Biyofizik, biyoloji anlayışımızı ve tıp pratiğini muhteşem bir biçimde birleştiren ve şekillendiren bir bilimsel çalışma alanıdır. Bu nedenle de biyofizik eğitimi almış olanlar sınırsız kariyer olanaklarına sahiptir. Peki ama biyofizik tam olarak nedir?
Fizik, cisimlerin iç yapılarında bir değişiklik yaratmaksızın onların özellik, durum ya da hareketlerini inceleyen bir bilimdir. 16. yüzyılda “doğa bilimleri” fizik, kimya, biyoloji vb. gibi ana dallara ayrılmış, Rönesans dönemi sonrasında hızla artan bilgi birikimi sonucunda da ana araştırma dallarının da ayrılması söz konusu olmuştur. Bunun sonucunda örneğin fizik alanından mekanik, optik, akustik, elektrik gibi alt bilim dalları ortaya çıkmıştır.
Süreç içinde de fiziğin diğer bilimlerle akrabalığından doğan matematiksel fizik, kimyasal fizik, astrofizik, jeofizik, biyofizik gibi ikili melez bilim dalları ortaya çıkmıştır. Hatta üç bilim dalı arasında köprü kurulmasıyla oluşmuş biyofiziksel kimya gibi üçlü bilim dalları oluşmuştur
Biyofizik Nedir?
Biyofizik, biyolojik sistemlerin nasıl çalıştığını anlamak için fizik teorilerini ve yöntemlerini uygulayan alandır. Günümüzde biyofizik, “Çevremizdeki küçük moleküller bir duyu organı tarafından nasıl algılanır ve beyne dış dünya hakkında bilgi sağlayan elektriksel dürtülere dönüştürülür?” gibi çeşitli biyolojik soruları yanıtlamaya çalışmaktadır. Biyofizikçiler bu tür soruları cevaplamak için kimyasal, fiziksel ve biyolojik analiz tekniklerini kullanırlar.
Kısa bir süre önce, canlı ve cansız arasındaki ayrımın gözlemlenmesi kolay, ancak tanımlanması zordu. Ortaçağ filozofları hayat ile cansızlık arasında soyut bir ayrımın varlığına dair teoriler ortaya attılar. Bunu yaparak kendilerini keskin bir ayrımı reddeden monistler ve bunu onaylayan düalistler olarak ikiye böldüler. 19. yüzyılda, fizikçiler ve biyologlar, iki disiplin arasında bir bağlantı olduğu yönünde fikirler geliştirmeye başlayacaklardı.
Ancak fikirlerinin kabul edilmesi de kolay bir süreç değildi. Bunun nedeni kısmen, 20. yüzyılın başında canlı organizmaların işleyişinin ayrıntılı bir mekanik resmini sağlamaya, hatta böyle bir resmin mümkün olduğuna dair ikna edici kanıt sağlamaya yetecek kadar fizik ve kimyanın bilinmemesiydi.
Ancak artık günümüzde koşullar değişti. Atomik kuvvet mikroskobu, süper çözünürlüklü mikroskopi ve DNA origami gibi yeni biyofiziksel teknikler 1980’li ve 90’lı yıllarda geliştirildi. Teknolojinin yükselişi de 2000 yılından itibaren biyofiziğin disiplinler arası büyümesini teşvik etti.
Biyofizik Uygulamaları Nelerdir?
Biyofiziğin disiplinler arası doğası, onun çok çeşitli alanlarda önemli katkılarda bulunmasına olanak tanır. Kısaca maddelemek gerekirse:
- Sinirbilim – Biyofiziksel modelleme ve görüntüleme teknikleri, elektrik sinyallerinin nöronlarda nasıl yayıldığını ve biliş ve davranışa nasıl yol açtığını ortaya çıkarmaya yardımcı olur.
- Ekoloji – Biyofizik, hayvanların hareketi, besin döngüsü ve biyolojik sistemlerin fiziksel çevresel faktörlere verdiği tepkiler gibi konulara ilişkin bilgiler sağlar.
