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生物学家和物理学家怎么做朋友?来自生物学家的13条建议

 

撰文 | Ken Kosik
 
与物理学家合作,让我学会更好地进行学术沟通,同时也帮助我弄清楚了自身的知识空白,Ken Kosik如是说。
 
 
作为一名医生兼科学家,当我将实验室从布莱根妇女医院的波士顿长木医学区,搬到加州大学圣塔巴巴拉分校(UCSB)时,许多同事都感到非常惊讶,毕竟那里既没有医学院,也没有大学附属医院。
 
我收到不止一封邮件--有疑惑、有意外、也有理解,但他们无一例外都用了感叹号。
 
十年前的那次搬迁,源于我想和物理科学研究人员建立更紧密的合作关系,发现生物学框架内广泛适用的原理,层层揭开几乎每一个生物学问题背后都隐藏着的复杂谜团。
 
波士顿并不缺物理学家。事实上,他们堪称世界一流。但当时我的实验室位于查尔斯河的"医学"一岸,可以说与对岸哈佛大学的物理科学实验室相去甚远。因此,和物理学家、化学家、计算机科学家或工程师交流,非常具有挑战性,特别是对于一名只接受过分子和细胞生物学训练的医学博士来说。
 
我的目标不是成为一名物理学家,而是和物理学家们进行对话,并在可能的情况下展开合作。之所以选择UCSB,是因为它作为学术机构,规模相对较小,但在物理学和工程学领域拥有众多杰出的人才。正是因为我的冒险举动,在接下来的十年中,我和计算机科学、工程、物理和化学系的同事共同培养了许多研究生和博士后。这些合作极大地拓展了我的论文内容的广度。
 
我制定了一些简单的规则,帮助我跨过生物学和物理学之间那道线。在学习如何与物理学家打交道的过程中,我发现我的沟通能力得到了提升,而且我还弄清楚了在生物学,也就是我自己的领域中,哪些是我明白和不明白的。
 
01 理解物理学家口中的"我不理解"
 
如果物理学家说他们不能理解你所说的生物学内容,那意味着你对这个主题可能也只是一知半解。
 
"理解"在不同学科中有不同的含义,当物理学家想要"理解"某项内容时,他们希望掌握的内容可能和生物学家不一样。
 
举个例子,生物学家理解基因转录,意味着了解特定的转录因子及它们的结合位点,知晓RNA聚合酶的作用以及被激活的基因。
 
但在物理学家看来,基因的名字和结合位点--转录的重要内容--都是无关紧要的细节。他们希望知道的是转录复合体结合到具体位点的概率分布,以及其中涉及的作用力的量化。
 
显然,如果生物学家抛开固定的认知框架,这些问题就变得非常有意义。
 
02 寻找共同话题
 
当物理学家说他们不了解生物学领域的某个方面时,他们需要的并不是"生物学十万个为什么"那样的解释。以我的经验,当物理学家询问生物学问题时,他们是想将物理学的思想应用于生物学;具体来说,他们试图找到通用的数学解释。
 
物理学家对既定的事实不感兴趣。但生物学里有的是悬而未决。与其滔滔不绝地讲述已知的生物学知识,不如讲讲你想解决的问题。
 
生物学领域很多有待解决的问题都是定量的细节,例如单个细胞中介导某种功能的蛋白质或RNA的绝对拷贝数,以及细胞如何确保那么多条调节通路正常运作。细胞是否会定期进行自我维护,更换故障零件,就像人们检修飞机那样?还是只有发生损伤才会触发"更换零件"?损伤有时间规律可循吗?解答生物学中的这类未知问题,远比复述教科书上的内容更具启发性。
 
03 看清谦虚背后的骄傲
 
我发现,每每涉及生物学问题,物理学家们总是表现得很谦虚。他们总是说生物学比物理学难多了,因为有很多东西需要记忆。他们可能会说:你知道大量细节,而我只知道几个等式。
 
04 数学是生物学的短板
 
对于大多数生物学现象,我们并没有精确的方程式--这一点与物理学不同。这不是说生物学全然不涉及数学,只是需要更细致的量化。缺乏量化数据是生物学的致命弱点,甚至影响到我们的日常生物学概念。
 
很少有生物学家能够解释RNA测序中使用的负二项分布;能够在评估主动转运和扩散时,将细胞器的形状和距离尺度参数化;或能够解读生物分子缩合物相对应的相图--尽管越来越多生物学家对这部分内容感兴趣。
 
