan đến biến đổi khí hậu và các yếu tố môi trường khác. Ví dụ, công việc đang được thực hiện về sự phát triển của nhiên liệu sinh học thông qua các vi sinh vật sống để thay thế xăng.

Các cộng đồng vi sinh vật cũng đang được điều tra và các chất ô nhiễm trong khí quyển được theo dõi bằng kiến ​​thức thu được.

Các khái niệm chính

- Hệ thống : là tổng hợp có trật tự của các yếu tố nằm giữa các giới hạn thực hoặc ảo, có mối quan hệ và tác động qua lại với nhau.

- Protein : các phân tử lớn có trong tất cả các tế bào sống. Chúng được tạo thành từ một hoặc nhiều chuỗi axit amin dài hoạt động giống như những cỗ máy thực hiện nhiều chức năng khác nhau, chẳng hạn như cấu trúc (bộ xương), cơ học (cơ), sinh hóa (enzym) và tín hiệu tế bào (hormone).

- Hệ màng sinh chất : hệ thống các chất lỏng thực hiện nhiều chức năng sinh học mà chúng phải thích ứng với thành phần và sự đa dạng của chúng. Chúng là một phần của tế bào của mọi sinh vật và là nơi lưu trữ vô số phân tử nhỏ và đóng vai trò như một mỏ neo cho protein.

- Dẫn truyền : là dòng nhiệt truyền qua môi trường rắn do dao động bên trong của các phân tử, cũng như các electron tự do và sự va chạm giữa chúng.

- Đối lưu : dùng để chỉ dòng năng lượng truyền qua các dòng chất lưu (lỏng hoặc khí), là chuyển động của các thể tích chất lỏng hoặc chất khí.

- Bức xạ : truyền nhiệt qua sóng điện từ.

- Axit deoxyribonucleic (DNA) : tên hóa học của phân tử chứa thông tin di truyền ở mọi sinh vật. Chức năng chính của chúng là lưu trữ thông tin lâu dài để xây dựng với các thành phần khác của tế bào, chúng cũng có các chỉ dẫn được sử dụng cho sự phát triển và hoạt động của tất cả các cơ thể sống.

- Xung thần kinh : là xung điện hóa bắt nguồn từ trung ương thần kinh hoặc ở các cơ quan cảm giác khi có tác nhân kích thích. Sóng điện chạy qua toàn bộ tế bào thần kinh này luôn được truyền theo một chiều, đi qua các đuôi gai của tế bào và đi qua sợi trục.

- Sự co cơ: là quá trình sinh lý trong đó các cơ co thắt lại, làm cho chúng ngắn lại, giữ nguyên hoặc căng ra do sự trượt của các cấu trúc tạo nên nó. Chu kỳ này được liên kết với cấu trúc của sợi cơ và sự truyền điện thế qua các dây thần kinh.

Phương pháp

Nhà vật lý sinh học AV Hill cho rằng thái độ tinh thần sẽ là công cụ chính của nhà vật lý sinh học. Với điều này làm nền tảng, ông lập luận rằng các nhà lý sinh là những cá nhân có thể diễn đạt một vấn đề bằng các thuật ngữ vật lý, và những người không bị phân biệt bởi các kỹ thuật cụ thể được sử dụng mà bằng cách họ hình thành và tấn công vấn đề.

Thêm vào đó là khả năng sử dụng lý thuyết vật lý phức tạp và các công cụ vật lý khác để nghiên cứu các đối tượng tự nhiên. Ngoài ra, họ không phụ thuộc vào các dụng cụ được chế tạo thương mại, vì họ thường có kinh nghiệm lắp ráp thiết bị đặc biệt để giải quyết các vấn đề sinh học.

Việc tự động hóa các phân tích hóa học và các quy trình chẩn đoán khác bằng máy tính là những khía cạnh cần xem xét trong các phương pháp lý sinh hiện nay.

Ngoài ra, các nhà lý sinh phát triển và sử dụng các phương pháp mô hình hóa máy tính, nhờ đó họ có thể thao tác và quan sát hình dạng và cấu trúc của các phân tử phức tạp, cũng như virus và protein.

Người giới thiệu

1. Solomon, A. (2018, ngày 30 tháng 3). Lý sinh. Encyclopædia Britannica. Phục hồi tại britannica.com
2. Lý sinh. (2019, ngày 18 tháng 9). Wikipedia, Bách khoa toàn thư. Khôi phục từ wikipedia.org
3. Những người đóng góp Wikipedia. (2019, ngày 23 tháng 9). Lý sinh. Trong Wikipedia, Bách khoa toàn thư miễn phí. Khôi phục từ wikipedia.org
4. Lý sinh là gì? Biết các ngành nghiên cứu và lịch sử của nó. (2018, ngày 30 tháng 11). Phục hồi từ branchdelabiologia.net
5. Hiệp hội vật lý. (2019) Lý sinh là gì. Được khôi phục từ biophysics.org
6. Nahle, Nasif. (2007) Bài báo Didactic: Biophysics. Tổ chức Tủ sinh học. Đã khôi phục từ biocab.org