- Biyoteknoloji – Biyofizikten elde edilen bilgiler proteinlerin, biyomateryallerin, biyosensörlerin ve biyouyumlu implantların mühendisliğine bilgi verir. Biyofizik aynı zamanda fermantasyon ve biyokataliz gibi süreçlerin optimize edilmesine de yardımcı olur .
- Farmakoloji – Biyofiziksel yaklaşımlar ilaç etki mekanizmalarına ışık tutar. Bu, akılcı ilaç tasarımına yardımcı olur.
- Tıp – Biyofiziksel teknikler hastalık süreçlerini anlamak, tıbbi cihazlar geliştirmek ve ortaya çıkan tedavilere rehberlik etmek için kullanılır. Örneğin biyofizik, daha iyi görüntüleme teknolojilerinin geliştirilmesinde, kalp aritmilerinin modellenmesinde ve hedefe yönelik ilaç dağıtım yöntemlerinin tasarlanmasında rol oynar.
Biyofizik, tüm bu alanlarda teknolojilerin ilerlemesine yardımcı olmak ve sağlık, çevre ve toplumla ilgili bilimsel soruları ele almak için benzersiz bir bakış açısı sağlar. Fizik ve mühendislik birbirine yakınlaştıkça bu alan yeni uygulamalar bulmaya devam edecek
Biyofizikçiler Ne Yapar?
Biyofizikçiler biyolojik soruları incelemek için fizik ilkelerini ve tekniklerini kullanırlar. Günlük çalışmaları deney tasarlamayı, veri toplamayı, sonuçları analiz etmeyi ve teorik modeller geliştirmeyi içerir. Biyologlar, kimyagerler, mühendisler ve tıbbi araştırmacılarla işbirliği yapabilirler. Bazı ortak faaliyetler şunları içerir:
- Moleküler yapıları belirlemek için X-ışını kristalografisi veya elektron mikroskobu gibi görüntüleme tekniklerini kullanma
- Biyolojik süreç ve sistemlerin bilgisayar simülasyonlarının geliştirilmesi
- Hücrelerin ve hücresel bileşenlerin mekaniğini ve hareketliliğini analiz etmek
- Biyolojik numunelerin elektriksel iletkenliğinin, kapasitansının ve endüktansının ölçülmesi
- Biyolojik molekülleri tespit etmek ve bağlanma afinitesi gibi özellikleri analiz etmek için sensörler geliştirmek
- Nörobilim, fizyoloji, ekoloji, paleontoloji ve daha birçok alandaki konuları incelemek için fizik ilkelerini uygulamak
Sonuç olarak
Biyoloji ile fiziğin birleşiminden ortaya çıkan kuantum biyolojisi şimdiye kadar ortaya çıkan en disiplinlerarası alanlardan biridir. Kuantum biyolojisinin bir disiplin olarak varlığı, yaşam süreçlerine ilişkin soru işaretlerini daha net anlamamızı sağlayacaktır. Yaşamın ne olduğu, nasıl kontrol edilebileceği ve daha iyi kuantum teknolojileri oluşturmak için doğadan ne öğrenebileceğimiz gibi soruların cevapları bu alternatif bakış açısı ile daha net biçimde verilecektir.
Kaynaklar ve ileri okumalar
- Zhou HX. Q&A: What is biophysics? BMC Biol. 2011 Mar 2;9:13. doi: 10.1186/1741-7007-9-13. PMID: 21371342; PMCID: PMC3055214.
- Solomon, Arthur K.. “biophysics”. Encyclopedia Britannica, 6 Mar. 2024, https://www.britannica.com/science/biophysics.30 May 2024.
- Artificial materials are revealing how living things work. Yayınlanma tarihi: 22 Ekim 2014. Kaynak site: Conversation. Bağlantı: Artificial materials are revealing how living things work
Size Bir Mesajımız Var!
Matematiksel, 2015 yılından beri yayında olan ve Türkiye’de matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konular da ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki günümüzde oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.
Matematiksel
