Історія розвитку біофізики як науки. Класифікація і характеристика основних напрямків біофізики

Історія розвитку біофізики як науки. Класифікація і характеристика основних напрямків біофізики




Біофізика — стара наука. Уже давно ставилися і зважувалися фізичні проблеми, зв'язані з життєдіяльністю організмів, такі, наприклад, як визначення швидкості поширення нервового порушення (Гельмгольц) чи перебування спектральних основ кольорового зору (Максвелл). Фізичні методи застосовувалися в біології здавна — досить згадати про мікроскопи. Однак лише в другій половині XX століття фізика об'єдналася з біологією у вивченні основних явищ життя, і почалося формування теоретичної й експериментальної біофізики як великої і різноманітної області фізики, а не підсобного розділу фізіології. Розвиток біофізики безпосередньо зв'язано з вирішальними досягненнями біології, насамперед молекулярної, з виникненням кібернетики, з успіхами фізики конденсованих систем (зокрема, фізики полімерів).

Сучасний стан природознавства не тільки допускає, але і вимагає викладу основ біофізики, що повинне виходити з представлення про біофізику як області фізики. Відповідно до цього представлення дослідження відноситься до біофізики, якщо задача його поставлена як фізична задача. Іншими словами, методи рішення цих задач можуть бути і нефізичними.

Побудова біофізики в цілому вимагає молекулярного обґрунтування. Молекулярна біофізика — фізика білків і нуклеїнових кислот найбільш розвита в даний час. У молекулярній біофізиці ми зустрічаємося зі специфічними властивостями і будівлею дуже складних молекул, що визначають явища життя, але найважливіші проблеми біології, насамперед проблема розвитку, залишаються поки за її межами. Однак, як показують дослідження останніх років, до вивчення цих проблем можна і треба підійти, спираючись на добре розроблені молекулярні представлення. Тим самим, молекулярна біофізика повинна бути основою для розгляду процесів життєдіяльності кліток і організмів на всіх рівнях структури і функціональності. Від молекул ми переходимо до надмолекулярних систем, до кліток і організмів. Фізичне тлумачення явищ регуляції і розвитку вимагає як молекулярно-фізичних, так і загальних феноменологічних представлень.

Молекулярна біофізика може бути визначена як область перекривання молекулярної фізики (зокрема, фізики макромолекул) і молекулярної біології. Отже, вона є частиною обох цих областей природознавства. Вона розвивалася одночасно з молекулярною біологією і невіддільна від її.

Молекули, якими займається біофізика, характеризуються багатьма особливостями, що відрізняють їх від молекул неживої природи. Білки — самі складні з відомих нам молекул. Будучи макромолекулами, білки і нуклеїнові кислоти не є статистичними системами, на відміну від макромолекул синтетичних полімерів. Це — динамічні системи, свого роду машини, поводження яких визначається положенням і функціональністю кожного елемента, що утворить молекулу. Основна задача молекулярної біофізики складається в дослідженні специфічних особливостей, що визначають будівлю і властивості біологічних молекул. Фізична теорія, з якою приходиться мати справу в молекулярній біофізиці, є теорія будівлі і фізичних властивостей цих молекул і одночасно теорія методів дослідження, застосовуваних в експерименті.

Біофізика, так само як і біологія, зараз стрімко розвивається. Наші знання безупинно збагачуються, багато представлень швидко застарівають. Спроба викласти сучасну біофізику повинна складатися у фіксації принципових і надійно встановлених положень і у вказівці подальших шляхів розвитку.

Тіла неживої і живої природи однаково побудовані з атомів і молекул. Тим самим вони підкоряються єдиним законам, що виражають будівлю і властивості речовини і полючи. Сучасна фізика звертається до вивчення життя. Проблема співвідношення фізики і біології стала зараз особливо актуальної.

Тісний зв'язок біології і фізики представлявся очевидної на ранніх етапах розвитку природознавства. Надалі, у міру поглиблення біологічних знань, що розкривали складність і своєрідність явищ життя, шляху біології і фізики усе більш розходилися. Основні біологічні закономірності - насамперед дарвінівський закон природного добору — розглядалися як зовсім несумісні з фізикою.

