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Biofísica

ciencia que estudia la biología con los principios y métodos de la física
La biofísica podría describir físicamente lo que ocurre en nuestro cerebro.

La biofísica es la ciencia que estudia la biología con los principios y métodos de la física.[1][2][3]​ Al aplicar el carácter probabilístico de la mecánica cuántica a sistemas biológicos, se obtienen métodos puramente físicos para la explicación de propiedades biológicas.

Se discute si la biofísica es una rama de la física, de la biología o de ambas.[4]​ Se puede decir que el intercambio de conocimientos es únicamente en dirección a la biología, ya que esta se ha ido enriqueciendo de los conceptos físicos y no viceversa.[4]​ Desde un punto de vista se puede concebir que los conocimientos y enfoques acumulados en la física «pura» se pueden aplicar al estudio de sistemas biológicos.[4]​ En ese caso la biofísica le aporta conocimientos a la biología, pero no a la física.[4]​ Sin embargo, la biofísica ofrece a la física evidencia experimental que permite corroborar teorías. Ejemplos en ese sentido son la física de la audición, la biomecánica, los motores moleculares, comunicación molecular, entre otros campos de la biología abordada por la física. La biomecánica, por ejemplo, consiste en la aplicación de conceptos de la dinámica clásica y la mecánica de sólidos deformables al comportamiento cinemático, dinámico y estructural de las diferentes partes del cuerpo.

Se estima que durante los inicios del siglo XXI, la confluencia de físicos, biólogos y químicos a los mismos laboratorios aumentará. Los estudios en neurociencia, por ejemplo, han aumentado y cada vez han tenido mayores frutos desde que se comenzó a implementar las leyes del electromagnetismo, la óptica y la física molecular al estudio de las neuronas.[5]

Otros estudios consideran que existen ramas de la física que se deben desarrollar a profundidad como problemas físicos específicamente relacionados con la materia viviente.[4]​ Así, por ejemplo, los polímeros biológicos (como las proteínas) no son lo suficientemente grandes como para poderlos tratar como un sistema mecánico, a la vez que no son lo suficientemente pequeños como para tratarlos como moléculas simples en solución. Los cambios energéticos que ocurren durante una reacción química catalizada por una enzima, o fenómenos como el acoplamiento químico-osmótico parecen requerir más de un enfoque físico teórico profundo que de una evaluación biológica.

Entre esos dos extremos aparecen problemas como la generación y propagación del impulso nervioso donde se requiere un pensamiento biológico, más un pensamiento físico así como algo cualitativamente nuevo que aparece con la visión integradora del problema.[4]

Una subdisciplina de la biofísica es la dinámica molecular, que intenta explicar las propiedades químicas de las biomoléculas a través de su estructura y sus propiedades dinámicas y de equilibrio.

Índice

Áreas de la biofísicaEditar

BiomecánicaEditar

La biomecánica es un área de conocimiento interdisciplinaria que estudia los fenómenos naturales que ocurren en el cuerpo humano como consecuencia de sufrir la aplicación de fuerzas de diverso origen y sirve para medir el rendimiento de acuerdo a la optimización del gasto energético. La biomecánica tiene áreas de aplicación como la medicina, la ergonomía y los deportes.

Es una disciplina científica que tiene por objeto el estudio de las estructuras de carácter mecánico que existen en los seres vivos, fundamentalmente del cuerpo humano. Esta área de conocimiento se apoya en diversas ciencias biomédicas, utilizando los conocimientos de la mecánica, la ingeniería, la anatomía, la fisiología y otras disciplinas, para estudiar el comportamiento del cuerpo humano y resolver los problemas derivados de las diversas condiciones a las que puede verse sometido.[6]

La biomecánica está íntimamente ligada a la biónica y usa algunos de sus principios, ha tenido un gran desarrollo en relación con las aplicaciones de la ingeniería a la medicina, la bioquímica y el medio ambiente, tanto a través de modelos matemáticos para el conocimiento de los sistemas biológicos como en lo que respecta a la realización de partes u órganos del cuerpo humano y también en la utilización de nuevos métodos diagnósticos.

Una gran variedad de aplicaciones incorporadas a la práctica médica; desde la clásica pata de palo, a las sofisticadas ortopedias con mando mioeléctrico y de las válvulas cardíacas a los modernos marcapasos existe toda una tradición e implantación de prótesis.

Hoy en día es posible aplicar con éxito, en los procesos que intervienen en la regulación de los sistemas, modelos matemáticos que permiten simular fenómenos muy complejos en potentes ordenadores, con el control de un gran número de parámetros o con la repetición de su comportamiento.

BioacústicaEditar

La bioacústica es una ciencia multidisciplinaria que combina la biología y la acústica. Usualmente se refiere a la investigación de la producción del sonido, su dispersión a través de un medio y su recepción en animales (incluyendo los humanos). Esto envuelve el énfasis neurofisiológico y anatómico de la producción y detección del sonido y la relación de las señales acústicas con el medio en el que se transmiten. Estos hallazgos han dado evidencia acerca de la evolución de los mecanismos acústicos y de alguna manera de los animales que los utilizan.

En la acústica marina este termino también es utilizado para nombrar el efecto de plantas y animales en la propagación del sonido bajo el agua, usualmente se refieren al uso del sonar para la estimación de biomasas[7][8]

Motores molecularesEditar

Los motores moleculares son motores en los que los movimientos individuales de unas pocas moléculas son responsables de la conversión de una forma de energía (principalmente química) en trabajo. En la naturaleza, están en el origen de todos los movimientos de los seres vivos. También serían componentes importantes de eventuales nanomáquinas. Los primeros elementos de la descripción de estos procesos son recientes y debidos al equipo del profesor Jacques Prost en el Instituto Curie. Estos movimientos implican a la física de las transiciones de fase y los sistemas dinámicos.

La principal diferencia con los motores macroscópicos se debe a la escala de las energías que entran en juego. En efecto para mover masas moleculares a distancias de unos pocos nanómetros, el trabajo necesario es del orden de la energía libre de un termostato a temperatura ambiente. Los motores moleculares están generalmente muy influenciados por su entorno, y no pueden ser descritos más que por teorías estadísticas. Este es el caso de todos los motores moleculares biológicos.

Dinámica proteicaEditar

Estudia de movimientos moleculares de proteínas relacionados con su estructura, plegamiento o función.

Comunicación molecularEditar

La transmisión y recepción de información por medio de las moléculas.

ReferenciasEditar

  1. «Biophysics | science». Encyclopedia Britannica (en inglés). Consultado el 26 de julio de 2018. 
  2. Zhou HX (March 2011). «Q&A: What is biophysics?». BMC Biology 9: 13. PMC 3055214. PMID 21371342. doi:10.1186/1741-7007-9-13. 
  3. «the definition of biophysics». www.dictionary.com (en inglés). Consultado el 26 de julio de 2018. 
  4. a b c d e f «Biofísica». Enciclopedia Libre Universal en Español. Consultado el 25 de marzo de 2019. 
  5. Néstor Parga (Departamento de Física Teórica UAM). «Biofísica y el cerebro». Consultado el 5 de febrero de 2008. 
  6. Vera, 1994
  7. Medwin H. & Clay C.S. (1998). Fundamentals of Acoustical Oceanography, Academic Press
  8. Simmonds J. & MacLennan D. (2005). Fisheries Acoustics: Theory and Practice, second edition. Blackwell

Véase tambiénEditar

Enlaces externosEditar