Biofisica

Biofisica Branca della biologia che studia i processi e le strutture biologiche, utilizzando principi e tecniche proprie della fisica. La biofisica si sviluppò dopo la seconda guerra mondiale, stimolata in parte dalle ricerche sugli effetti biologici delle radiazioni che portarono i fisici a lavorare a stretto contatto e in modo interdisciplinare con i biologi. A poco a poco, la biofisica si affermò come nuova disciplina scientifica.

Oggi la biofisica è strettamente legata a una serie di discipline biologiche, tra cui la biochimica, la genetica, la biologia molecolare, la microbiologia, la fisiologia, la neurobiologia, l’istologia e la virologia.

Un’area importante degli studi biofisici è l’analisi dettagliata della struttura delle molecole dei sistemi viventi. Il risultato più noto in questo campo è il modello tridimensionale del DNA, formulato negli anni Cinquanta in base a dati cristallografici ottenuti mediante diffrazione ai raggi X. In riconoscimento di questo risultato James Watson, Francis Crick e Maurice Wilkins furono insigniti nel 1962 del premio Nobel per la medicina o la fisiologia. Il modello della doppia elica del DNA ha costituito la base di gran parte delle ricerche compiute successivamente nei campi della biologia molecolare e della genetica. Tecniche cristallografiche simili si sono dimostrate preziose nel determinare la struttura tridimensionale di molte importanti proteine, tra cui la mioglobina e l’emoglobina, ed enzimi, come il lisozima e la ribonucleasi.

Un altro campo d’interesse della biofisica è la comprensione di come avviene la trasmissione delle informazioni tra le cellule nervose. Importanti scoperte in tal senso furono effettuate dal biofisico Alan Lloyd Hodgkin e dal fisico Andrew Fielding Huxley, che utilizzarono per le loro ricerche cellule nervose di calamaro in cui avevano inserito elettrodi (ciò è possibile grazie alle grandi dimensioni di queste particolari cellule). Mediante l’utilizzo di tecniche elettrochimiche e l’elaborazione di modelli matematici complessi, i due studiosi dimostrarono che il passaggio delle informazioni si traduce nelle cellule nervose in modificazioni elettriche a livello della membrana plasmatica, e che le modificazioni del potenziale elettrico sono provocate da modificazioni selettive della permeabilità della membrana agli ioni sodio e potassio. Le tecniche utilizzate in questi studi sono state da allora applicate con piccole variazioni ad altri tessuti eccitabili, costituendo la base di tutte le moderne ricerche neurofisiologiche sul funzionamento del sistema nervoso centrale.

Attualmente, l’attenzione della biofisica è principalmente rivolta allo studio di sistemi biologici di dimensioni estremamente ridotte, che possono essere interpretati mediante le leggi della meccanica quantistica. Inoltre, la biofisica può aiutare la comprensione dei sistemi biologici complessi, come gli organi, e delle loro possibili interazioni.