Tradisi Fisika Dan Kaitannya Dengan Perkembangan Biologi Molekuler, Biokimia, Bioinformatika, Biofisika, Dan Biomatematika

Oleh

Agung Trisetyarso

· S-1 (’95-’00) dan S-2 (’00-’02) dari Fisika ITB

· Kandidat Mahasiswa PhD di Research Center Juelich, Jerman, dalam bidang Biofisika, Komputasi Sel Biologi & Bioinformatika

“Kami akan memperlihatkan ayat-ayat Kami dalam seluruh penjuru ufuk dan dalam diri mereka sendiri sehingga jelaslah bahwa Al-Qur’an itu adalah benar. Dan apakah Tuhanmu tidak cukup (bagi kamu) bahwa sesungguhnya Dia menyaksikan segala sesuatu ?” (Fushshilat : 53)

Era kuantisasi Biologi (Quantitative Biology), itulah mungkin kata yang paling tepat menggambarkan era ini dan masa depan. Setelah umat manusia telah menyaksikan keberhasilan para ilmuwan berhasil mengkuantisasi (membahasakan dengan matematika) hasil-hasil eksperimen fisika atom, maka sepertinya kita, umat manusia, tengah berada di ambang masa-masa kuantisasi Biologi. Kini Biologi tidak hanya dikaji secara eksperimental saja, tetapi eksplorasi Biologi memerlukan kemampuan pemrograman komputer (bioinformatika) dan juga analisa matematika (biofisika dan biomatematika). Bagi para fisikawan, sejarah perkembangan Biologi dengan keadaan seperti ini tentu sangat menarik, karena cerita yang serupa juga pernah terjadi di Fisika. Bahkan, dilihat dari sudut sains dan teknologi, kelihatannya perkembangan Biologi menjanjikan sesuatu yang jauh lebih menarik. Biomatematika, seperti konvergensi teori kalkulus, knot dan graph, menjanjikan munculnya konsep-konsep yang baru sebagaimana munculnya integral dan diferensial; Biofisika juga menjanjikan munculnya konsep baru, terutama Quantum Biologi; dan juga akan terdapat efek-efek serius dalam bidang teknologi, baik teknologi kimia, pertanian, material, elektro dan kedokteran. Sehingga tidak berlebihan jika terdapat syair seperti berikut :

Mathematics is a language

Physics is a poetry

Biology is a story

Pada essay ini, penulis bermaksud memberikan pengantar kepada pembaca, agar dapat memilki sedikit gambaran mengenai kaitan antara biologi molekuler, biokimia, bioinformatika, biofisika dan biomatematika. Pada bagian akhir juga dibahas secara sekilas mengenai dampak dari gelombang baru, bioteknologi.

Menelusuri Kembali Kelahiran Mekanika Newton, Elektrodinamika dan Fisika Kuantum

Dengan merujuk kepada Feynman’s Lecture on Physics volume I, cerita prestasi Newton diawali oleh data gerak benda jatuh (dalam gravitasi bumi) pada satu dimensi yang dihasilkan oleh eksperimen yang dilakukan oleh Galileo. Data ini kemudian dianalisa dengan menggunakan perangkat matematika yang ada ketika itu, seperti operator penambah, pengurang, pembagi dan pengali, kemudian juga dengan menggunakan grafik waktu terhadap ruang, maka dari data tersebut diperoleh bahasa baru dalam matematika, yaitu integral dan diferensial. Jadi kemunculan integral dan diferensial sebenarnya sangat menarik, karena muncul dari perpaduan antara bahasa matematika yang sudah ada ketika itu dengan penafsiran Newton terhadap data gerak jatuh pada satu dimensi. Setelah itu observasi Newton diteruskan dengan membuat suatu cerita dengan memperkenalkan konsep momentum (besaran pada sistem) dan lingkungan, sehingga diperoleh hukum Newton 1, 2 dan 3.