У XIX столітті були створені дві великі еволюційні теорії. Другий початок термодинаміки (Клаузиус, Гиббс, Больцман) дає закон еволюції речовини в ізольованій системі до його найбільш ймовірного стану, таким, що характеризується максимальною невпорядкованістю, максимальною ентропією. Навпроти, теорія біологічної еволюції (Дарвін) виражає зростання упорядкованості і складності живих систем, починаючи з примітивних мікроорганізмів і кінчаючи Homo sapiens з його мислячим мозком. Між цими двома теоріями дійсно мається невідповідність — біологічна еволюція, філогенез, а також онтогенез ніяк не погодяться з рівноважною термодинамікою ізольованих систем.

У той же час у XIX столітті біологія зробила могутній вплив на розвиток фізики. Закон збереження енергії, перший початок термодинаміки, був відкритий Майером, Джоулем і Гельмгольцем. Як відомо, Майер виходив у своїй роботі зі спостережень над живим організмом, над людьми. Менш відомо, що Гельмгольц також виходив з біологічних явищ.

Основне питання, з відповіді на який повинно починатися побудова і вивчення біофізики, тобто фізики живої природи,— це питання про співвідношення біологічних і фізико-хімічних явищ. Або в біології міститься щось принципово далеке фізиці і хімії, або життя є особливий прояв фізичних і хімічних процесів, що протікають у складних відкритих системах.

У той же час питання про достатність сучасної фізики для пізнання життєвих явищ має реальний сенс. У зв'язку з цим варто зупинитися на концепціях, запропонованих деякими біологами і фізиками.

Берталанфи (1968) протягом ряду років розвивав ідеї, що відносяться до так називаної загальної теорії систем. Берталанфи вважав біологічні явища пізнаваними засобами точної науки. Мниме протиріччя з термодинамікою знімається, якщо врахувати, що організми — відкриті системи, що обмінюються з навколишнім середовищем і речовиною й енергією. Тим часом канонічна термодинаміка відноситься до ізольованих систем. Тому для фізичного тлумачення біологічних явищ необхідна термодинаміка відкритих систем, нерівноважна термодинаміка. Берталанфи вбачає основу теоретичної біології в теорії систем. Система-сукупність об'єктів, взаємодіючих один з одним. Властивості системи не можна представити сумою властивостей утворюючих систему елементів. Розгляд системності дозволяє досліджувати проблеми цілісності, динамічної взаємодії й організації. Для біології ці проблеми — основні.

Ще до побудови термодинаміки відкритих систем Бауэр (1935) писав про нерівновагі властивості організмів. Основний закон біології по Бауэру говорять: "...живі системи ніколи не бувають у рівновазі і виконують за рахунок своєї вільної енергії постійну роботу проти рівноваги, необхідного законами фізики і хімії при існуючих зовнішніх умовах". Ідеї Бауэра залишилися незрозумілими його сучасниками, як, утім, і деякими новітніми коментаторами. Бауэр наближався до сучасної біофізики, але сьогодні його роботи зберегли головним чином історичний інтерес. Істотно те, що Бауэр доводив можливість атомно-молекулярного тлумачення життя: "...нерівновагий стан живої матерії і, отже, її постійно зберігаюча працездатність обумовлюються... молекулярною структурою живої матерії, а джерелом роботи, виробленої живими системами, служить, у кінцевому рахунку, вільна енергія, властива цій молекулярній структурі, цьому стану молекул".

Н.Бор (1961,1962) розглядав проблему співвідношення фізики і біології на основі принципу додатковості. Він вважав, що власне біологічні закони додаткові до законів, яким підкоряються неживі тіла. Не можна одночасно визначити фізико-хімічні властивості організму і явища життя — пізнання одного виключає пізнання іншого. Життя варто розглядати "...як основний постулат біології, що не піддається подальшому аналізу, подібно тому, як існування кванта дії... утворює елементарну основу атомної фізики". Таким чином, Бор вважав біологічні і фізико-хімічні дослідження додатковими, тобто несумісними, хоча і не суперечними один одному. Ця концепція не має нічого загального з віталізмом, тому що вона заперечує існування якої-небудь границі застосування фізики і хімії до рішення біологічних проблем. "...Жоден результат біологічного дослідження не може бути однозначно описаний інакше, як на основі понять фізики і хімії, зовсім так само, як всякий опис досвіду навіть в атомній фізиці повинен, у кінцевому рахунку, спиратися на поняття, необхідні для свідомої реєстрації почуттєвих сприйнять".

