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谈谈有关生物物理方面的书 (1)
精选
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今年回国的时候拜访了生物物理所的一位PI, 无意中问到目前国内生物物理的生源情况. 这位 PI告诉我目前国内生源的情况很不乐观. 原因是本科学生物专业的学生缺乏系统的定量分析和数学建模的训练; 而本科是物理和数学背景的学生对最基本的分子生物学和细胞生物学的常识又缺乏了解. 其实,这样的情况在国外也非常普遍. 我所在的生物物理研究组已经具有相当的规模, PI连同博士生和博士后总共有50多人. 但是大家以前各自的专业背景都各不相同, 有的是弦论, 有的是广义相对论, 还有纯数学背景的. 或是由物理而入生物, 或是由生物而入物理. 每个人都有一个比较痛苦的嬗变过程: 需要比较系统性的扩大自己的知识面, 以适应以数学模型定量研究生物问题的需要.
在这里我谈谈自己阅读一些生物物理方面的书. 其中有物理的, 有生物的, 或兼而有之. 这些书会对即将或已经进入生物物理领域的同学们有一些帮助. 但是, 这仅仅是一个参考: 每个人的情况不同, 有的擅长数理, 有的擅长生物, 这样就需要根据自己的实际情况或增或减, 才有好的效果.
理论物理方面的书
生物物理主要面对的是如何用数学建模的方法来解决生物中的问题. 而最好的对我们所处现实世界进行数学建模的方法训练, 莫过于系统的了解和体会过去三百年中物理理论的大发展. Feynman 的一套三卷本的Feynman Physics Lectures是一个很好的系列. 它能让你真正了解到用物理方法来理解这个世界的乐趣. 读书有两个原则:第一, 好书一定要读两遍, 第一遍了解其大意和宏观主旨, 第二遍精细研究其细节,最好能自己推导其中的公式. 第二, 读书一定要记笔记. 因为记笔记的过程, 就是记录阅读内容的纲要, 精彩之处和你自己的评论. 这样既有助于记忆, 又刺激自己思考, 这才是一个真正理解和消化的过程. 有能力和充裕时间的, 应该读Landau十卷本的Courses of Theoretical Physics. 这个系列有两个特点: 一是立意很深, 比如力学中从对称性推导出能量守恒; 二是融会贯通, 电子云在金属晶格中的运动类比与流体力学的概念, 是培养理论物理整体思维的很好训练. 不过说实话, 这两套书度不太适合初学者. 但是对于入门者提高物理思维的深度, 这两套书都是很好的训练.
生物物理中用的最多的就是统计物理. 对于初学者, F Mandl 的 Statistical Physics 是一个不错的选择. 想深入一下,可以读一读Feynman 的Statistical Mechanics. Feynman的书要不然读不懂, 要不然读懂了喜悦如潮水, 不会让你似懂非懂的云山雾罩. 但这些书对生物背景的人来讲, 还是有些难, 比较好的入门级的教科书如Ken A. Dill 的 molecular Driving Forces, 比较通俗易懂.
物理的入门级在线视频有两个资源比较好:
一个是MIT Walter Lewin 的大学物理:
Physics I: Classical Mechanics
Physics II: Electricity and Magnetism
Physics III: Vibrations and Waves
http://academicearth.org/subjects/physics
一个是Princeton 的 Ramamurti Shankar 的大学物理:
http://academicearth.org/courses/fundamentals-of-physics
生物学方面的书
物理背景的人看到现代生物学方面的书, 最头疼的就是这些书动不动就编的象康熙大字典,又大又厚,遇到歹徒甚至可以作为防身的武器. 比如, Donald Voet & Judith G. Voet 的 Biochemistry 是生物化学中的经典之作, 作蛋白质, DNA分子模型, 细胞分子新陈代谢模型等的研究, 这本书是案头必备.
生物发育的如Lewis Wolpert 的 Principles of Development, 也是这方面的经典. 再有, 如果象了解细胞内详细的分子过程, Harvey Lodish, Arnold Berk 等人的Molecular Cell Biology也是一本非常好的参考书. 一次开会, 遇到一个印度PostDoc老哥花大价钱买了这本大砖头欣喜若狂. 他说, 当年学习这本书的时候, 没条件买到原著, 是用复印件一页一页印出来来学的. 不过说实话, 这些书在生物学专业学习中也没法当教科书用, 太过于庞杂, 最多选用其中的部份章节.
