LEGATURA FIZICII CU BIOLOGIA
-prof.Stefania Petrescu ,Sc.Uruguay,Bucureresti
Fizica este cea mai importanta si autocuprinzatoare dintre stiinte si a avut efect profund asupra dezvoltarii stiintifice.Fizica este echivalentul de astazi a ceea ce altadata se numea filozofie naturala,din care au provenit cele mai multe dintre stiintele noastre moderne.
Biologia este stiinta naturii care se ocupa cu studiul fiintelor vii.In zilele de la inceput ale acestei stiinte,biologii aveau de tratat problema pur descriptiva de a afla ce fiinte vii exista.Dupa ce aceste chestiuni au fost lamurite cu mult interes,biologii au intrat in mecanismul din interiorul corpurilor vii.
A existat de timpuriu o interesanta legatura intre fizica si biologie,legatura prin care biologia a ajutat fizica la descoperirea conversarii energiei pentru prima data demonstrata de Mayer in legatura cu cantitatea de caldura primita de o fiinta vie.
Daca privim mai de aproape problemele biologiei animalelor vii,vedem multe fenomene fizice:circulatia singelui ,pompe,presiune,etc.
Exista nervi:stim ce se intimpla cind calcam pe o piatra ascutita si ca intr-un fel sau altul,informatia merge de la picior in sus.E interesant cum se intimpla aceasta.
In studiul nervilor,biologii au ajuns la concluzia ca acestia sunt tuburi foarte fine cu un perete complex,care e foarte subtire.Prin acest
Perete celula pompeza ioni,astfel incit exista ioni pozitivi in afara si ioni
Negativi inauntru,ca intr-un condensator.Or,aceasta membrana are o proprietate interesanta:daca se descarca antr-un anumit loc,adica daca unii dintre ioni au fost in stare sa o traverseze de-a curmezisul ,astfel ca
Tensiunea electrica sa fie redusa acolo,aceasta influenta electrica se face simtita asupra ionilor din vecinatate si ea afecteaza membrana,
Astfel incit lasa sa treaca ionii de-a curmezisul si in punctele invecinate.
Acestea,la rindul sau o afecteaza mai departe si si astfel exista o unda de "penetrabilitate"este "excitata" la un capat,de exemplu prin calcare
pe piatra ascutita.Aceasta unda este oarecum analoga cu ceea ce se
intimpla cu un lung sir de pietre de domino asezate vertical atunci cind
este rasturnata piatra de la capat,aceasta rastoarna urmatoarele etc.
Astfel se va transmite doar un singur mesaj.In mod similar,in celula
nervoasa exista procese care formeaza incet ionii din nou afara spre a pregatimesajul pentru impulsul urmator .Asa se face ca stim ceea ce facem.Desiguri ca efectele electrice asociate cu acest impuls nervos pot fi culese cu instrumente electrice si din cauza ca exista efecte electrice,in mod evident fizica proceselor electrice a avut o mare importanta pentru intelegerea fenomenului.
Fenomenul opus este ca,de undeva din creier,se transmite spre exterior un mesaj de-a lungul unui nerv.Ce se petrece la capatul nervului
acolo nervul are ramificatii fine,conectate cu o structura de lingi un muschi ,o placa terminala.Cind impulsul ajunge la capatul nervului ,sunt expulzate mici cantitati dintr-o substanta chimica numita aceticolina( 5 pina la 10 molecule o data) si aceasta afecteaza fibra musculara,facind-
o sa se contracte .
Cei care studiaza nervii simt ca munca lor e foarte importanta,fiind-
ca nu poti avea animale fara nervi.Dar poti avea viata fara nervi.Plantele
nu au nici nervi,nici muschi,dar totusi ele exista,traiesc.
Asa ca pentru problemele fundamentale ale biologiei trebuie sa privim mai in profunzime ti vom descoperi ca toate fiitele vii au o multime
de caracteristici comune.Astfel,in primul rind ele sunt facute din celule,
in interiorul carora exista un mecanism complex capabil de a efectua
procese chimice.
In celulele plantelor exista un mecanism pentru captarea luminii si
generarea zaharinei, care e consumata apoi in intuneric spre a mentine
planta in viata.Cind planta este mincata zaharoza genereaza in animale o serie de reactii chimice foarte stins legate de fotosinteza din plante
(si efectul sau opus din intuneric).
In celulele sistemelor vii exista mai multe reactii chimice complicate
in care un compus se schimba in mai muti altii .
Fizica este de mare importanta in biologie si in alte stiinte pentru
inca un motiv, legat de tehnica experimentala.
De fapt,fara marea dezvoltare a fizicii experimentale toate schemele biochimice nu ar fi cunoscute astazi.
Motivul este ca cea mai utila metoda pentru a analiza acest sistem
fantastic de complex este sa se marcheze atomii care sunt folositi in reactii.Proprietatile chimice ale atomilor sunt determinate de numarul de
electroni ,nu de masa nucleului .
Exista in celule molecule foarte mari supuse unor schimbari care
intr-un mod complicat tin moleculelel mai mici exact asa cum trebuie
pentru ca reactia sa se poata produce cu usurinta.Aceste structuri foarte mari se numesc enzime.
