ความก้าวหน้าที่สำคัญหลายอย่างในวิทยาศาสตร์ชีวภาพเกิดขึ้นได้จากเทคนิคทางฟิสิกส์ อนาคตของชีวการแพทย์ขึ้นอยู่กับความร่วมมือระหว่างสองสาขานี้ วิทยาศาสตร์ชีวการแพทย์ได้รับการปฏิวัติในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ทศวรรษที่ผ่านมา นักชีววิทยาศึกษาโปรตีนและยีนทีละตัว วันนี้พวกเขาสามารถตรวจสอบเกือบ 10,000 ยีนในการทดลองเดียวโดยใช้สิ่งที่เรียกว่า “ห้องทดลองบนชิป” อุปกรณ์เหล่านี้
ทำมาจาก
ซิลิคอนเวเฟอร์ที่ผ่านกระบวนการตัดเฉือนโดยใช้เทคนิคการพิมพ์หินที่ยืมมาจากอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ผลที่ตามมาคือข้อมูลทางชีววิทยาไหลบ่าเข้ามาในอัตราที่เหลือเชื่อ และนักชีววิทยาก็เริ่มตระหนักว่าพวกเขามีอะไรมากมายที่ต้องเรียนรู้จากนักฟิสิกส์และนักดาราศาสตร์
ที่จัดการกับข้อมูลการทดลองจำนวนมากมานานหลายทศวรรษชีววิทยาในปัจจุบันอาศัยเครื่องมือที่นักฟิสิกส์พัฒนาขึ้นเป็นส่วนใหญ่ แหล่งกำเนิดรังสีซิงโครตรอนเป็นที่ต้องการอย่างต่อเนื่องสำหรับการทดลองผลึกศาสตร์โปรตีน ในขณะที่เทคนิคต่างๆ เช่น กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน เรโซแนนซ์แม่เหล็ก
นิวเคลียร์ และแหนบแบบใช้แสงได้นำไปสู่ความก้าวหน้าที่สำคัญในด้านชีววิทยาโครงสร้าง ความท้าทายใหม่สำหรับนักฟิสิกส์ในบทความ ของเขา ผู้อำนวยการสถาบันสุขภาพแห่งชาติในสหรัฐอเมริกา ยืนยันว่านักฟิสิกส์ทำมากกว่าแค่พัฒนาเครื่องมือสำหรับนักชีววิทยา เขาสำรวจผลงานที่ผ่านมา
ของนักฟิสิกส์ที่มีต่อชีววิทยา และสรุปประเด็นสามด้านที่เขาเชื่อว่านักฟิสิกส์สามารถสร้างผลกระทบอย่างแท้จริงในแง่วิทยาศาสตร์ ประการแรก พวกเขาสามารถพัฒนาวิธีการตรวจสอบคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของโมเลกุลเดี่ยวและโมเลกุลขนาดใหญ่เชิงซ้อน ประการที่สอง
พวกเขาสามารถตีความชุดข้อมูลที่ซับซ้อนเพื่อทำความเข้าใจว่าเหตุใดเซลล์จึงพัฒนาในรูปแบบต่างๆ (เช่น เพื่อทำความเข้าใจกระบวนการของ “การแสดงออกของยีน”) และประการที่สาม พวกเขาสามารถเข้าใจ “วิถีการส่งสัญญาณ” ที่เชื่อมโยงการเปลี่ยนแปลงของการแสดงออกของยีนภายในนิวเคลียส
ของเซลล์
กับการโต้ตอบของโมเลกุลที่ผิวเซลล์ พฤติกรรมของระบบชีวภาพที่มีชีวิต เช่น เซลล์ ไม่สามารถอธิบายได้ด้วยผลรวมของส่วนประกอบ และความท้าทายในการจัดการกับความซับซ้อนทางชีววิทยานี้กำลังดึงดูดนักฟิสิกส์จำนวนมากขึ้น ตัวอย่างเช่น อธิบายในบทความ ของเขา ว่าการทดลองด้วย
กล้องจุลทรรศน์แรงระดับปรมาณูกำลังส่องให้เห็นกระบวนการทางชีววิทยาทั้งหมดอย่างไร เครื่องมืออเนกประสงค์เหล่านี้สามารถใช้วัดความยืดหยุ่นของโมเลกุลเดี่ยว ระบุความแข็งแรงของพันธะเคมีแต่ละชนิด และติดตามการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของโมเลกุลเดี่ยวขณะทำงาน
