生物物理是相當跨領域的研究範疇，聯繫生物與物理兩門基礎科學。生物物理學家應用物理工具、量化方法與理論基礎研究生物系統中的現象，而這些主題囊括分子、細胞到個體行為等尺度 [1]。事實上，從上世紀的 DNA 分子結構、神經電生理學到生物造影技術，這些重要的研究發展都與生物物理有關。今年的諾貝爾化學獎更是頒發給冷凍電子顯微鏡（cryo-electron microscopy, cryo-EM）的研究者，表揚此技術對瞭解生物分子結構的貢獻 [2]，再再顯示生物物理研究的科學貢獻。
本月份的 Investigator 小新聞包含 cryo-EM 的回顧與近期發展、訊息理論在生物系統中的應用、以及物理因子對細胞行為與發育的影響等主題。cryo-EM 方面，將報導今年諾貝爾獎得主 Joachim Frank 於年初撰寫的文章，包含此技術的沿革與發展方向，而近期的結構生物學研究中，鉀離子通道的開合結構與動態、染色質於細胞分裂時的 3D 超微結構等發現也應用了 cryo-EM 技術。除了物質與能量的流動，「資訊」的傳輸也是生物學重要的課題，我們回顧訊息理論、統計力學對生物網路與集體行為的描述，並報導以訊息理論分析動物行為的量化研究。化學成分以外，事實上物理因子也顯著影響生物現象，從海馬方形尾巴的生物力學分析、微觀環境中物理因子對幹細胞命運的影響到細菌分裂時的細胞大小調控，這些細胞與個體層級的研究顯示生物物理跨尺度的特性。
運用 cryo-EM 得到蛋白質的高解析度 3D 影像。圖片來源：https://www.flickr.com/photos/nihgov/27944869645
生物物理作為基礎研究之外，亦是許多生物技術的根基，例如分子結構對蛋白質工程與製藥的助益、生物晶片與微流道的開發、生物造影技術在檢驗醫學上的應用。近期的生物物理學也不僅止於物理「工具」在生物學中的應用，而試圖納入據預測性的理論、系統性地了解生物現象 [3,4]。相信生物與物理這兩門看似相當不同的學科在持續交流、合作能繼續帶動豐富的科學進展。
參考資料：
- What Is Biophysics? | The Biophysical Society. (n.d.). Retrieved from goo.gl/mg42Vf
- The 2017 Nobel Prize in Chemistry – Press Release. | Nobelprize.org. (2017, October 4). Retrieved from goo.gl/MyQmCB
- Bialek, W. (n.d.). Biophysics: Searching for Principles. Retrieved from goo.gl/GRKwKt
- Nelson, P. (2014). Biological physics: Energy, information, life. New York, NY [u.a.: Freeman. goo.gl/j7xG63
撰文│ 陳 曦
修訂│ 劉馨香
