Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир - Партасарати Рагувир

Благодарности

Идея написать эту книгу родилась 10 лет назад. Примерно в то же время я разработал курс лекций «Физика жизни», рассчитывая познакомить с чудесами физики студентов, изучавших другие науки, и использовать биофизику в качестве инструмента для повышения научной грамотности. Эта книга гораздо полнее курса и совершенно иначе структурирована, но я все равно хочу поблагодарить студентов, прошедших мой курс, и за энтузиазм, который они частенько проявляли, и за моменты, когда они слушали меня вежливо, но с каменными от безразличия лицами. Ученого обычно восхищает все, имеющее хоть призрачную связь с его сферой интересов, и выяснение факта, что большинство людей находит некоторые вещи довольно скучными, может сильно его потрясти. Студенты подталкивали меня оживлять с помощью все новых и новых тактик определенные темы или не затрагивать их вовсе, и это бесценно. Я также хочу отметить ценность Программы научной грамотности Орегонского университета и особо поблагодарить Элли Вандегрифт, Майкла Реймера и Джудит Эйзен, которые создали программу, дающую стимул к глубоким размышлениям о научной коммуникации.

Спасибо Серхио, Мигелю, Пабло, Джесси, Чило и всем остальным сотрудникам кафе Espresso Roma, а также его владельцам Мигелю и Марии Кортес за отличный кофе и чудесную атмосферу, в которой приятно думать и писать.

Дэвид Рабука и Фил Нельсон читали все главы в черновиках и великодушно давали мне свои развернутые, полезные и полные энтузиазма комментарии. Я очень рад, что могу поблагодарить их на этих страницах. Фил к тому же помог мне запустить этот проект, не только ободрив словом, но и познакомив меня с моим будущим редактором Джессикой Яо из Princeton University Press. Огромное спасибо Джессике, которая подняла со мной эту книгу и дала множество дельных советов. От всей души благодарю и второго редактора, Ингрид Гнерлих, невероятно усердно работавшую над этим проектом.

Наконец, я глубоко признателен своей жене Джули и детям Кирану и Сурьяну, которые неизменно радуют меня и которые стойко терпели, пока я часами перекраивал предложения и рисовал ДНК.

Рекомендуемая литература

В классических учебниках биологии излагаются многие надежно установленные факты, относящиеся главным образом к первой части книги. См., например:

Alberts B. et al. Molecular Biology of the Cell (6th ed.). NY: W. W. Norton, 2014. Четвертое издание находится в открытом доступе: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/bookshelf/br.fcgi?book=mboc4.

Из великолепных учебников биофизики, составленных для продвинутых студентов бакалавриата и магистратуры, я выделю следующие:

Nelson P. Biological Physics: Energy, Information, Life. Philadelphia: Chiliagon Science, 2020.

Phillips R. et al. Physical Biology of the Cell (2nd ed.). London: Garland Science, 2012.

Bialek W. Biophysics: Searching for Principles. Princeton, NJ: Princeton University Press, 2012.

Примечания

Введение

1 Smith B. K. Classifying animals and humans in ancient India. Man. 1991; 26: 527–548.

2 Thompson D. W. On Growth and Form. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 1942.

3 Hayashi T., Carthew R. W. Surface mechanics mediate pattern formation in the developing retina. Nature. 2004; 431: 647–652.

4 Puklin-Faucher E., Sheetz M. P. The mechanical integrin cycle. Journal of Cell Science. 2009; 122: 179–186; del Rio A. et al. Stretching single talin rod molecules activates vinculin binding. Science. 2009; 323: 638–641.

5 Henderson D. A. The eradication of smallpox – an overview of the past, present, and future. Vaccine. 2011; 29: D7 – D9.

