生命科学和物理学有什么共通之处?既然生命体系是大自然的一部分,那就逃不掉最基本的物理定律。蜻蜓的翅膀和波音 747 的翅膀同样符合流体力学原理。菠萝、向日葵和松果都有螺旋圈,而这种螺旋圈都符合斐波那契数列规律,暗合黄金分割的美学原理。
细胞里的内质网(endoplasmic reticulum),是一种遍布于整个细胞内部的膜状网,连接并围绕着细胞核。科学家发现,内质网的结构很像是为了多停车辆而建造的螺旋型多层停车场。按照微分几何的描述,这种结构能使能耗最小化,表面积最大。
3.生命的未来
当然,生命科学的进步并非仅仅是对已有的数学、物理学的应用,随着生命科学的发展,一定会激发新的数学、物理学进步。我们通过研究行星运动发明了微积分,通过研究通讯发明了信息论,生命科学也需要适合于它的新的数学。我们都知道生命能够处理信息,我们也看到随着技术的进步,电脑、手机等处理信息的能力有了突飞猛进的发展,但是,和生命体处理信息的能力相比,这些人造物的能力仍然很低级。
IBM 制造出的电脑战胜了人脑,获得了电视百科知识竞赛的胜利,但IBM没有告诉我们,他们的电脑在处理信息的时候消耗的能量是 100 千瓦,而人脑只消耗了 20 瓦。从这一角度来看,IBM 电脑确实胜之不武。若从处理信息时消耗的能量来看,电脑还不如最低级的大肠杆菌呢。在研究生命科学的时候,我经常会感到所用的数学工具不顺手,或许,随着更多的物理学家、数学家关注生命科学,我们能够开发出来一套更适合生命科学的新数学工具。