Виходячи з того ж принципу додатковості, говорили про несумісність пізнання морфологічної будівлі і функціональності, гомології й аналогії, середовища і внутрішнього стану, спадковості й адаптуємості. Вивчаючи одну сторону біологічного явища, ми так сильно впливаємо на іншу, що вона стає принципово непізнаваною. Тому що в житті одночасно виявляються всі некомутуючі фактори, вона непізнавана. Можна вивчити атомно-молекулярну структуру організму, але для цього він повинний бути убитий.

Погляди Бора змінювалися в міру розвитку сучасної біології. Пізніше він говорив про додатковість між практично застосовуваними в біології розуміннями фізико-хімічного характеру і поняттями, прямо зв'язаними з цілісністю організму і вихідними за рамки фізики і хімії. Застосування принципу додатковості в біології Бор аргументував уже не постулативним характером поняття життя, але надзвичайною складністю організму як цілісної системи. У своєму останньому виступі на цю тему Бор говорив тільки про практичний, але не про принципову додатковість, зв'язану з невичерпною складністю життя.

У 1945 р. Э. Шредингер написав книгу ("Що таке життя з погляду фізики", МУЛ, 1947), присвячену зв'язку біології з фізикою. У цій книзі глибоко і змістовно розглянуті три проблеми, що мають фундаментальне значення для біофізики.

Перша проблема — термодинамічні основи життя. Відмінність живого організму від тіл неживої природи складається у винятково високій упорядкованості організму, подібного в цьому змісті "аперіодичному кристалу", до здатності цієї упорядкованості підтримувати себе і робити упорядковані явища. Мова йде про саморегуляцію і самовідтворення організмів і кліток. Шредингер пояснив цю особливість тим, що організм — відкрита система, що існує в нерівновагому стані завдяки потоку ентропії в зовнішнє середовище. Організми безупинно створюють "порядок з порядку", "витягають упорядкованість з навколишнього середовища" у виді "добре упорядкованого стану матерії в харчових продуктах". Шредингер відповідає на запитання про причину макроскопичності, многоатомності організму. У системі, що складається з малого числа атомів, флуктуації повинні знищувати упорядкованість. Саме завдяки многоатомності організм існує відповідно до законів термодинаміки.

Друга проблема — молекулярні основи життя. Шредингер аргументує матеріалістичне представлення про молекулярну природу генів і ставить питання про структуру речовини спадковості і причинах його стійкого відтворення в ряді поколінь. Відповіді на ці питання дала молекулярна біологія, виникнення якої було у великому ступені стимульовано книгою Шредингера.

Третя проблема — квантовомеханічні закономірності, чітко виражені в радіобиологічних явищах. Обговорюючи праці Тимофеева-Ресовского, Дельбрюка й ін., Шредингер відзначає відповідність біологічних процесів законам квантової фізики.

Книга Шредингера дуже важлива, тому що в ній не тільки показана відсутність протиріч між фізикою і біологією, але і написані шляхи розвитку біофізики, реалізовані надалі.

Ельзасер (1958) протиставляв фізику біології. Запас інформації, що міститься у вихідній зародковій клітці, зиготі, значно менше, ніж у дорослому багатоклітинному організмі. Зростання обсягу інформації, з погляду Ельзасера, фізично нез'ясовно — це специфічна для живих систем "біотонна" закономірність.

Вигнер (1971) вважав, що саморепродукція біологічних молекул і організмів суперечить квантовій механіці. Імовірність існування станів, що саморепродукуються, практично дорівнює нулю.

У важливій роботі Ейгена (1973), присвяченій самоорганізації й еволюції біологічних макромолекул, переконливо аргументується теза про достатність сучасної фізики для пояснення біологічних явищ.

Живий організм являє собою відкриту, саморегульовану і гетерогенну систему, що самовідтворюється, найважливішими функціональними речовинами якої служать біополімери - білки і нуклеїнові кислоти. Така система підлягає комплексному фізичному і хімічному дослідженню. Її пізнання повинне спиратися на розкриття фізичних особливостей життя — на фізичний розгляд розвитку організму, його нерівновагі, упорядкованості, системності.

Біофізика є фізика живих організмів. Термодинамічний і теоретико-інформаційний аналіз явищ життя зняв удавані протиріччя між фізикою і біологією. Не можна не погодитися з Ейгеном, коли він затверджує, що сучасна фізика в принципі достатня для пояснення явищ життя для обґрунтування біології. Таке обґрунтування вимагає введення нових понять (наприклад, поняття селективної цінності інформації), але не побудови принципово нової фізики. Нова фізика, скажемо, квантова механіка чи теорія відносності, виникала в результаті встановлення границь застосовності раніше прийнятих представлень. У біології ми поки не зустрічаємося з такими границями для фізики.

