Model Fisik Sistem Kehidupan, Edisi Kedua

Model Fisik Sistem Kehidupan, Edisi 2, oleh Philip Nelson, dilapiskan pada Fisika Menengah untuk Kedokteran dan Biologi.
Model Fisik Sistem Kehidupan, Edisi ke-2,
oleh Philip Nelson.

Dalam posting blog 2015, saya membahas buku baru Philip Nelson Model Fisik Sistem Kehidupan. Saya menulis bahwa “Ini buku yang bagus, ditulis dengan baik dan diilustrasikan dengan indah.” Baru-baru ini, Nelson menerbitkan edisi kedua dari Model Fisik Sistem Kehidupan. Semua hal baik yang saya tulis tentang edisi pertama tetap berlaku di edisi kedua, tetapi sekarang ada empat bab baru untuk meningkatkan kesenangan Anda. Dalam posting ini, saya akan fokus pada bab-bab baru.

Bab 6: Jalan Acak di Lanskap Energi

Saya suka bagaimana Nelson mengatur setiap bab seputar pertanyaan biologis dan ide fisik.

pertanyaan biologis: Bagaimana memisahkan dua hal dapat memperkuat ikatan mereka?

Ide fisik: Pemutusan ikatan adalah proses lintasan pertama, dikendalikan oleh penghalang aktivasi terendah, dan penghalang itu dapat meningkat pada pemuatan sedang.

Bab ini menjelaskan ikatan slip dan ikatan tangkap. Ikatan slip adalah kasus normal ketika kekuatan ikatan berkurang saat Anda menariknya, dan ikatan tangkap adalah kasus yang tidak biasa ketika kekuatannya meningkat saat Anda menarik. Wikipedia membandingkan ikatan tangkap dengan salah satu jebakan jari Cina itu.

Nelson menjelaskan ikatan tangkap menggunakan simulasi jalan acak; pertama jalan acak bebas, lalu satu dengan gaya yang diterapkan, berikutnya dalam potensi osilator harmonik, dan akhirnya satu dengan potensi osilator ditambah penghalang, di mana jika Anda mencapai puncak penghalang, ikatan itu putus. “Kekuatan” ikatan tersebut kemudian menjadi waktu berjalan sebelum mencapai penghalang (“proses lintasan pertama”). Dengan memanipulasi bentuk potensial, ia menemukan perilaku ikatan kopling. Dia kemudian menghubungkan simulasi sederhana ini (yang dapat dengan mudah dilakukan oleh pembaca di komputer mereka sendiri) dengan aktivasi sel T dan pengguliran leukosit. Di setiap bab, dia merangkum analisisnya dengan bagian yang dia sebut “Gambaran Besar”. Untuk bab ini, dia menulis

Model fisik kami… sangat sederhana, tetapi tetap saja mengandung banyak harta karun: fakta dasar tentang gerak Brown bebas, melayang di bawah gaya konstan, keseimbangan dalam medan potensial yang menjebak, distribusi Boltzmann dalam keseimbangan, aturan Arrhenius untuk melarikan diri dalam quasiequilibrium, dan seluruh fenomena mengejutkan dari ikatan tangkapan. Langkah kuncinya adalah memahami pemutusan ikatan sebagai masalah bagian pertama.

Bab 8: Rekonstruksi Partikel Tunggal dalam Mikroskop Cryo-elektron

pertanyaan biologis: Bagaimana kita dapat menggabungkan banyak gambar bising dari protein virus untuk mendapatkan satu gambar yang bersih?

Ide fisik: Pertama-tama kita harus menyelaraskan gambar, tetapi perkiraan terbaik kami tentang keselarasan yang diperlukan sebenarnya adalah distribusi probabilitas.

Dalam bab ini, Nelson membahas cara mengambil gambar mikroskop elektron yang bising dari suatu objek yang masing-masing diputar atau digeser relatif satu sama lain, dan menyelaraskannya untuk mendapatkan gambar yang jelas. Dia memperingatkan kita “Anda tidak bisa menang dengan rata-rata sinyal bising kecuali Anda tahu keselarasan yang tepat.” Contoh biologis apa yang dia lihat? Protein lonjakan virus corona! Ternyata prosedur yang dijelaskan dalam bab ini berperan besar dalam pengembangan vaksin covid-19. Ceritanya membuat saya ingin mencari para ilmuwan yang mengembangkan metode ini dan memeluk mereka erat-erat.