扎实的计算机知识对生物学家来说,是一笔巨大的财富,但是许多人没有机会磨练,甚至没有机会接触这些技能。从我的经验来看,与物理科学家进行交流并开展学生联合培养,是弥补知识空白的第一步。
 
05 别被物理学家的数学唬到
 
物理学家做研究分析的最终目标是获得一个公式。写下方程后,他们会像欣赏 Mark Rothko(马克·罗斯科)的画作一样,凝视它们,然后可能提出一种解释。即便你没有很多物理学基础,不知道哈密顿量或无法对伊辛相变进行建模,你仍能和物理学家进行卓有成效的沟通。请记住,对于数学,物理学家比数学家更敏感,数学家不受现实束缚并将周围世界视为一个约束。
 
爱因斯坦说过:"数学定律离现实越近,就越不确定;数学定律越确定,离现实就越远。"生物学家必须充分接受不确定性。与物理学理论良好的预测性相比,生物学领域的预测(例如进化)更像股市周期--只有在回顾时,才能真正看清。
 
06 首先确定大小尺度
 
从这个角度考虑一下:大部分情况下,物理学家所做的研究与生物学家所做的研究相比,尺度体系不同,环境温度也不同。
 
生物学家应该知道大分子的大小--包括细胞器和与之相关的细胞,并首先考虑它们对应的物理学体系尺度是什么。
 
07 物理学家对精确度要求更高
 
物理学家对结论的准确性要求更高。当你得到P值小于0.05的结果时,他们并不会特别兴奋。对他们而言,P值等于0.05,就仿佛用棒球击中谷仓门:你不会失手的。
 
08 避免太多专业术语
 
让物理学家头大的最快方法是什么?背诵生物学术语,例如基因表和通路。仔细想想,这会让任何人头昏脑胀。
 
09 不必事无巨细
 
物理学家不必知道所有被控制的条件。他们需要的只是概念,他们会假定你已经适当控制了变量并选择了正确的实验方法。如果要为物理学家做"粉笔演讲"(画图解说),请务必强调概念想法,而不是详细的数据和技术。物理学家进行判断的基础是清晰、有力、令人信服的想法。
 
10 理性看待预期
 
物理学家会期待你建造自己的设备。如果一个理论家提出了这个意见,不要放在心上。但如果是实验人员提出的,那或许你就不得不承认为买现成的设备,你可能多花了很多钱。
 
11 理解"最优"和"差不多"
 
生物学过程自带进化潜能,因此一时得到的解决方案未必是最佳的。比如,如果你想设计一个能够行走的机器,以人作为模型可能不是最好的,因为人类步行未必是到达目的地最有效的方法。物理学世界没有进化,因此常常被假定是根据最优参数运行的。相比之下,生物学则在所谓的"沃丁顿地带"(Waddington terrain)中运行:即使不是最高效的,只要差不多,生物学过程也能够正常发挥作用。
 
12 物理学家眼中的还原论
 
使用还原论方法处理复杂生物体系,并不一定意味着将这些体系拆减为多个小单元。使用涉及多个变量的系统方法解决生物学问题,本身就很容易吸引物理学家,因为它们在概念上与统计力学问题类似--将微观和宏观特性与很大的自由度联系在一起,且无法提出精确的答案。如果生物学家可以使用这些术语,对研究问题进行描述,也许就能吸引到物理学家。
 
13 配合物理学家的幽默
 
物理学家的笑点很奇怪,几乎所有出乎意料的事情都可以带来欢乐。物理学家的笑话一般都很有内涵,并非瞬间就能找到笑点。但笑一笑无妨--即便你并不觉得好笑,反正他们也看不出来。
 
选择适合自己的路
 
最后,我想说,我走的道路并非适合每一个人。首先得知道自己想要什么。如果你不愿与非同行的专家接触,或者不想钻研可能与自身领域没有明确联系的主题,那么我所选择的路可能并不适合你。但如果你不仅能够适应这种跨学科合作的方法,而且迫切希望从外界获得灵感,那么就大胆地迈出第一步吧,没什么比未知世界更值得期待的了。
 
本文经授权转载自微信公众号"Nature自然科研"。原文以Thirteen tips for engaging with physicists, as told by a biologist为标题发表在2020年 1月6日的职业专栏上。
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