Біофізичне дослідження починається з постановки фізичної проблеми, формулюємої на основі загальних законів фізики й атомно-молекулярних (тобто квантовомеханічних) представлень. Шлях біофізики йде через феноменологію (насамперед через термодинаміку і теорію інформації), до атомно-молекулярного дослідження живого тіла. Живе тіло принципове макроскопично, складається з дуже великого числа атомів, молекул, ланок полімерних ланцюгів, що володіють тією чи іншою мірою незалежними ступенями волі. Упорядкованість біологічної системи і її здатність до розвитку не могли б існувати, якби система була мікроскопічної і, виходить, підданою дуже великим флуктуаціям.

Біологічна проблема може зважуватися засобами фізики (скажемо, за допомогою електронного мікроскопа), але від цього дослідження ще не стає біофізичним. І, навпроти, фізична задача може зважуватися біологічними засобами. Так, постановка проблеми генетичного коду — відповідності між послідовністю амінокислотних залишків у білковому ланцюзі і послідовністю нуклеотидів у ДНК — є постановка фізичної задачі, заснована на фізико-хімічній гіпотезі про існування коду. Рішення цієї фізичної задачі було, однак, отримано за допомогою чисто біологічних і хімічних методів.

Постановці фізичної проблеми завжди передує велика робота в області біології, фізіології, біохімії, цитології і т.д. Біофізика — велике поприще нових великих відкриттів, рішень справжніх загадок природи. Може показатися, що до якої би біологічної проблеми ні звернувся фізик, він порівняно швидко прийде до такого відкриття, тому що міць його ідей і методів дуже велика. Однак щира ситуація виявляється іншою. Складність біологічних об'єктів і явищ утрудняє формулювання фізичної задачі. Постановка такої задачі можлива лише після глибокого біологічного дослідження.

Отже, робота в області біофізики жадає від дослідника дуже серйозних зусиль. На перехресті наук це неминуче. Біофізик — це фізик, що володіє широкою біологічною ерудицією і разом з тим здатний поставити і вирішити фізичну задачу. Біологічна ерудиція має на увазі не тільки знання спеціальних областей біології, що безпосередньо відносяться до теми роботи, скажемо, молекулярній біології чи фізіології. Не знає біології той, хто далекий живій природі, не знаком із зоологією і ботанікою. Саме знання цих основ біології (а фізики іноді відносяться до них зі зневагою) формує біологічний світогляд, без якого побудова справжньої біофізики неможлива.

Кінцеві цілі біології і біофізики єдині — вони складаються в пізнанні сутності життєвих явищ. Єдині і прикладні задачі в медицині і фармакології, у сільському господарстві і техніці. Але, будучи частиною фізики, біофізика не повинна розглядатися як допоміжна біологічна дисципліна. Підкреслимо ще раз, що застосування методів фізики і математики до рішення біологічних проблем ще не означає біофізичного дослідження. Без математичного апарата взагалі неможливо ніяке точне знання. Сучасний зоолог прибігає до витончених математичних прийомів при вивченні динаміки популяцій, але від цього він не стає ні математиком, ні, тим більше, біофізиком.

Істотні не методи, але фізичні, фізико-математичні ідеї, постановка і рішення фізичних задач,

Сучасну біофізику розділяють на три області - молекулярну біофізику, біофізику клітки, біофізику складних систем. Хоча цей розподіл умовно, сьогодні воно доцільно.

Молекулярна біофізика - область перекривання молекулярної фізики і молекулярної біології. Це — молекулярна фізика біологічних процесів, біологічно функціональних молекул.

Молекулярна фізика і молекулярна біофізика вирішують три групи задач. Вони досліджують будівлю молекул, їхні рівноважні взаємини і властивості і кінетику їхніх взаємодій і перетворень. Дослідження будівлі виробляється за допомогою ряду фізичних методів.

	Теорія будівлі електронної оболонки молекули і явищ  їм обумовлених, квантова механіка, квантова хімія. Уся  хімія — явище хімічного зв'язку, перетворення зв'язків у реакціях підкоряється квантовомеханічним закономірностям.  У біофізиці квантова механіка грає ту ж роль, що в хімії  і фізиці молекул — вона є основою розуміння структури  молекул, природи їхніх взаємодій, їх електронних (наприклад, спектральних) властивостей. Однак у багатьох випадках проблеми, зв'язані з електронними властивостями молекул, можуть зважуватися і за допомогою напівемпіричної класичної теорії, що зокрема застосовує так називану валентно-оптичну схему.

