Matematinė biologija ar Biomatematika yra mokslas, kuris yra atsakingas už skaitinių modelių, kurie imituoja įvairius Gauk gamtos reiškinius, susijusius su gyvų būtybių vystymąsi filialas; T. y., tai apima matematinių priemonių naudojimą tiriant natūralias ar biologines sistemas.
Kaip galima suprasti iš savo pavadinimo, biomatematika yra tarpdisciplininė sritis, esanti žinių tarp biologijos ir matematikos sankirtoje. Paprastas šios disciplinos pavyzdys galėtų būti statistinių metodų, skirtų genetinėms ar epidemiologinėms problemoms spręsti, kūrimas.
Lotkos ir Volterros santykis tarp plėšrūnų ir grobio (Šaltinis: Curtis Newton ↯ 10:55, 2010 m. Balandžio 20 d. (CEST). Originalus įkėlėjas buvo Lämpel vokiečių Vikipedijoje. Via Wikimedia Commons)
Šioje žinių srityje nėra normalu, kai matematiniai rezultatai atsiranda dėl biologinių problemų arba yra naudojami jas spręsti, tačiau kai kuriems tyrinėtojams pavyko išspręsti matematines problemas remiantis biologinių reiškinių stebėjimu, taigi tai nėra vienpusis ryšys. tarp abiejų mokslo sričių.
Iš to, kas išdėstyta, galima įsitikinti, kad matematinė problema yra biologinių priemonių naudojimo tikslas ir atvirkščiai; kad biologinė problema yra tikslas, kuriam pasitelkiama daugybė skirtingų matematinių priemonių.
Šiandien matematinės biologijos sritis sparčiai populiarėja ir laikoma viena moderniausių ir įdomiausių matematikos taikymo sričių. Tai labai naudinga ne tik biologijoje, bet ir biomedicinos moksluose bei biotechnologijų srityje.
Biomatematikos istorija
Matematika ir biologija yra du mokslai, kuriems taikoma daugybė programų. Matematika galbūt yra tokia pati sena kaip Vakarų kultūra, jos ištakos siekia daug metų prieš Kristų, o nuo to laiko jos naudingumas buvo įrodytas daugeliui programų.
Biologija, kaip mokslas, vis dėlto yra daug naujesnė, nes jos koncepcija atsirado tik XIX a. Pradžioje dėl Lamarcko intervencijos 1800-aisiais.
Matematikos ir biologinių žinių santykis yra glaudus nuo seniausių civilizacijų laikų, nes klajoklių tautų atsiskaitymas įvyko dėl atradimo, kad gamta gali būti sistemingai išnaudojama, o tai būtinai turėjo apimti pirmąsias sąvokas. matematinis ir biologinis.
Iš pradžių biologiniai mokslai buvo laikomi „amatininkais“, nes jie daugiausia reiškė populiarią veiklą, pavyzdžiui, žemės ūkį ar gyvulininkystę; Tuo tarpu matematika atrado abstrakciją ir turėjo keletą tolimų tiesioginių pritaikymų.
Biologijos ir matematikos santaka atsirado galbūt XV – XVI a., Atsiradus fiziologijai, kuri yra mokslas, jungiantis žinias, jas klasifikuojant, tvarkant ir sisteminant, prireikus pasitelkiant matematines priemones.
Tomas Malthusas
Tai buvo Thomas Malthusas, dabartinis Lamarcko ekonomistas, kuris sudarė precedentą matematinės biologijos pradžiai, nes jis pirmasis paskelbė matematinį modelį, paaiškindamas gyventojų dinamiką kaip gamtos išteklių funkciją.
„Malthus“ požiūriai vėliau buvo toliau plėtojami ir tobulinami, ir šiandien jie yra ekologinių modelių, kurie, pavyzdžiui, aiškina plėšrūnų ir jų grobio ryšį, pagrindas.
Matematinės biologijos tyrimo objektas
Matematinė biologija yra tarpdisciplininė mokslo sritis. Šaltinis: Konstantinas Kolosovas - „Pixabay“
Matematinė biologija yra mokslas, atsirandantis dėl skirtingų matematinių priemonių integravimo su biologiniais duomenimis, eksperimentinių ar ne, kuriais siekiama pasinaudoti matematinių metodų „galia“, kad būtų galima geriau paaiškinti gyvų būtybių, jų ląstelių ir jo molekulių.
