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谈谈生物物理(1)

已有 5314 次阅读 2007-9-3 04:39 |个人分类:生物物理-biophysics|系统分类:科研笔记


<半个多世纪以前,以惜字如金著称的Dirac曾言及未来的物理发展方向:
“There are … fundamental problems awaiting solution, e.g. the relativistic formulation of 
quantum mechanics … and more difficult ones such as the problem of life, … 
which will presumably require a more drastic revision of our fundamental concepts than any gone before.“
-Paul Dirac, Proc. R. Soc. London, Ser. A 133, 60 (1931) 

既是,“如今尚有更为基本的(物理)问题有待解决,比如考虑相对论效应的量子力学,和更为困难的有关生命的问题。 这些都需要比以前更加深刻的洞见方能解决”。Dirac 一生行文言简意赅,没有思考清楚的问题从不肯下笔。此处将有关生命的物理问题,与考虑相对论效应的量子力学相提并论,足见Dirac对其之青眼有加。为何Dirac对生命物理(生物物理)有此言论,生物物理真的会成为研究的前沿阵地吗?谈谈生物物理其研究对象,与在物理格致求真中的位置,和英美的目前的发展方向,粗粗行文,算作是一家之言吧。

一,生物物理学是研究有关生命复杂物质的结构与物理性质的前沿科学
冯端老先生曾言,除了最最微小的粒子物理学和最最宏大的天体物理学两大理所当然物理学前沿之外,研究复杂物质的结构和物性,揭示不同层次物理现象的相互关系,也应该是物理学的前沿阵地之一。这好比,再宏大的建筑物,都由一砖一石构成,但仅仅研究砖石的物性,我们却无法分辨巴黎或是北京的城市特点。所以,安德森(P.W.Anderson)曾言:“我们有能力将宇宙间的的基本物理规律写在一件衬衫上,并不意味着我们有能力从这些规律来重建整个宇宙。由于尺度与复杂性的双重影响,复杂物质的物理性质不等于构成组件的性质相加。大量的复杂的基本粒子的集体,并不等于几个粒子性质的简单外推。”凝聚态物理如此,生物物理亦如此。在RCSB的蛋白质结构数据库中,已经存录了超过4,5000种蛋白质的结构数据。我们可以知道每一种蛋白质包含的原子种类,数量和位置,但我们仍然不知道为什么把这些原子放在空间的特定位置,这些结构的总和就可以催化生命所依赖的各种生化反应,充当分子马达,完成DNA的解链和复制等等。

当然,生物物理并不始于对分子生物学的物理研究。Schr?dinger 在思考量子力学的同时,也在从物理学家的角度思考生命的问题。其文集《What is Life》虽然不为当时的生物学家所看重,却时常给后来的研究者以启迪。Waston曾言其对DNA结构痴狂般的研究热情,就来至于阅读了Schrodinger的大作。另一位数学和物理学的巨匠Von Neumann 对生命和其自我复制的思考,构筑了自我复制机制的数学模型,写成了《Theory of Self Reproducing Automata》一书。其抽象机器的复制过程,为后来所发现的DNA结构所一一证实。号称物理学顽童的Feynman,更是对生物学情有独钟。其称,在用量子力学解释化学取得巨大成功以后,用物理学来解释生命现象将是物理学家将要面对的下一个挑战。

谈谈科学
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