	Істотна особливість основних біологічно-функціональних речовин — їх макромолекулярність. Білки і нуклеїнові кислоти — великі молекули, біополімери. Тому молекулярна біофізика є переважно макромолекулярна біофізика чи фізика біополімерів. У ній широко застосовуються методи теоретичної й експериментальної фізики, раніше розроблені для вивчення макромолекул небіологічного походження.

Неможливо провести границю між молекулярною біофізикою і біофізичною хімією, так само як не можна провести границю між молекулярною фізикою і фізичною хімією. Класифікація областей знання має завжди історичний і не строго визначений характер. Молекулярна фізика і відповідні розділи фізичної хімії розрізняються не стільки об'єктами і змістом досліджень, скільки ідейними підходами, обумовленими до деякої міри відповідними традиціями.

У тих випадках, коли біофізика вивчає біомолекули in vitro, застосовні представлення рівноважної термодинаміки, і в цьому змісті дослідження денатурації білка не відрізняється від дослідження будь-якого фізико-хімічного процесу в живій системі. Експериментальне вивчення і теоретичні розрахунки рівноваги мають дуже важливе значення і для відкритої живої системи, даючи опорну інформацію, без якої не можна обійтися. Так, вивчення редуплікації ДНК in vitro, реалізованої в досвідах Корнберга, необхідно для розуміння подвоєння ДНК у клітках, що поділяються, що є відкритими системами. Кількісні характеристики рівноваги, знайдені in vitro, істотні і для пояснення властивостей відповідних систем in vivo.

Ті ж розуміння справедливі для кінетичних досліджень. Уся кінетика ферментативних процесів, вивчена In vitro, і в цьому відношенні не відрізняється від кінетики будь-яких інших хімічних реакцій, є основою для дослідження цих процесів в організмі.

Фізика ферментів стає однією з центральних областей молекулярної біофізики. Її задачі - розробка експериментальних і теоретичних методів дослідження ферментів і ферментативних процесів, розкриття фізичних і фізико-хімічних механізмів ферментативного каталізу. Проблеми молекулярної кінетики в біофізиці широкі і різноманітні - це й активний транспорт, і іонний обмін, і механо-хімічні процеси.

Виникнення молекулярної біофізики зв'язане з розвитком молекулярної біології. Це — нова область біофізики, про існування якої ще не можна було говорити кілька десятиліть тому назад.

Біофізика клітки - умовне найменування самої старої, традиційної області біофізики. Це — фізика вичленованих процесів у живому організмі, що контактує з фізіологією. Вичленовування означає уявний (і експериментальний) розривши зв'язків цих процесів з єдиною живою системою — прийом, зовсім необхідний на визначеному рівні дослідження. Можна вказати три найбільш розвиті області біофізики клітки — біофізика скорочувальних систем (насамперед біофізика м'язової діяльності), біофізика нервової провідності і біофізика органів почуттів. Уже Гельмгольц піддав ряд стосовних сюди проблем строгому фізико-хімічному аналізу. Сєченов говорив, що фізіологія є фізико-хімія живого організму.

Фізіологія здавна застосовує фізичні методи. На цій підставі ряд фізіологічних досліджень найчастіше ототожнюється з біофізичними. У силу сказаного вище таке ототожнення незаконне, поки розв'язувана задача формулюється як фізіологічна, а не фізична. Так, вивчення польоту комах, кількісна реєстрація нервових імпульсів, змах крил і т.д. залишається чисто фізіологічним, поки не поставлена задача з'ясування механізму відповідного автоколивного процесу.

Вичленовування об'єкта дослідження з організму — чи м'яза нервового аксона — дозволяє установити основні закономірності, що зберігають своє значення й у цілісній системі. Кальмар Loligo, з якого витягнутий аксон, мертвий, але, вивчаючи цей аксон, можна зрозуміти процеси, що протікають у живому кальмарі і, у кінцевому рахунку, в організмі будь-якої тварини.

Сьогодні біофізика клітки стуляється з молекулярною біофізикою. Знання надмолекулярної і молекулярної структур м'яза, нерва і т.д. є необхідним для молекулярного тлумачення відповідних процесів. Проблеми біофізики клітки значно складніше проблем молекулярної біофізики, тому що вони відносяться до вивчення гетерогенних надмолекулярних систем, а не окремих молекул і їхніх взаємодій.

