معرفی رشته زیست شناسی سلولی و مولکولی - گرایش بیوفیزیک

اگر در مورد فرآیندهای زیستی كنجكاو هستید و از حل معما، طراحی آزمایش، و یا كار با اعداد و ارقام و رایانه لذت میبرید، فرصت های هیجان انگیزی در بیوفیزیك در انتظار شماست.

بیوفیزیك دانشی میان رشتهای است كه در مرز مشترك ریاضی، فیزیك، شیمی، زیست شناسی، و حتی كامپیوتر قرار دارد. دانشمندان در این رشته با به كارگیری قوانین حاكم بر این علوم به مطالعهی چگونگی كاركرد موجودات زنده میپردازند.

موضوعاتی همچون تئوری اطلاعات، علوم كامپیوتر، هوش مصنوعی، و سایبرنتیك (الگوسازی از روی موجودات زنده) از جمله موارد مطالعات بیوفیزیك دانها هستند.


تلاش برای ساخت حافظههای كامپیوتری با الگوگیری از مولكول DNA ، ساخت زیردریایی، رادارهای صوتی، بررسی آثار امواج ماكرویو و امواج الكترومغناطیسی بیسیم بر مغز، تولید الكتریسیته توسط جانداران زنده و… مسائلی عملی پیش روی پژوهشگران در این عرصه است.

بطور كلی به علومی كه سعی میكنند پدیدههای طبیعت را به طریق علمی توصیف كنند، علوم طبیعی گفته می شود. بر اساس یك تقسیم بندی تاریخی و سنتی, بررسی و توصیف پدیدههای جهان زیستمند بر عهدهی زیست شناسان و تحلیل پدیدههای جهان بیجان بر دوش فیزیك دانان نهاده شده است. اما لحظهای تأمل كنید! مگر مادهی تشكیل دهندهی این دو جهان یكسان نیستند؟ مگر آبی كه بخش بزرگی از جرم بدن ما را تشكیل میدهد، همان تركیب H2O با همان ویژگیهای آشنای فیزیكی و شیمیایی نیست؟ و مگر تركیبات تشكیل دهندهی بدن موجودات زنده از عناصری غیر از عناصر جدول تناوبی ساخته شده است؟

اكنون دانشمندان متقاعد شدهاند كه این مواد همانندند و بنابراین طبیعی است كه در پی این باشند كه دست كم بخشی از جهان زیستمند را به كمك قوانین فیزیك تحلیل كنند.

بیوفیزیك دانان سعی میكنند بفهمند كه مغز چگونه اطلاعات را پردازش و ذخیره سازی میكند؟ قلب چگونه خون را به داخل رگها پمپ میكند؟ ماهیچهها چگونه منقبض میشوند؟ گیاهان چگونه در فرآیند فتوسنتز نور را جذب میكنند؟ ژنها چگونه روشن و خاموش (فعال و غیر فعال) میشوند؟ و بسیاری پرسشهای دیگر …

البته روان شناسان، زیست شناسان مولكولی و سلولی، دانشمندان علم ژنتیك، و بیوشیمی دانها هم روی این مباحث كار میكنند, ولی دیدگاه بیوفیزیك دانان اساسا از آنها متفاوت است. بیوفیزیك دانان به طور ویژه به فیزیك و شیمی فیزیك فرآیندهای زیستی توجه میكنند و در این راستا از اندازهگیری، سنجشهای كمی، و تحلیل بیشترین كمك را میگیرند.