Kisah kelahiran bidang-bidang fisika yang lainnya juga mirip-mirip dengan kelahiran Mekanika Newton. Hukum-hukum Elektrodinamika dan Kuantum selalu diawali oleh eksperimen, kemudian para ilmuwan memberikan tafsiran terhadap data-data tersebut sehingga muncul konsep-konsep yang baru. Tetapi dalam beberapa kasus juga bisa terjadi sebaliknya dan ‘beberapa kasus tsb’ itu sering disebut sebagai bidang fisika teori.

Eksperimen

(Fisika Eksperimen)

Hukum Fisika

Analisa Data

(Fisika Teori)

Gambar 1

Skema Kemunculan Hukum Fisika

Kaitan Antara Biologi Molekuler, Biokimia, Bioinformatika, Biofisika dan Biomatematika

Apa yang terjadi di Biologi, analog dengan yang terjadi di Fisika. Di Biologi juga terdapat bidang yang bersifat eksperimental (Biokimia) dan analisa (Bioinformatika, Biofisika dan Biomatematika.). Selama perkembangannya, Biologi Molekuler & Biokimia telah menghasilkan data eksperimen yang berlimpah terutama mengenai penggandaan deretan himpunan gen, analisa skala besar dari ekspresi gen, dan analisa skala besar dari interaksi protein-protein.

Dampaknya, seiring dengan kemajuan teknologi informasi dan komputer, para ilmuwan mencoba untuk mengaplikasikan ilmu tersebut pada bidang Biologi dengan cara:Pertama, membuat simulasi/grafik tiga dimensi dari struktrur molekuler; Kedua, membuat database dari deretan molekuler;Ketiga, membuat informasi untuk struktrur tiga dimensi. Sehingga, Bioinformatika secara umum dapat dipandang sebagai bidang yang mempelajari bagaimana teknologi informasi dan komputer digunakan untuk memecahkan masalah di Biologi.

Selanjutnya, hasil-hasil simulasi dan database tersebut ditafsirkan dengan konsep-konsep yang terdapat di Matematika dan Fisika. Diantara konsep-konsep yang sedang ramai digunakan adalah : kalkulus, teori knot, teori graph, mekanika statistika jauh dari kesetimbangan (statistical mechanics far from equilibrium), dan integral Feynman heuristik (Heuristic Feynman Integral.)

Eksperimen

(Biologi Molekuler & Biokimia)

Gambar 2

Skema Kemunculan Hukum “Biologi”

Dampak Bioteknologi (Biokimia, Bioinformatika, Biofisika & Biomatematika) Dalam Kehidupan Manusia

Tantangan umat manusia sekarang ini adalah mengeksplorasi bidang biologi yang diperkirakan akan memiliki efek yang sangat serius dalam kehidupan manusia di masa depan. Diantara bidang-bidang yang akan terkena dampak gelombang bioteknologi ini adalah :

(Tabel ini belum lengkap, untuk benar-benar melengkapinya butuh waktu yang tidak sebentar. Jika ada diantara rekan-rekan yang ingin memberi masukkan, silahkan.)

No.	Bidang	Cakupan
1	Biophysics & Bioengineering (Biochemical Engineering, Biomedical Engineering, dll)	Biological Systems and Models, Engineering Models in Biomedicine, Biomedical Sensors, Computer Assisted Intervention Systems and Robotics, Bionic Human, Cell Engineering, Molecular and Cellular Systems, Body's and Cell's Bio-signatures, Tissue Engineering, Biomaterials
2	Bioinformatika & Biomedika Informatika	Bio-molecular and Phylogenetic Databases, Query Languages, Interoperability, Bio-Ontology and Data Mining, System Biology,Identification and Classification of Genes, Sequence Search and Alignment, Protein Structure Prediction and Molecular Simulation, Molecular Evolution and Phylogeny, Functional Genomics, Proteomics, Drug Discovery Gene Expression Analysis, Biolanguages, Bioinformatics Engineering, Data Visualization, Signaling and Computation Biomedical Data Engineering, Medical Image Processing (Segmentation, Registration, Fusion), Telemedicine, Modeling and Simulation, Biomedical Imaging

Back To My Homepage