Теоретическая биофизика

Теоретическая биофизика изучает общие проблемы организации и регуляции живых систем разного уровня организации на основе законов квантовой механики, кинетики и термодинамики. Основным методом теоретической биофизики является математическое и компьютерное моделирование, которое все чаще становится инструментом исследования как общих закономерностей, так и особенностей организации конкретных живых систем всех уровней, начиная от биомакромолекул и их взаимодействий, и кончая экологическими системами и биосферой в целом.

Глубокое понимание молекулярных механизмов различных биологических процессов невозможно без широкого использования фундаментальных представлений современной физики, в том числе квантовой механики. Например, основу механизма элементарного акта переноса электрона в биологических структурах представляет туннельный эффект – чисто квантовое явление, не имеющее аналога в классической, т.е. не квантовой, механике. Суть его состоит в том, что в квантовом мире вероятность того, что электрон преодолеет энергетический барьер, не равна нулю, даже если его энергия меньше высоты этого барьера.

Биологические системы – сложные многоуровневые системы, протекающие в них процессы имеют сложную пространственно-временную иерархию. Для того, чтобы понять, как компоненты системы нижнего (например, молекулярного) уровня и их взаимодействия определяют процессы на верхнем (например, клеточном) уровне, полезно строить математические или компьютерные модели, которые формализуют и интегрируют наши представления о компонентах системы и их взаимодействиях.

Качественное (а иногда и количественное) представление о ходе процессов во времени и пространстве можно получить с помощью кинетических моделей, которые представляют собой системы дифференциальных уравнений, описывающих процессы во времени и пространстве.

Постановка задачи моделирования, формулировка модели и идентификация параметров – предмет совместной работы специалистов в области биологии, физики, математики, программирования и собственно моделирования.