生物學家和物理學家怎麼做朋友？來自生物學家的13條建議_風聞

撰文 | Ken Kosik

來源：Nature自然科研

與物理學家合作，讓我學會更好地進行學術溝通，同時也幫助我弄清楚了自身的知識空白，Ken Kosik如是説。

神經科學家Kenneth S. Kosik。來源：Sonia Fernandez

作為一名醫生兼科學家，當我將實驗室從布萊根婦女醫院的波士頓長木醫學區，搬到加州大學聖塔巴巴拉分校（UCSB）時，許多同事都感到非常驚訝，畢竟那裏既沒有醫學院，也沒有大學附屬醫院。

我收到不止一封郵件——有疑惑、有意外、也有理解，但他們無一例外都用了感嘆號。

十年前的那次搬遷，源於我想和物理科學研究人員建立更緊密的合作關係，發現生物學框架內廣泛適用的原理，層層揭開幾乎每一個生物學問題背後都隱藏着的複雜謎團。

波士頓並不缺物理學家。事實上，他們堪稱世界一流。但當時我的實驗室位於查爾斯河的“醫學”一岸，可以説與對岸哈佛大學的物理科學實驗室相去甚遠。因此，和物理學家、化學家、計算機科學家或工程師交流，非常具有挑戰性，特別是對於一名只接受過分子和細胞生物學訓練的醫學博士來説。

**我的目標不是成為一名物理學家，而是和物理學家們進行對話，並在可能的情況下展開合作。**之所以選擇UCSB，是因為它作為學術機構，規模相對較小，但在物理學和工程學領域擁有眾多傑出的人才。正是因為我的冒險舉動，在接下來的十年中，我和計算機科學、工程、物理和化學系的同事共同培養了許多研究生和博士後。這些合作極大地拓展了我的論文內容的廣度。

**我制定了一些簡單的規則，幫助我跨過生物學和物理學之間那道線。**在學習如何與物理學家打交道的過程中，我發現我的溝通能力得到了提升，而且我還弄清楚了在生物學，也就是我自己的領域中，哪些是我明白和不明白的。

01

理****解物理學家口中的“我不理解”

如果物理學家説他們不能理解你所説的生物學內容，那意味着你對這個主題可能也只是一知半解。

“理解”在不同學科中有不同的含義，當物理學家想要“理解”某項內容時，他們希望掌握的內容可能和生物學家不一樣。

舉個例子，生物學家理解基因轉錄，意味着瞭解特定的轉錄因子及它們的結合位點，知曉RNA聚合酶的作用以及被激活的基因。

但在物理學家看來，基因的名字和結合位點——轉錄的重要內容——都是無關緊要的細節。他們希望知道的是轉錄複合體結合到具體位點的概率分佈，以及其中涉及的作用力的量化。

顯然，如果生物學家拋開固定的認知框架，這些問題就變得非常有意義。

02

尋找共同話題

當物理學家説他們不瞭解生物學領域的某個方面時，他們需要的並不是“生物學十萬個為什麼”那樣的解釋。以我的經驗，當物理學家詢問生物學問題時，他們是想將物理學的思想應用於生物學；具體來説，他們試圖找到通用的數學解釋。

物理學家對既定的事實不感興趣。但生物學裏有的是懸而未決。與其滔滔不絕地講述已知的生物學知識，不如講講你想解決的問題。

生物學領域很多有待解決的問題都是定量的細節，例如單個細胞中介導某種功能的蛋白質或RNA的絕對拷貝數，以及細胞如何確保那麼多條調節通路正常運作。細胞是否會定期進行自我維護，更換故障零件，就像人們檢修飛機那樣？還是隻有發生損傷才會觸發“更換零件”？損傷有時間規律可循嗎？解答生物學中的這類未知問題，遠比複述教科書上的內容更具啓發性。

03

看清謙虛背後的驕傲

我發現，每每涉及生物學問題，物理學家們總是表現得很謙虛。他們總是説生物學比物理學難多了，因為有很多東西需要記憶。他們可能會説：你知道大量細節，而我只知道幾個等式。

04

數學是生物學的短板

對於大多數生物學現象，我們並沒有精確的方程式——這一點與物理學不同。這不是説生物學全然不涉及數學，只是需要更細緻的量化。缺乏量化數據是生物學的致命弱點，甚至影響到我們的日常生物學概念。