Глава 1. ДНК: код и спираль

1 Nelkin D., Lindee M. S. The DNA Mystique: The Gene as a Cultural Icon. W. H. Freeman, 1995.

2 Gallery puts DNA in the frame. BBC News. 2001; September 19 (http://news.bbc.co.uk/2/hi/entertainment/1550864.stm).

3 Уотсон Дж. Двойная спираль. М.: АСТ, 2019; Мукерджи С. Ген. Очень личная история. М.: Corpus, 2023; Sayre A. Rosalind Franklin and DNA. New York: W. W. Norton, 2000; Cobb M. Sexism in science: Did Watson and Crick really steal Rosalind Franklin's data? The Guardian. 2015; June 23 (http://www.theguardian.com/science/2015/jun/23/sexism-in-science-did-watson-and-crick-really-steal-rosalind-franklins-data).

4 Goldenfeld N. Lectures on Phase Transitions and the Renormalization Group. Reading, MA: Addison-Wesley, 1972; Peyrard M. Biophysics: Melting the double helix. Nat. Phys. 2006; 2: 13–14; Peyrard M. Nonlinear dynamics and statistical physics of DNA. Nonlinearity. 2004; 17: R1 – R40.

5 Mullis K. B. The unusual origin of the polymerase chain reaction. Sci. Am. 1990; 262: 56–65.

Глава 2. Белки: молекулярное оригами

1 de Chadarevian S. John Kendrew and myoglobin: Protein structure determination in the 1950s. Protein Science. 2018; 27: 1136–1143. Об истории рентгеновской кристаллографии: Brooks-Bartlett J. C., Garman E. F. The Nobel science: One hundred years of crystallography. Interdisciplinary Science Reviews. 2015; 40: 244–264; Jaskolski M. et al. A brief history of macromolecular crystallography, illustrated by a family tree and its Nobel fruits. FEBS Journal. 2014; 281: 3985–4009.

2 Изображение белка GFP основано на структуре 1EMA из Protein Data Bank: https://www.rcsb.org/structure/1EMA; Ormö M. et al. Crystal structure of the Aequorea victoria green fluorescent protein. Science. 1996; 273: 1392–1395.

3 Day R. N., Davidson M. W. The fluorescent protein palette: Tools for cellular imaging. Chem. Soc. Rev. 2009; 38: 2887–2921; Rodriguez E. A. et al. The growing and glowing toolbox of fluorescent and photoactive proteins. Trends in Biochemical Sciences. 2017; 42: 111–129; Shaner N. C. The mFruit collection of monomeric fluorescent proteins. Clin. Chem. 2013; 59: 440–441.

4 О структуре калиевых каналов: Kuang Q. et al. Structure of potassium channels. Cell Mol. Life Sci. 2015; 72: 3677–3693.

5 Изображение кинезина основано на структуре белка 1N6M из Protein Data Bank: https://www.rcsb.org/structure/1N6M; Yun M. et al. Rotation of the stalk/neck and one head in a new crystal structure of the kinesin motor protein. Ncd. EMBO Journal. 2003; 22: 5382–5389.

6 Изображение глюкокортикоидного рецептора основано на структуре белка 1R4O из Protein Data Bank: https://www.rcsb.org/structure/1R4O; Luisi B. F. et al. Crystallographic analysis of the interaction of the glucocorticoid receptor with DNA. Nature. 1991; 352: 497–505.

7 Hartl F. U., Hayer-Hartl M. Molecular chaperones in the cytosol: From nascent chain to folded protein. Science. 2002; 295: 1852–1858.

9 Ducrot C. et al. BSE risk and the use of meat and bone meal in the feed industry: Perspectives in the context of relaxing control measures. Natures Sciences Societes. 2013; 21: 3–12.

10 Richards F. M. The protein folding problem. Scientific American. 1992; 264: 54–63; Dill K. A., MacCallum J. L. The protein-folding problem, 50 years on. Science. 2012; 338: 1042–1046.

11 Elliot A., David E. Shaw's supercomputer is uncovering secrets of human biology. Columbia Engineering. 2017; April 7 (https://engineering.columbia.edu/news/engineering-icons-david-shaw).