История биологии с начала XX века до наших дней

Крупную научную и организационную роль в формировании биофизики и разработке ее методологической основы сыграл Ж. Лёб и его школа. Лёб неуклонно проводил идею физико-химической целостности биологических объектов, которая нашла отражение в его двух основных трудах — «Динамика живого вещества» (1905) и «Организм как целое с физико-химической точки зрения» (1926) — и легла в основу методологии новой науки. Возникло направление, которое начали называть физико-химической биологией. В основанном Лёбом в Америке «Журнале общей физиологии» начали публиковаться работы биофизического характера. Лёб отмечал близость новой дисциплины к физиологии, поскольку в ее основные задачи входило познание физико-химических механизмов элементарных физиологических функций — возбуждения, клеточного деления, роста, механической работы, формообразования, реакции организмов на воздействие внешних факторов (температуру, свет, электрическое поле) в условиях нормального физиологического состояния. Новое направление примыкало также к биохимии, и их общей основой было изучение химического строения живой материи и протекающих в ней физико-химических процессов.

Лёбу и его школе принадлежит ряд крупных открытий, продемонстрировавших продуктивность физико-химического подхода к анализу жизненных явлений. Им была создана теория антагонизма ионов различной валентности и показана роль антагонизма в биологических процессах. Настоящей сенсацией — и не только в научном мире — явились его исследования по дроблению яиц. Он показал, что этот процесс, вызываемый проникновением сперматозоидов, можно вызывать и химическими агентами (искусственный партеногенез). Лёб установил также особую роль ионов водорода в поведении живого белка, создал и развил теорию элементарных актов ориентировки по отношению к свету, силе тяжести, электрическому полю (таксисы и тропизмы) на основе физико-химических реакций. В 1930 г. он основал на морской биологической станции Голд Спринг Харбор постоянный симпозиум по количественной биологии, на котором ежегодно обсуждались вопросы биофизики. В последний период жизни Лёб работал в Рокфеллеровском институте и оказывал сильное влияние на направление его исследований. Ему удалось увлечь своими идеями ботаника-физиолога У. Остергоута, который продолжал развивать его представления о роли ионов в развитии растений. Лёб впервые применил метод электропроводности к анализу ионных процессов в живых клетках и установил наличие характерных изменений электропроводности при возбуждении и повреждении клеток. Эти работы показали возможность оценивать по электропроводности физико-химическое состояние клеток и их жизнеспособность. Изучение пассивных электрических явлений составило самостоятельную ветвь биофизики.

Развитие физико-химических исследований в медицине.

Первые успехи физико-химических исследований в биологии, установивших роль солевых и водородных ионов и ионного антагонизма в поддержании водно-осмотического равновесия в живых клетках, обратили на себя внимание медиков, и уже в первом десятилетии XX в. были предприняты попытки использовать эти открытия для понимания патологических процессов. Клинические исследования показывали, что при отеках, нефритах, сердечно-сосудистых и нервных заболеваниях наблюдаются ионные сдвиги в крови. На основании экспериментальных данных Г. Шаде (1910) построил физико-химическую теорию воспалительного процесса. Согласно его представлениям, воспаление есть результат нарушения равновесия между водородными и гидроксильными ионами, приводящего к изменению коллоидного состояния протоплазмы. Он же детально выяснил роль коллоидного осмотического давления в поддержании водного равновесия между кровяным руслом и тканями организма и проанализировал условия, приводящие к возникновению патологических состояний.

Проникновение биофизики в медицину не ограничивалось работами школы Шаде. Почти одновременно ширится круг исследований по проблеме наркоза. Еще в 1899 г. Е. Овертон и Р. Майер независимо друг от друга обнаружили, что наркотический эффект, вызываемый различными соединениями, пропорционален их растворимости в липоидных веществах. Через 10 лет Ж. Траубе доказал, что между силой наркотического действия и физико-химическим явлением — поверхностным натяжением — существует определенная количественная зависимость. Классическая теория Траубе, включавшая в себя липоидную теорию Овертона, сохранила все свое значение до настоящего времени, хотя впоследствии в нее и были введены некоторые поправки.