很少有生物學家能夠解釋RNA測序中使用的負二項分佈；能夠在評估主動轉運和擴散時，將細胞器的形狀和距離尺度參數化；或能夠解讀生物分子縮合物相對應的相圖——儘管越來越多生物學家對這部分內容感興趣。

紮實的計算機知識對生物學家來説，是一筆巨大的財富，但是許多人沒有機會磨練，甚至沒有機會接觸這些技能。從我的經驗來看，與物理科學家進行交流並開展學生聯合培養，是彌補知識空白的第一步。

05

別被物理學家的數學唬到

物理學家做研究分析的最終目標是獲得一個公式。寫下方程後，他們會像欣賞 Mark Rothko（馬克·羅斯科）的畫作一樣，凝視它們，然後可能提出一種解釋。即便你沒有很多物理學基礎，不知道哈密頓量或無法對伊辛相變進行建模，你仍能和物理學家進行卓有成效的溝通。請記住，對於數學，物理學家比數學家更敏感，數學家不受現實束縛並將周圍世界視為一個約束。

愛因斯坦説過：“數學定律離現實越近，就越不確定；數學定律越確定，離現實就越遠。”生物學家必須充分接受不確定性。與物理學理論良好的預測性相比，生物學領域的預測（例如進化）更像股市週期——只有在回顧時，才能真正看清。

06

首先確定大小尺度

從這個角度考慮一下：大部分情況下，物理學家所做的研究與生物學家所做的研究相比，尺度體系不同，環境温度也不同。

生物學家應該知道大分子的大小——包括細胞器和與之相關的細胞，並首先考慮它們對應的物理學體系尺度是什麼。

07

物理學家對精確度要求更高

物理學家對結論的準確性要求更高。當你得到P值小於0.05的結果時，他們並不會特別興奮。對他們而言，P值等於0.05，就彷彿用棒球擊中谷倉門：你不會失手的。

08

避免太多專業術語

讓物理學家頭大的最快方法是什麼？背誦生物學術語，例如基因表和通路。仔細想想，這會讓任何人頭昏腦脹。

09

不必事無鉅細

物理學家不必知道所有被控制的條件。他們需要的只是概念，他們會假定你已經適當控制了變量並選擇了正確的實驗方法。如果要為物理學家做“粉筆演講”（畫圖解説），請務必強調概念想法，而不是詳細的數據和技術。物理學家進行判斷的基礎是清晰、有力、令人信服的想法。

10

理性看待預期

物理學家會期待你建造自己的設備。如果一個理論家提出了這個意見，不要放在心上。但如果是實驗人員提出的，那或許你就不得不承認為買現成的設備，你可能多花了很多錢。

11

理解“最優”和“差不多”

生物學過程自帶進化潛能，因此一時得到的解決方案未必是最佳的。比如，如果你想設計一個能夠行走的機器，以人作為模型可能不是最好的，因為人類步行未必是到達目的地最有效的方法。物理學世界沒有進化，因此常常被假定是根據最優參數運行的。相比之下，生物學則在所謂的“沃丁頓地帶”（Waddington terrain）中運行：即使不是最高效的，只要差不多，生物學過程也能夠正常發揮作用。

12

物理學家眼中的還原論

使用還原論方法處理複雜生物體系，並不一定意味着將這些體系拆減為多個小單元。使用涉及多個變量的系統方法解決生物學問題，本身就很容易吸引物理學家，因為它們在概念上與統計力學問題類似——將微觀和宏觀特性與很大的自由度聯繫在一起，且無法提出精確的答案。如果生物學家可以使用這些術語，對研究問題進行描述，也許就能吸引到物理學家。

13

配合物理學家的幽默

物理學家的笑點很奇怪，幾乎所有出乎意料的事情都可以帶來歡樂。物理學家的笑話一般都很有內涵，並非瞬間就能找到笑點。但笑一笑無妨——即便你並不覺得好笑，反正他們也看不出來。

選擇適合自己的路

最後，我想説，我走的道路並非適合每一個人。首先得知道自己想要什麼。如果你不願與非同行的專家接觸，或者不想鑽研可能與自身領域沒有明確聯繫的主題，那麼我所選擇的路可能並不適合你。但如果你不僅能夠適應這種跨學科合作的方法，而且迫切希望從外界獲得靈感，那麼就大膽地邁出第一步吧，沒什麼比未知世界更值得期待的了。

本文經授權轉載自微信公眾號“Nature自然科研”。原文以Thirteen tips for engaging with physicists, as told by a biologist為標題發表在2020年 1月6日的職業專欄上。

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