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Chapter 1 Why Biology by the Number

开发技术 开发技术 2022-12-24 次浏览

1. 生物物理学和模型构建

生物物理学是应用物理学的概念和方法研究生物各个层次结构与功能的关系,生命活动的物理,物理化学过程和物质在生命活动过程中表现的物理特性的学科,旨在阐明生物在一定时空下,物质,能量,信息,联系与运动规律。

在生物物理学中,我们需要提出一种定量模型来解释生物现象,以及对生物现象进行预测,从而达到对规律的理解,而我们所提出的模型要能经受的起实践过程中产生的数据的检验,并不断改善。

在构建模型的过程中,我们既要求模型能够对数据给出较好的解释,同时也要避免模型过于复杂,需要忽略一些细节,以便抓住事物的本质,即影响生物系统运动的主要因素,通过提取我们希望研究的特定方面的或者某一特定尺度上的性质,凝练出一个抽象的简单模型,这是对现实事物的投影。构造模型的艺术就是在细节的取舍之间找到恰当的平衡。

2. 估算的作用

在这个计算技术高度发展的时代,当我们处理一个全新的问题时,总是倾向于包含完备的数学复杂性,我们总是期望通过简单的计算建立更为直观的印象更深刻的见解,而不是在计算上浪费时间。这需要我们考虑事物及其运动的尺度大小。生物学中会有很多既有的事实,比如人们已经测定的事物的大小,一些物理学常数,这会为我们进行定量估算提供帮助。

3. 关于出错

我们在进行简单的定量估算的时候,总是试图为一个生物学过程建立简单的数学模型,因此我们需要考虑模型是正确的还是错误的。

  1. 模型的错误是由于使用了不恰当的基本物理模型来抽象描述特定生物问题的某个特征

  2. 模型的错误是因为模型参数太少,缺少对细节的描述

  3. 对模型中不同的物理要素的相对重要性给出了不正确的假设

  4. 传统上被认为正确的经典模型失效了(其实还是前三种的某一种),但是当传统模型失效时,这时是寻求突破的机会

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