Årg. 16 Nr. 3 (2005)

På grænsen mellem fysik og biologi

Dette nummer af KVANT har temaet “biologisk fysik”, dvs. undersøgelser af emner, som både er af interesse for biologi og fysik. Det er velkendt, at fysikken gennem tiden har bidraget til biologi på mange måder, blandt andet:

• Instrumenter og måleteknik: Fysikken har opfundet og udviklet de instrumenter, som biologer benytter til udforskningen af levende systemer, såsom feltkikkerten, forskellige former for mikroskoper og det infrarøde kamera. Instrumenter til kortlægning af DNA-arvemateriale osv. har været med til at give biologien et mere eksakt grundlag i genetikken og biokemien.
• Fysiske forklaringer på “liv”: Mange fysikere har tænkt over det fysiske grundlag for fænomenet “liv” – et berømt eksempel er Erwin Schrödingers lille bog What is life? (1944). Mere for nyligt har fysikere prøvet at undersøge det svære spørgsmål om livet (som vi kender det) ville kunne eksistere såfremt naturlovene var blot en smule anderledes?
• Værktøjer til komplekse systemer: Fysikere har udviklet en del (matematiske) værktøjer til at beskrive komplekse systemer, herunder “kunstigt liv”, som udviser en “adfærd”, der kan minde lidt om rigtige levende systemers.

Udforskningen af grænseområdet mellem fysik og biologi er blomstret op rundt omkring i verden i de sidste årtier. I Danmark er der også forskning i dette spændende grænseområde, bl.a. i en række forskningscentre på de danske universiteter. I dette nummer bringer vi nogle eksempler på denne forskning. Planen er, at følge op med flere artikler i kommende numre af KVANT – de første allerede i næste nummer.

Indhold i dette nummer

Billederne på forsiden stammer fra artiklen, skrevet af Thomas Heimburg og Martin Gudmand. De studerer – i eksperimenter og på computer – hvordan reaktioner mellem vigtige strukturer i cellemembranen påvirkes (eller ødelægges) af temperaturændringer. Celler kan ikke fungere ved temperaturer, der er for høje i forhold til den normale kropstemperatur. Men hvordan foregår overgangen fra en normal cellemembran til én, der er uordnet, som følge af smeltning?

John Ipsen fortæller om fremskridt i teoretiske og eksperimentelle beskrivelser af cellemembraner. Forskning, der foregår ved et fysikcenter, som har specialiseret sig i “membranernes fysik”.

Claus Emmeche giver nogle filosofiske refleksioner over biologi og fysik – især om begrebet “årsag”. Fysikken har, i kraft af det mekaniske verdensbilledes succes, fokuseret på de såkaldte “effektive årsager”. Dette virker utilstrækkeligt, når biologer skal beskrive selvstyrende systemer som f.eks. levende organismer. I artiklen forklares de forskellige årsagsbegreber.

KVANT vil gerne begynde en serie af artikler, der fortæller om, hvordan fysikere – og forskning i fysik – anvendes i forskellige danske virksomheder. Den første i denne serie omhandler forskning hos virksomheden Sophion Bioscience A/S. I artiklen, der er skrevet af Rafael Taboryski og Simon Pedersen, beskrives teknikken bag udvikling af apparatur til automatisk måling af ionkanalstrømme i levende celler. Apparaturet kan hjælpe den farmaceutiske industri til udvikling og afprøvning af nye lægemidler – noget der ellers er meget tidskrævende.

Henrik Flyvbjerg beskriver en teknik der kan bruges til at “læse tanker med”. Kan man måle på en forsøgspersons hoved og bestemme hvornår de tænker på, at foretage en bevægelse? Svaret er ja – og dét oven i købet med stor succesrate!

Anja Andersen, Axel Brandenburg og Tuomas Multamäki har skrevet en generel introduktion til emnet “chiralitet” og liv. De fleste molekyler har den egenskab (chiralitet), at molekylet ikke er identisk med sit spejlbillede, og de to molekyler har ofte forskellige egenskaber. Et sjovt eksempel er, at duft-molekylerne i mynte og kommen har samme atomare opbygning, men er spejlvendte molekyler! Aminosyrerne, der indgår i livet på Jorden, findes kun i den ene chirale form: De er alle venstredrejede! Hvorfor?

Uffe Gråe Jørgensen har skrevet om sommerens kometkollision, hvor et projektil på rumsonden “Deep Impact” blev sendt mod kometen Tempel 1, med stor fart. Det er første gang man har kunnet måle hvad der gemmer sig under en komets overflade.

Vi har også de sædvanlige rubrikker: KVANTnyheder, Aktuelle bøger, Opgave-hjørnet og Foreningsnyt – hvor efterårets foredrag er omtalt.