รูปร่างของโมเลกุลโปรตีนมีความสำคัญพอๆ กับองค์ประกอบทางเคมี และหนึ่งในความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในชีววิทยาก็คือการทำความเข้าใจว่าโมเลกุลหนึ่งมิติที่มีความยาว “พับ” เข้าไปในโครงสร้างสามมิติที่ใช้งานได้นั้นเป็นอย่างไร ในบทความของพวกเขา อธิบายว่าในช่วงทศวรรษที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์
ทางกายภาพมีความก้าวหน้าอย่างแท้จริงในการทำความเข้าใจว่าโปรตีนพับได้อย่างไร ทฤษฎีการพับโปรตีนมีความคล้ายคลึงกันหลายอย่างกับทฤษฎีที่เรียกว่า “แก้วหมุน” ในโลหะผสมแม่เหล็ก หากเราสามารถเข้าใจกระบวนการทางกายภาพของการพับโปรตีนได้ เราก็อาจสามารถพัฒนาอัลกอริธึม
คอมพิวเตอร์ที่สามารถทำนายโครงสร้างของโปรตีนจากส่วนประกอบทางเคมีได้ สิ่งนี้จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ด้านชีวการแพทย์สามารถสร้างยาและการบำบัดได้เร็วกว่าที่เป็นอยู่ในปัจจุบันปัญหาที่ท้าทายไม่แพ้กันคือการทำความเข้าใจวิธีที่สมองจัดเก็บและประมวลผลข้อมูล
ข้อมูลนี้
จะถูกส่งเป็นพัลส์ไฟฟ้า และเข้าใจกระบวนการพื้นฐานหลายอย่างในระดับเซลล์ประสาทเดี่ยวหรือ “เซลล์ประสาท” เทคนิคทางฟิสิกส์ เช่น การตรวจเอกซเรย์ปล่อยโพซิตรอนและการถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กเชิงฟังก์ชัน ยังแสดงให้เห็นอย่างมากเกี่ยวกับวิธีการทำงานของส่วนต่างๆ
ของสมอง อย่างไรก็ตาม เราไม่สามารถอธิบายง่ายๆ ว่าสมองเป็นเซลล์ประสาทจำนวนมาก ในบทความของพวกเขา (ดูบทสรุป) คริส วิลคินสันและอดัม เคอร์ติสอธิบายถึงความพยายามที่จะขยายเครือข่ายของเซลล์ประสาทที่มีชีวิตอย่างง่ายบนวัสดุเทียมเพื่อให้เข้าใจระบบประสาทได้ดีขึ้น
งานนี้ซึ่งยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น ต้องใช้ความพยายามร่วมกันของนักชีววิทยาหลายประเภท รวมถึงนักชีวฟิสิกส์และวิศวกรอิเล็กทรอนิกส์ อันที่จริง หน่วยงานให้ทุนและสถาบันการศึกษาทั่วโลกต่างตระหนักถึงความจำเป็นของการวิจัยแบบสหวิทยาการโดยการส่งเสริมแผนการคบหาใหม่ ๆ และสร้างศูนย์วิจัยเฉพาะ
ความสำคัญของฟิสิกส์ ความก้าวหน้าทางชีววิทยาที่มีชื่อเสียงในปัจจุบันหลายอย่างมีรากฐานมาจากเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับฟิสิกส์ซึ่งได้รับการพัฒนาเมื่อหลายสิบปีก่อน ปัจจุบัน ชีววิทยากำลังกลายเป็นวิทยาศาสตร์อย่างรวดเร็ว ซึ่งต้องการวิธีการทางคณิตศาสตร์ที่เข้มข้นมากขึ้น
ได้วางสมการพื้นฐานของโครงสร้างดาวและการขนส่งพลังงาน และความสัมพันธ์ที่ได้มาระหว่างมวล รัศมี และอุณหภูมิใจกลางดาว ความสัมพันธ์เหล่านี้แสดงให้เห็นว่าภายในดาวมีอุณหภูมิสูงกว่าล้านองศาเคลวิน ในขณะเดียวกันทฤษฎีควอนตัมใหม่ ถูกนำไปใช้กับไอออนที่เห็นในชั้นพื้นผิวของดาวฤกษ์
และมีความสำคัญต่อการพัฒนาแบบจำลองบรรยากาศของดาวฤกษ์ งานนี้จบลงด้วยการตระหนักว่าชั้นบรรยากาศของดาวส่วนใหญ่ประกอบด้วยไฮโดรเจนและฮีเลียม ในปี พ.ศ. 2475 มีการเสนอว่าดาวฤกษ์ที่วางอยู่บนสิ่งที่เรียกว่า “แถบลำดับหลัก” ซึ่งเป็นแถบที่โดดเด่นในแผนภาพเฮิร์ตซ์สปรัง-รัสเซลล์นั้น
credit : เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน์