Bab 14: Variasi Demografis dalam Penyebaran Epidemi

pertanyaan biologis: Mengapa beberapa wabah penyakit menular menyebar secara eksplosif, sedangkan yang lain, di komunitas yang sama, mereda setelah beberapa kasus pertama?

Ide fisik: Subpopulasi kecil individu superspreader dapat memiliki efek besar pada perjalanan epidemi.

Bab ini dimulai dengan model SIR epidemi (S = rentan, I = terinfeksi, dan R = pulih) yang sudah saya bahas sebelumnya di blog ini. Nelson mengubahnya untuk memeriksa apa yang terjadi tepat saat epidemi dimulai jika Anda memiliki segelintir penyebar super. Sekali lagi, model tersebut diterapkan untuk memahami covid. Dalam gambaran besar Nelson menulis

Kami telah menemukan bahwa karena wabah selalu dimulai dengan hanya satu atau beberapa individu yang infektif, karakter penularan yang terpisah dan stokastik memiliki efek yang besar pada dinamika wabah. Dengan demikian, komunitas yang beruntung hanya mendapatkan wabah ringan pada tingkat pertama tidak boleh berpuas diri, membayangkan diri mereka sendiri entah bagaimana dilindungi: Selalu beberapa wabah gagal, tetapi kejadian seperti itu kemungkinan besar akan diikuti oleh wabah parah pada pengenalan kemudian seperti di komunitas lain.

Ada banyak cara untuk meningkatkan realisme model SIR, tetapi kami hanya fokus pada satu: fakta yang terdokumentasi dengan baik bahwa beberapa penyakit memiliki individu penyebar super. Implikasinya sangat mendalam. Meskipun Gambar 14.5a menakutkan, waktu seperti itu dapat digantikan oleh yang lebih ringan pada Gambar 14.3 dengan segera mengidentifikasi dan mengkarantina hanya beberapa persen dari populasi yang terinfeksi. Misalnya, penelusuran kontak ke belakang berusaha mengidentifikasi kontak dari setiap individu yang sakit yang mungkin menjadi sumber infeksi orang tersebut. Ketika beberapa jalur mundur menunjuk ke orang yang sama, orang itu mungkin adalah seorang penyebar super.

Bab 15: Lindung Nilai Taruhan Melalui Stochastic, Dinamika yang Menyenangkan

pertanyaan biologis: Bagaimana patogen bersembunyi dari sistem kekebalan?

Ide fisik: Umpan balik positif dengan jumlah salinan kecil dapat menyebabkan sakelar stokastik yang secara sementara berubah status setelah penundaan acak yang lama.

Saya suka bab ini karena memanfaatkan plot potret fase dengan baik. Patogen berperilaku hampir seperti saraf, yang dapat duduk diam atau menembakkan potensial aksi, dengan respons semua-atau-tidak bergantung pada loop umpan balik positif.

Taruhan apa yang dilindung nilai? Jika Anda berada dalam situasi di mana biasanya satu jenis perilaku disukai, tetapi pada kesempatan langka perubahan lingkungan dan perilaku yang tidak biasa mungkin diperlukan untuk menyelamatkan spesies, maka kadang-kadang organisme akan membuat sebagian besar individu dalam keadaan normal tetapi akan memiliki beberapa individu acak dalam keadaan yang tidak biasa untuk berjaga-jaga.

Edisi kedua dari Model Fisik Sistem Kehidupan masih memiliki semua hal bagus dari edisi pertama: angka warna yang indah (termasuk beberapa oleh David Goodsell), banyak masalah pekerjaan rumah, perbandingan dengan data nyata, dan kombinasi kata, gambar, persamaan, dan kode komputer yang unggul. Tambahkan empat bab baru—dan harga yang menyala di bawah sepuluh dolar!—dan Anda memiliki sebuah mahakarya.

Bagian favorit saya dari edisi kedua: Seperti di edisi pertama, Nelson mengutip Fisika Menengah dalam Kedokteran dan Biologi. Dan, dia ingat untuk memperbarui kutipan ke IPMBedisi ke-5!

BACA JUGA :  Para astronom menemukan biner "janda hitam" yang langka, dengan orbit terpendek » MIT Physics

Leave a Reply

Your email address will not be published.