چالش هایی كه بیوفیزیك دانان با آنها مواجه هستند در سطوح مختلفی قرار دارند. در بالاترین سطح, بررسی چگونگی فرآیند اندیشیدن، حس كردن، چشیدن، شنیدن، و دیدن در موجودات زیستمند قرار دارد. این گروه از دانشمندان سازوكار تنفس و نیز كاركرد سیستم دفاعی بدن موجودات زنده را مورد مطالعه قرار میدهند. گروهی از ایشان هم به مطالعهی فرآیندهای زیستی در ابعاد تك سلولها میپردازند. آنها تحقیق می كنند كه سلولها چگونه حركت میكنند، تقسیم میشوند، و به محركهای محیطی پاسخ میدهند و نیز چگونه به مواد اجازه میدهند به آنها راه یابند و در آنها جابهجا شوند. برخی دیگر از این دانشمندان هم به ساختار و رفتار زیست مولكولهای سازندهی سلولها (مولكول های خیلی بزرگ مثل DNAو پروتئینها) علاقه مند هستند. توانایی این مولكولها برای انجام فعالیت های زیستیی پیچیده به ساختار سه بعدی و ویژگیهای دینامیكی آنها وابسته است.

خلاصه اینكه: كشف رابطهی ساختار و عملكرد, پرسشی بنیادین در این دانش است.

بنابراین همانطور كه در بالا اشاره شد, بیوفیزیك به شاخه های مختلفی تقسیم میشود:


1- بیوفیزیك مولكولی

2- بیوفیزیك سلولی

3- بیوفیزیك جمعیت های سلولی

4- بیوفیزیك فیزیولوژیك

5- بیوفیزیك پرتوها و گرما

6- بیوفیزیك نظری


خدمت بیوفیزیك به فیزیك

فیزیك دانان برای مطالعهی سیستمهای زیستی باید به ابزارهایی مثل مكانیك آماری، كوآنتوم مكانیك، ترمودینامیك غیر تعادلی و… مجهز باشند.

مسائل زیستی به فیزیك پیشهها خدمت فراوانی كردهاست. مثلا به آنها آموخته است كه ساخت موتور با بازدهی بالا و در ابعاد كوچك (حدود نانو متر) امكانپذیر است یا اینكه آزمایش باسلولهای منفرد عملی است. همچنین بیوفیزیك مسائلی را به جامعهی فیزیك معرفی كرده است كه فیزیك دانان هنوز برای آنها پاسخ های قانع كنندهای نیافتهاند. مسائلی نظیر پیچش پروتئینها، ساز و كار خواندن اطلاعات از روی DNA، و عدم وجود تقارن چپگرد و راستگرد از آن جملهاند.


خدمت بیوفیزیك به زیست فناوری

نتایج تحقیقات بیوفیزیك پیشهها تأثیر گستردهای بر زیست فناوری و داروسازی دارد. محققان این عرصه ابزارهایی برای فهم اساس مولكولی بیماریهایی نظیر ایدز (AIDS) فراهم میكنند. آگاهی از چگونگی كاركرد پروتئینها و غشاها، پایهای برای طراحی منطقی داروها ارائه میكند, و…


بیوفیزیک در ایران

در ایران مؤسسه بینالمللی تحقیقات بیوشیمی-بیوفیزیك در دانشگاه تهران با طراحی دقیق و پیشرفته و قابل مقایسه با مراكز بیوانفورماتیك در كشورهای پیشرفته است. این مركز با بهره مندی از اساتید مجرب تا مقطع دكتری به تربیت دانشجو می پردازد.

دانشگاه تربیت مدرس هم در این رشته در مقاطع كارشناسی ارشد و دكتری دانشجو میپذیرد.

دانشجویان رشتههای فیزیك و زیست شناسی میتوانند پس از شركت در آزمون كارشناسی ارشد در رشتهی بیوفیزیك تحصیلات خود را ادامه دهند.


بازار کار در ایران

فارغالتحصیلان رشتهی بیوفیزیك علاوه بر دانشگاهها و مؤسسات آموزش عالی میتوانند در مراكز تحقیقاتی مثل انستیتو پاستور، مركز تحقیقات ژنتیك و تكنولوژی زیستی، مركز تحقیقات غدد درون ریز و متابولیسم، مركز تحقیقات پلیمر و… مشغول به كار شوند.