Roland Glaser 曾說「生物物理（Biophysics）是研究所有生命現象中潛藏的規則與原理，這些規則與原理就是物理。」其包含內容廣泛，舉凡利用物理方法探究生物現象，來自生物的靈感推及智慧裝置、材料設計等皆屬之。過往，我們習慣利用分子的存在與否、量的多寡去推究生命的現象。然而近年來，透過物理的視角，我們可以藉由「能量」與「空間變換」參數的加入，讓生物藍圖更加地完整。從一個分子到細胞，細胞到系統，不管是單一分子還是系統性的分析，本月依序帶著讀者在不同層面，瞭解生物物理的應用。在分子層面，透過空間上約束 DNA 分子超螺旋的結構，可以幫助探討噬菌體抑制蛋白濃度與 DNA 結構的變化。在細胞層面，可以透過活細胞的定量成像技術，檢視細胞的質量與密度差異，推廣至發育的檢測與藥物的篩選。在系統層面，可以透過離子通道工程，去發掘細胞膜上的離子通道，其結構、相關蛋白質分佈與致病的機轉探討。
目前，在腸道共生菌、神經科學等領域，也可以看到生物物理學的著墨。除了細胞，更小的細菌也可以透過計算如 Sus 蛋白質在細菌外膜上的動態分佈，與其相關蛋白質如何組成複合體，去觀察腸內菌的代謝機制。在神經科學的研究，超高解析顯微法的突破，可以強大地視覺化突處觸中囊泡運輸相關蛋白的分佈及含量，甚至透過光學與電擊，深究突觸的可塑性，進而操控記憶。
當物質與能量，進入了量子領域，跳脫常規理解的量子理論，對光合作用的光受體，與鳥類的磁場感應有極大的貢獻。另一方面，科學家漸漸發現，自然界生命的規律，不再只是現象的觀察，它可以更有價值。學習這些生命體操控的精細物理特性，使我們能夠創造成電子突觸，模擬出條件制約時神經迴路的反應。抑或是模擬蜘蛛琴形器，透過薄鉑層導電度的不同，推算力變及震動的感應器……等。
跨時代的創舉，往往是兩者原本異質領域的火花。當兩者愈來愈分不開，我們就愈能接近真理。
圖片來源：https://tinyurl.com/y8ca3rqd
撰稿｜呂理峰
修訂｜林映希