Сучасна біофізика складних систем присвячена дослідженню фізичних основ поводження організму чи деякої його функціональної підсистеми як цілого. Тут на перший план виступають ті особливості, від яких практично цілком відволікається молекулярна біофізика і майже цілком — біофізика клітки. Це — властивості організму як відкритої системи, саморегуляція і самовідтворення. Складною системою в цьому змісті є не тільки організм, але і популяція, і біогеоценоз, і біосфера в цілому. Біофізика складних систем поєднується з теоретичною біологією.

Центральна проблема теоретичної біології і біофізики складних систем - проблема розвитку (філогенезу й онтогенезу). Диференціація кліток, виникнення складного організму з зиготи ставлять перед наукою безліч невирішених питань. Їхнє рішення буде мати величезне теоретичне і практичне значення (проблема раку!).

Методи дослідження в біофізиці складних систем специфічні. Сьогодні вони складаються в експериментальному і теоретичному моделюванні, у розробці адекватного математичного апарата, що дозволяє інтерпретувати складні явища регуляції, і т.д. Складна біологічна система вивчається в її динаміці, у взаєминах з навколишнім середовищем. Така система існує, зберігаючи, нерівновагий стаціонарний стан чи необоротне змінюючись. Треба думати, що дослідження періодичних процесів, вивчення "біологічних годин" може дуже допомогти розумінню внутрішніх зв'язків у складній системі. Вважаючи деякий радіоелектронний пристрій чорною шухлядою, ми випробуємо його в різних коливальних режимах і в результаті розкриваємо його внутрішню структуру.

Таким чином, сьогодні біофізика складних систем - феноменологічна область фізики, що широко застосовує представлення кібернетики, математичне моделювання.

Співвідношення між біофізикою складних систем і інших розділів біофізики, охарактеризованими вище, подібно співвідношенню між феноменологічною термодинамікою і молекулярною фізикою. В основі поводження складної біологічної системи лежать властивості біологічних молекул і утворених ними структур. Подальший розвиток біофізики повинен привести до її інтеграції — до загального молекулярного тлумачення властивостей таких систем. Уже сьогодні ми говоримо про молекулярні основи еволюції. Однак ряд біологічних явищ виникає тільки на рівні складної системи. Так, вища нервова діяльність, в основі якої лежать молекулярні процеси, реалізується лише в складній системі.

Про можливість молекулярного тлумачення поводження подібних систем уже свідчать деякі результати дослідження молекулярних регуляторних систем, наприклад, оперона в молекулярній генетиці чи біохімічних реакцій, каталізуємих алостеричними ферментами. Очевидно, що необхідно саме загальне молекулярне тлумачення складної системи і її поводження. Опис і пояснення її конкретного функціонування, природно, повинне вироблятися на основі фізико-математичного моделювання, кібернетики, теорії регулювання. Так, знаючи електронні основи роботи транзистора, ми не прибігаємо до квантової теорії твердого тіла при розрахунку радіоелектронних схем.

Ми бачимо, що біофізика сама є складною системою знань. Як і фізика неживої природи, вона містить феноменологічні й атомно-молекулярні розділи.

У літературі приходиться зустрічатися з однобічним визначенням змісту біофізики. Біофізика ототожнюється з фізичною хімією, з фізіологією, з теорією складних систем. Сьогодні гостро відчувається необхідність побудови біофізики як невід'ємної частини фізики.

Треба сказати кілька слів про радіобіологію. Вплив короткохвильової радіації на організм, клітки, надмолекулярні біологічні структури і біологічні молекули підлягають фізичному тлумаченню. Однак радіобіологія вивчає життя в аномальних умовах (якщо відвернутися від тла космічної радіації). Це — спеціальна область, що надзвичайно розвилася за останні десятиліття унаслідок величезного її практичного значення, зокрема медичного. У кінцевому рахунку, обґрунтування біофізики варто шукати в атомно-молекулярній структурі і функціональності. Побудова і стрімкий розвиток молекулярної біології, що відбувалося в тісному зв'язку з фізикою, привели до того, що молекулярна біофізика стала сьогодні добре розробленою областю науки. На основі молекулярної біофізики повинна будуватися фізика надмолекулярних систем, фізика процесів розвитку, фізика життя в цілому.