Fisika Menengah untuk Kedokteran dan Biologi: Fisika Kehidupan

Pada hari Rabu saya menghadiri webinar Akademi Nasional tentang rilis Survei Dekadal Fisika Biologis/Fisika Sistem Kehidupan. Anda dapat mengunduh salinan pdf gratis dari laporan ini dari situs web nap.edu/physicsoflife. Saya menghimbau kepada semua pembaca Fisika Menengah untuk Kedokteran dan Biologi—dan, memang, siapa pun yang tertarik dengan antarmuka antara fisika dan biologi—untuk membaca laporan ini. Ini secara mengejutkan ditulis dengan baik untuk produk sebuah komite. Dalam posting ini saya akan menguraikan isinya dan menjelajahi caranya IPMB sesuai dengan kesimpulan dan rekomendasinya.

Jika Anda benar-benar tidak punya waktu untuk membaca seluruh laporan setebal 315 halaman, setidaknya lihat Ringkasan Eksekutif 2 halaman. Ini dimulai dengan kalimat yang menyenangkan ini:

“Fisika biologis, atau fisika sistem kehidupan, membawa gaya penyelidikan fisikawan untuk membahas fenomena kehidupan yang indah.”

Russ Hobbie dan saya mencoba menangkap “gaya fisikawan” di IPMB, menggunakan model mainan, analisis kuantitatif, dan koneksi ke prinsip fisika sederhana. Ketika saya mengajar siswa biologi di kelas Fisika Biologi dan Fisika Kedokteran di Universitas Oakland, salah satu tantangan terbesar adalah membuat siswa nyaman dengan gaya fisika.

Pendahuluan dan Ikhtisar laporan tersebut menekankan bagaimana fisikawan biologi “mengubah kesan kualitatif menjadi pengukuran kuantitatif, menjinakkan kompleksitas dan mengatur keragaman kehidupan.” Saya pikir “menjinakkan kompleksitas” terletak di jantung dari apa yang fisikawan tawarkan untuk biologi. Saya tahu beberapa ahli biologi berpikir kita melangkah jauh dalam pencarian kita untuk menyederhanakan, tetapi saya melihat upaya ini penting untuk memahami kesatuan kehidupan.

Bagian I mengeksplorasi empat “pertanyaan besar” yang dihadapi fisika biologis

1. Masalah fisika apa yang perlu dipecahkan organisme?

2. Bagaimana sistem kehidupan merepresentasikan dan memproses informasi?

3. Bagaimana fungsi makroskopik kehidupan muncul dari interaksi di antara banyak konstituen mikroskopis?

4. Bagaimana sistem kehidupan menavigasi ruang parameter?

Pandangan bahwa organisme perlu memecahkan masalah fisika sangat berguna. Mungkin kami tidak cukup fokus pada informasi, tetapi sering kali pertimbangan informasi membawa Anda ke dalam diskusi tentang genom, topik yang baik Russ maupun saya tidak memiliki keahlian dalam (walaupun kami membahas bioelektrik secara rinci, yaitu bagaimana organisme mengirimkan informasi melalui sistem saraf). Perilaku yang muncul adalah area lain IPMB tidak mengeksplorasi dengan sangat rinci, tetapi kami menunjukkan bagaimana model otomat seluler sederhana memberikan wawasan tentang aritmia jantung yang kompleks. Awalnya saya tidak yakin apa yang dimaksud dengan “ruang parameter navigasi”, tetapi kemudian saya memikirkan model matematika yang menggambarkan perilaku membran jantung, dengan lusinan parameternya, dan saya menyadari betapa pentingnya mengkarakterisasi sistem yang begitu kompleks. Saya sangat terkejut dengan bagaimana laporan tersebut menghubungkan “ruang parameter navigasi” dengan evolusi. Seseorang dapat memikirkan evolusi sebagai cara untuk mengoptimalkan nilai dari banyak parameter ini untuk menghasilkan perilaku yang muncul yang diinginkan.

BACA JUGA :  Manajer NASA membersihkan Starliner Boeing untuk percobaan kedua mencapai stasiun luar angkasa – Spaceflight Now

Bagian II mengeksplorasi hubungan antara fisika sistem kehidupan dan bidang fisika lainnya; biologi dan kimia; dan kesehatan, kedokteran, dan teknologi. Russ dan saya fokus pada koneksi ke kesehatan dan obat-obatan, yang berarti IPMB menjembatani batas antara fisika biologi dan fisika medis. Saya percaya salah satu kekuatan buku kami, dan salah satu kekuatan fisika biologi sebagai suatu disiplin ilmu, adalah pandangan terpadu yang diberikannya dari banyak bidang ilmiah yang beragam. Saya sangat terpesona dengan diskusi laporan tentang bagaimana “hasil dan metode dari komunitas fisika biologis menjadi pusat dalam respons dunia terhadap pandemi COVID-19.” Laporan tersebut menyimpulkan bahwa ”fisika biologi sekarang telah muncul sepenuhnya sebagai bidang fisika, di samping bidang astrofisika dan kosmologi yang lebih tradisional, fisika atom, molekul dan optik, fisika benda terkondensasi, fisika nuklir, fisika partikel, dan fisika plasma.”

Bagian III membahas tantangan yang dihadapi fisika sistem kehidupan di masa depan. Yang paling relevan untuk IPMB adalah dalam mendidik generasi berikutnya dari fisikawan biologi. Laporan tersebut menyatakan

Meskipun pengajaran fisika tentu saja melibatkan pengajaran hal-hal tertentu, ada budaya fisika yang unik di inti pengajaran kami. Budaya ini menekankan prinsip-prinsip umum, dan penggunaan prinsip-prinsip ini untuk memprediksi perilaku sistem tertentu; pentingnya fakta numerik tentang dunia, dan bagaimana fakta-fakta ini terkait satu sama lain melalui prinsip-prinsip umum; nilai idealisasi dan penyederhanaan, kadang-kadang bahkan sampai ke titik penyederhanaan yang berlebihan; dan hubungan mendalam antara subbidang fisika yang jauh. Sangat penting bahwa budaya pemersatu ini ditransmisikan kepada siswa dalam fisika biologi.

Paragraf itu merangkum apa yang Russ dan saya coba lakukan dalam buku kami: kembangkan budaya yang menekankan prinsip-prinsip umum. Saya tidak tahu seberapa baik kami telah berhasil, tetapi itu adalah tujuan penting dari Fisika Menengah untuk Kedokteran dan Biologi.

BACA JUGA :  Ahli astrofisika Nergis Mavalvala '90 adalah Pembicara Dimulainya Wellesley tahun 2022 » MIT Physics

Saya hanya bisa mulai menggores permukaan dari apa yang ada di Survei Dekadal ini. Selamat kepada panitia, dan khususnya ketua William Bialek, atas upaya ini. Saya akan mengakhiri dengan kalimat terakhir yang indah dari ringkasan eksekutif:

Pada akhirnya, fisika kehidupan yang matang akan mengubah pandangan kita tentang diri kita sebagai manusia.

Leave a Reply

Your email address will not be published.