O enzima este facuta dintr-o substanta numita proteina.Enzimele sunt forte mari si complicate ,diferite intre ele,iar fiecare este construita
pentru a controla o anumita reactie speciala.
Enzimele,ele insele,nu sunt direct implicate in reactie.Ele nu se modifica ,ci au pur si simplu rolul de a permite unui atom sa treaca dintr-
o parte intr-alta .Dupa ce a facut acest lucru cu o molecula,enzima este gata sa il repete cu cea urmatoare,ca o masina intr-o fabrica.
Nu toate proteinele sunt enzime,dar toate enzimele sunt proteine.
Exista multe proteine,ca proteinele din muschi,proteinele structurale
care exista in cartilagii,par,piele,care nu sunt ele insele enzime.Totusi
proteinele sunt o substanta caracteristica vietii: mai intii din ele sunt
construite toate enzimele si in al doilea rind din ele este construita o mare parte din rezultatul materiei vii.
Proteinele au o structura foarte interesanta si simpla.Ele sunt un sir
de lant,de diferiti aminoacizi.
Unul din marile triunfuri ale anilor 1960 a fost descoperirea aranjarii
atomice spatiale exacte a anumitor proteine,care contin 56 sau 50 atomi intr-un sir.
Peste o mie de atomi au fost descoperti an structura complexi a doua proteine .Prima a fost hemoglobina .
O alta proteina este: de unde" stiu "enzimele ce trebuie sa fie O
musca cu ochii rosii face o musca cu ochii rosii si astfel informatia pentru intreaga structura de enzime de a produce pigment rosu trebuie transmisa de la o musca la urmatoarea .Aceasta se realizeaza printr-o
substanta din nucleul celulei,care nu e o proteina,numita ADN(acid
dezoxiribonucleic).Aceasta substanta cheie e trecuta dintr-o celula intr-
alta si transforma informatiile despre cum trebuie sa fie facute enzimele.
Sructura substantei ADN a fost studiata multa vreme,mai intii chimic spre a-i gasi compozitia,iar apoi cu raze X pentru ai determina structura spatiala.Rezultatul a fost urmatoarea descoperire remarcabila: molecula
de ADN este formata dintr-o pereche de lanturi,rasucite unul in jurul altuia.Coloana vertebrala a fiecaruia dintre aceste lanturi,care sunt analoage lanturilor de proteine,dar chimic cu totul diferite,e formata dintr-o serie de grupari de zahar si fosfat.
In anul 1963 fizicianul Richard P.Feynman nota ca"detaliile despre cum sosesc si cum aranjeaza aminoacizii in conformitate cu codul care se afla in ARN sunt pina acum,inca necunoscute".In prezent aceasta afirmatie este contrazisa de descoperirile facute.
Desigur ca in prezent nici un domeniu nu face mai multe progrese pe atit de multe fronturi decit biologia .Daca ar fi sa ne uitam cea mai
puternica dintre toate ipotezele care ne conduc mai depsarte in incercarea de a intelege viata,aceasta este ca toate corpurile sunt facute din atomi si orice fac fiintele vii poate fi inteles in termeni de oscilatii si miscari ale atomilor.
In cotinuare voi prezenta actualitati si perspective in genetica.
Pierre Auger ,unul dintre expertii UNESCO pentru biologie si genetica face urmatoarea remarca: "Genetica a cunoscut un trecut valoros,are un prezent bogat si promite un viitor pasionant".
Aforismul lui P. Auger reflecta realitatea existenta in domeniul geneticii,exprima chinteseta dezvoltarii geneticii,de la conturarea ei ca stiinta ca specialitate,pina in prezent si viitor.
Notiuni si chiar"observatii" experimentale(empirice) sunt cunoscute din antichitate,dar momentul crucial pentru genetica este anul 1865,cind
Gregor Mendel publica lucrarea"Cercetari asupra hibizilor de plante".
Prin continutul lucrarii,traditional,lui Mendel i se atribuie "paternitatea"fundamentarii stiintifice a geneticii de mai tirziu.Mendel,
Gratie perspicacitatii interpretarilor,descopera si defineste legile ereditatii,sprijinite si fundamentate prin calcule matematice,stabileste transmiterea si reparasia caracterelor parentale la descendenti,explica
"puritatea" genetica sui segregarea independenta a caracterelor ,precum
si particularitatile de caracter dominant,recesiv,codominant,etc.
"Prinre ideile avansate de Mendel-spune F.Jacob-una dintre cele mai revolutionare,care,mostenita de la parinti ,determina caracterul".
Datorita W.Waldeyer este introdusa notiunea de cromozom,iar in
anul 1903 ,farmacistul danez W.Johansen introduce termenul de gena.
Sutton demonstreaza ca in celula somatica cromozomii se gasesc
In perechi omogene,unul avind origine paterna,celalalt materna si ca in
Gametogeneza repartizeaza fiecare in gameti diferiti.
Un punct nodal in dezvoltarea geneticii este si anul 1902 cind
Cuenot ,dupa redescoperirea legilor mendeliene ,demonstreaza experimental ca sunt aplicabile in regnul animal si la om .Deci, se demonstreaza universalitatea legilor lui Mendel .
Din anul 1910,datorita lucrarilor lui Th M.Morgan incepe adevarata
"perioada revolutionara" pentru genetica.
