Introducción A La Biofisica

Biofísica
José M. Méndez A.
Departamento de Física, CINVESTAV-IPN.
El enunciado de la conservación de la energía por el médico Robert Meyer y la
interpretación que Einstein le dio al movimiento browniano son dos buenos ejemplos de
que en el pasado la biología y la física han experimentado frecuentemente motivaciones
mutuas. Nuevos métodos físicos han impulsado constantemente el desarrollode la
biología, como ocurrió con el esclarecimiento de la estructura de las moléculas
biológicas. Por otro lado, la comprensión de las propiedades de los materiales
biológicos representa un gran reto para la física. En este artículo se analizan algunos
aspectos actuales de este fascinante desarrollo.

Física biológica: ¿de dónde viene, a dónde va?
En los últimos años la física y la biologíase han ido acercando cada vez más.
Cuando el comerciante y naturalista Anton van Leeuwenhook desarrolló el primer
microscopio óptico de alta resolución (1670), creó simultáneamente una herramienta
única para la biología. Con él pudo observar células vivas por primera vez. Sin embargo,
debieron pasar casi 200 años para que se abandonara la tesis aristotélica de que la vida
surge de materiaorgánica y se aceptara que las células son la unidad viviente más
pequeña, y que ellas sólo pueden provenir de otras células. Desde entonces, el uso de
métodos físicos en la biología se ha hecho cada vez más común. La microscopía
electrónica (1932), por ejemplo, permitió acceder a la arquitectura interna de las células.
Otro ejemplo es la difracción de rayos X (1942), que ha permitido grandeséxitos en la
obtención de estructuras moleculares. El triunfo final de la biología estructural ha sido
posible gracias al desarrollo de la física computacional, la que también ha revolucionado
el diagnóstico médico a través de sus técnicas de reconstrucción de imágenes, como las
tomográficas.
Los ejemplos más destacados de cómo la biología ha motivado el desarrollo de la física
son el enunciadode la conservación de la energía por Robert Meyer y Hermann von
Helmholtz, así como la teoría del movimiento browniano de Einstein.
Meyer observó que la sangre de los marinos era menos oscura en el trópico que en
regiones frías. De esto concluyó que en el trópico se requería menos energía para realizar
el mismo trabajo, pues se transfería menos calor al medio ambiente que en las zonas frías.Esto lo condujo a reconocer la equivalencia entre calor y trabajo mecánico. Cuando en
1843 Helmholtz formuló de manera general el principio de conservación de la energía1,
las ideas intuitivas de Meyer fueron finalmente aceptadas por la comunidad de físicos.

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La interpretación que Einstein le dio a las observaciones del botánico Robert Brown
sobre el movimiento caótico de partículas depolen suspendidas en agua influyó a la física
casi tanto como la fórmula de radiación de Planck. Jugó un papel fundamental en el
desarrollo de la física estadística moderna y condujo a que el concepto de la estructura
atómica de la materia fuera finalmente aceptado2.
El enorme significado que la biología tiene en el desarrollo de la física moderna se
expresa también por el hecho de que dos delos físicos más importantes del siglo XIX,
Thomas Young y Hermann von Helmholtz, iniciaran sus carreras como médicos y sean
reconocidos como los padres de la fisiología. Por otro lado, el físico Max Delbrück fue
uno de los iniciadores de la biología molecular moderna. Él y Schrödinger formularon
por primera vez la idea de que la información genética está grabada en macromoléculas3.
Lahistoria nos muestra que la física ha jugado un papel central en el desarrollo de nuevos
métodos para el estudio de la estructura y función de la materia biológica, y que lo
seguirá jugando. Pero, ¿podrá la física también responder preguntas fundamentales de la
biología?. Según el conocimiento actual, es imposible reconstruir el plano arquitectónico
completo de formas complejas partiendo sólo de...