没有对现代生物学又一个整体性的了解, 在这种情况下作生物物理的研究, 往往容易陷入”一叶障目, 不见泰山”的困境.
生物学的入门级在线视频有两个资源比较好:
一个是MIT Robert Weinberg 的 Introduction to Biology:
Introduction to Biology
一个是UC Berkeiley 的 Biology 1A, 001 - General Biology Lecture. 其中, Jasper Rine的基因部份最为精彩, 这是见到过的最好的课堂老师. 所有基因方面的重要实验, 他都一步一步的带领你追索其中的思路来源, 颇有苏格拉底追索哲学问题的风度. Jasper Rine去年(2008)当选为美国国家科学院院士, 但仍然坚持给本科生上启蒙课. 课堂开始, 必定送举手最快之人一杯咖啡,一个面包, 听一段古典音乐, 其课堂语言生动幽默, 寓教于乐, 真是很好的享受.
http://webcast.berkeley.edu/course_details_new.php?seriesid=2009-B-7753&semesterid=2009-B
生物物理方面的书
Philip Nelson 的 Biological Physics-《生物物理学：能量、信息、生命》是一本不可多得的好书，是一位真正的思想者从物理角度来思考生命现象的种种特征，同时也可以帮助了解生物物理的基本原理，是目前一本最好的生物物理学的入门书籍。我觉得这本书最好的地方在于, 普通教科书只是叙述一个结果, 而 Nelson 却将每个问题还原为一个提出问题和寻去答案的过程. 这才是如何教授科学的方法, 而不是直接了当的给出结果. 目前这本书已经由理论物理所的欧阳钟灿老师等将其译为中文,
译者介绍： http://news.ccidnet.com/art/1032/20070528/1091811_1.html
着重与分子生物物理的教科书要数剑桥出版的Kim Sneppen 的Physics in Molecular Biology. 这本书从Polymer Physics的基础知识, 谈到DNA模型, RNA 模型, 蛋白质静态和动力模型, 基因开关模型和细胞分子网络模型, 虽然不深入, 但是方方面面都有所涉及, 让初学者对分子生物物理有一个面上的了解. Lee A. Segel 的 Modeling dynamic phenomena in molecular and cellular biology 是对生物学背景很好的一本书.使用的数学知识简单易懂, 但是得到却是一些意想不到的有趣结果. 相同风格的还有Howard C. Berg 的 Random Walks in Biology, 也是使用简单数学工具深入分析生物问题的经典之作.
生物物理一个作者的经典单行本不多. 多个作者的德国Julich 研究所的春季学校的教材: Physics meets Biology, 2004 和 Soft Matter 2008 是比较全面的介绍. 但是, 总的来讲, 好的生物物理的教科书还太少. 因为这个领域还太新, 很多问题都还没有系统性的了解, 而各大学的生物物理研究组的网上资源可以作一部份补充.
Princeton的William Bialek是目前美国生物物理的泰斗级人物. 30年以前, 他老人家的博士论文就是使用量子力学的观点来解释人的听力问题. 网上有一个他开设的Biophysics的课程提纲:
PHY 562: Biophysics
http://www.princeton.edu/~wbialek/PHY562/home.html
剑桥大学有一个非常好的研究组叫做Physics of Living Matter, 以区别时下里流行的Systems Biology. 由 Department of Genetics的Professor Alfonso Martinez Arias 和物理系的 Dr Jochen Guck 轮流担纲, 网上有他们的lecture notes:
http://www.gen.cam.ac.uk/plm/lectures.html
美国Boulder summer school 2007年的主题是生物物理, 很多讲座的PPT 和阅读资料都放在网上, 可以免费获取:
http://boulder.research.yale.edu/Boulder-2007/index.html
很多讲座的PPT:
http://boulder.research.yale.edu/Boulder-2007/Lectures/index.html#today
阅读资料
http://boulder.research.yale.edu/Boulder-2007/ReadingMaterial-2007/reading2007.html
(待续)
https://blog.sciencenet.cn/blog-3468-231126.html
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