ما هي الفيزياء الحيوية؟

تُعرف الفيزياء الحيوية بكونها أحد مجالات الفيزياء والأحياء المعنية بدراسة عمل الأنظمة البيولوجية المختلفة في جسم الإنسان وأجسام الكائنات الحية الأخرى، باستخدام مبادئ الفيزياء والرياضيات والكيمياء والهندسة وعلم العقاقير لفهم العمليات البيلوجية المتنوعة مثل آليات تكوين الخلايا، وكيفية تحرك أجزائها المختلفة، وكيفية عملها، وكيفية تواصل الخلايا العصبية مع بعضها البعض، وكيفية التقاط الخلايا النباتية للضوء وتحويله إلى الطاقة، وآلية عمل الخلايا السرطانية، بالإضافة إلى دراسة وفهم كيفية عمل الأنظمة المعقدة في الجسم، مثل الدماغ والدورة الدموية والجهاز المناعي وغيرها.[١][٢][٣]


مجالات عمل علماء الفيزياء الحيوية

يعمل علماء الفيزياء الحيوية على تطوير طرق للتغلب على الأمراض، وإنتاج مصادر الطاقة المتجددة، وتصميم التقنيات المتطورة، وحل الألغاز العلمية المختلفة، في مجالات متنوعة مثل:[١]


تحليل البيانات

يعمل علماء الفيزياء الحيوية الذين يعملون في أقسام تحليل البيانات على جمع عدد كبير من البيانات حول مشكلة أو موضوع معين ثم استخدام مبادئ الإحصاء والرياضيات وتقنيات الحاسوب المختلفة لتحليلها والخروج بنتائج جديدة، مثلًا قام علماء الفيزياء الحيوية في عام 1953م بتحليل عدد كبير من بيانات الحمض النووي، توصلوا من خلاله إلى اكتشافات هامة وحاسمة في شيفرة الحمض النووي للكائن الحي، وبفضل ذلك يمكننا الآن قراءة تسلسل الحمض النووي لآلاف البشر وجميع أنواع الكائنات الحية.


نمذجة الأنظمة الحيوية

يستخدم علماء الفيزياء الحيوية تقنيات النمذجة الحاسوبية لنمذجة ورؤية أشكال وهياكل البروتينات والفيروسات والجزيئات المعقدة الأخرى، حيث يساعدهم تطوير نماذج حاسوبية دقيقة لهذه الأنظمة في زيادة فهمهم لكيفية عملها ومعالجتها، إذ بفضلها يمكن للعلماء لتطوير أهداف دوائية جديدة، أو فهم كيفية تحور البروتينات التي تتسبب في نمو الأورام.


حركة الجزيئات

يعتمد فهم آلية عمل الأنظمة البيولوجية المعقدة على فهم علماء الفيزياء الحيوية حركة الجزيئات، حيث يدرسون كيفية تحرك الهرمونات حول الخلية، وكيفية تواصل الخلايا مع بعضها البعض، باستخدام علامات الفلورسنت، التي تجعل الخلايا تتوهج مثل اليراع تحت المجهر.


علم الأعصاب

يعمل علماء الفيزياء الحيوية على فهم كيفية عمل الدماغ والجهاز العصبي من خلال بناء نماذج حاسوبية تسمى الشبكات العصبية، حيث تساعدهم هذه النماذج على تطوير مبادئ جديدة لفهم كيفية معالجة الدماغ للمعلومات المرئية والسمعية والمعلومات الأخرى.


الهندسة الحيوية وتقنيات النانو والمواد الحيوية

أصبحت الهندسة الحيوية وعلوم النانو من أهم المجالات الطبية الحالية التي وفرت حلولًا لعدة مشاكل طبية مثل تصميم أطراف اصطناعية مناسبة وملائمة وتصميم أفضل الأنظمة لتوصيل الأدوية، وذلك بمساعدة مبادئ الفيزياء الحيوية.


التصوير الطبي

يعمل علماء الفيزياء الحيوية أيضًا في تطوير تقنيات تصوير طبي تشخيصية؛ أكثر أمانًا وسرعة ودقة لتحسين التصوير الطبي التشخيصي مثل التصوير بالرنين المغناطيسي، والأشعة المقطعية، والتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني.


التطبيقات الطبية

تعتبر الفيزياء الحيوية من المجالات الضرورية لتطوير العديد من العلاجات والأجهزة الطبية المهمة، مثل أجهزة غسيل الكلى والعلاج الإشعاعي وأجهزة تنظيم ضربات القلب وصمامات القلب الاصطناعية.


النظم البيئية

يعمل علماء الفيزياء الحيوية على دراسة الكائنات الحية في مختلف الأنظمة البيئية من أعلى طبقات الغلاف الجوي إلى أعماق المحيطات، حيث يبحثون في المجتمعات الميكروبية المتنوعة التي تعيش في كل مكان على هذا الكوكب، ويتتبعون الملوثات عبر الغلاف الجوي، ويجدون طرقًا لتحويل الطحالب إلى وقود حيوي.


المراجع

  1. ^ أ ب "What Is Biophysics", biophysics, Retrieved 2/3/2023. Edited.
  2. "Biophysics", biologydictionary, Retrieved 3/3/2023. Edited.
  3. "What is Biophysics?", umich, Retrieved 2/3/2023. Edited.