Nepaisant to, koks technologinis sudėtingumas yra susijęs, matematinę biologiją sudaro „paprastas“ svarstymas, kad egzistuoja dviejų procesų analogija:
- Sudėtinga gyvos būtybės struktūra yra paprastų „kopijavimo“, „pjaustymo ir sujungimo“ ar „sujungimo“ (pvz.) Operacijų rezultatas pradinei informacijai, esančiai DNR seka (dezoksiribonukleorūgštis). ).
- Skaičiuojamos funkcijos masyvui w taikymo f (ω) rezultatą galima gauti pritaikius paprastų pagrindinių funkcijų w derinį.
Matematinės biologijos srityje taikomos tokios matematikos sritys kaip skaičiavimas, tikimybių teorijos, statistika, tiesinė algebra, algebrinė geometrija, topologija, diferencialinės lygtys, dinaminės sistemos, kombinatorika ir kodavimo teorija.
Pastaruoju metu ši disciplina buvo plačiai naudojama kiekybinei įvairių rūšių duomenų analizei, nes biologiniai mokslai buvo skirti didelėms duomenų masėms gaminti, iš kurių galima gauti vertingos informacijos.
Tiesą sakant, daugelis tyrėjų mano, kad didelis biologinių duomenų sprogimas „sukūrė“ poreikį kurti naujus ir sudėtingesnius matematinius modelius jų analizei, taip pat žymiai sudėtingesnius skaičiavimo algoritmus ir statistinius metodus.
Programos
Vienas reikšmingiausių matematinės biologijos pritaikymų yra susijęs su DNR sekų analize, tačiau šis mokslas taip pat susijęs su epidemijų modeliavimu ir nervinių signalų plitimo tyrimais.
Jis buvo naudojamas tyrinėti neurologinius procesus, tokius kaip Parkinsono liga, Alzheimerio liga ir, pavyzdžiui, amiotrofinė šoninė sklerozė.
Tai ypač naudinga tiriant evoliucijos procesus (teorijas) ir kuriant modelius, paaiškinančius gyvų būtybių santykį tarpusavyje ir su aplinka, tai yra, ekologinius požiūrius.
Įvairių vėžio tipų modeliavimas ir modeliavimas taip pat yra puikus daugelio matematinės biologijos pritaikymų pavyzdys, ypač kalbant apie ląstelių populiacijų sąveikos modeliavimą.
Paprastai genomikoje naudojamų DNR sekų analizės pavyzdys (Šaltinis: Radtk172 per „Wikimedia Commons“)
Biomatematika taip pat yra labai pažengusi skaičiavimo neuromokslų srityje, populiacijos dinamikos ir apskritai filogenomikos ir genomikos tyrimuose.
Ši paskutinė genetikos šaka turėjo didelę reikšmę, nes tai viena iš sričių, kurioje pastaraisiais metais daugėjo, nes duomenų rinkimo greitis yra ypač didelis, todėl reikia naujų ir geresnių metodų jos apdorojimas ir analizė.
Nuorodos
- Andersson, S., Larsson, K., Larsson, M., and Jacob, M. (Red.). (1999). Biomatematika: biostruktūrų matematika ir biodinamika. Elsevier.
- Elango, P. (2015). Matematikos vaidmuo biologijoje.
- Friedmanas, A. (2010). Kas yra matematinė biologija ir kuo ji naudinga. AMS pranešimai, 57 (7), 851–857.
- Hofmeyr, JHS (2017). Matematika ir biologija. Pietų Afrikos mokslo žurnalas, 113 (3–4), 1–3.
- Kari, L. (1997). DNR skaičiavimas: biologinės matematikos atėjimas. Matematinis intelektualistas, 19 (2), 9–22.
- Pacheco Castelao, JM (2000). Kas yra matematinė biologija?
- Reed, MC (2004). Kodėl matematinė biologija yra tokia sunki? AMS pranešimai, 51 (3), 338-342.
- Ulamas, SM (1972). Keletas biomatematikos idėjų ir perspektyvų. Metinė biofizikos ir bioinžinerijos apžvalga, 1 (1), 277–292.