Storia della biologia matematica, oggetto di studio, applicazioni

IL Biologia matematica o la biomatematica è un ramo della scienza che è responsabile dello sviluppo di modelli numerici che riescono a simulare diversi fenomeni naturali legati agli esseri viventi; Cioè, implica l'uso di strumenti matematici per studiare i sistemi naturali o biologici.

Come si può comprendere nel suo nome, la biomatematica è un'area interdisciplinare, che è all'intersezione della conoscenza tra biologia e matematica. Un semplice esempio di questa disciplina potrebbe includere lo sviluppo di metodi statistici per risolvere i problemi nell'area della genetica o dell'epidemiologia, per nominare alcuni.

Legge di Lotka-Volterra per il rapporto tra predatori e dighe (fonte: Curtis Newton ↯ 10:55, 20. Aprile. 2010 (CEST).Il caricatore originale era Lämpel alla Wikipedia tedesca. [CC BY-SA 3.0 (http: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0/)] via Wikimedia Commons)

In questo settore della conoscenza è normale che i risultati matematici derivino da problemi biologici o siano usati per risolverli, tuttavia alcuni ricercatori sono riusciti a risolvere problemi matematici basati sull'osservazione dei fenomeni biologici, quindi non è una relazione unidirezionale tra Entrambi i campi della scienza.

Da quanto sopra, si può garantire che un problema matematico sia la fine per la quale vengono utilizzati strumenti biologici e viceversa; che un problema biologico è la fine per la quale vengono utilizzati gli strumenti matematici molto vari.

Al momento, il campo della biologia matematica cresce da passi accelerati ed è considerato una delle applicazioni più moderne ed eccitanti della matematica. È molto utile non solo in biologia, ma nelle scienze biomediche e nel campo della biotecnologia.

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Storia biomatematica

La matematica e la biologia sono due scienze con molteplicità di applicazioni. La matematica è forse vecchia come la cultura occidentale, la sua origine risale a molti anni prima che Cristo e la sua utilità siano stati dimostrati da allora per un gran numero di applicazioni.

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La biologia come scienza, tuttavia, è molto più recente, poiché la sua concettualizzazione non è avvenuta fino all'inizio del XIX secolo grazie all'intervento di Lamarck, per il 1800.

La relazione tra le conoscenze matematiche e biologiche è ristretta dalle prime fasi delle civiltà, dal momento che l'insediamento delle popolazioni nomadi ebbe luogo grazie alla scoperta che la natura potrebbe essere sistematicamente sfruttata, il che deve avere obbligatorio le prime nozioni matematiche e biologiche.

Nei loro principi, le scienze biologiche erano considerate "artigianato", poiché si riferivano principalmente ad attività popolari come l'agricoltura o il bestiame; Nel frattempo la matematica ha scoperto l'astrazione e aveva alcune applicazioni un po 'distanti.

La confluenza tra biologia e matematica risale al XV e XVI secolo, con l'avvento della fisiologia, che è una scienza che raggruppa la conoscenza, classificandole, ordinandoli e sistematizzandoli facendo uso di strumenti matematici quando necessario.

Thomas Malthus

Fu Thomas Malthus, un economista contemporaneo con Lamarck, a gettare il precedente per l'inizio della biologia matematica, dal momento che fu il primo a postulare un modello matematico per spiegare le dinamiche della popolazione basate su risorse naturali.

Gli approcci di Malthus sono stati successivamente più sviluppati ed elaborati, e al giorno d'oggi fanno parte della base di modelli ecologici che vengono utilizzati per spiegare la relazione tra predatori e loro prede, ad esempio.

Oggetto di studio sulla biologia matematica

La biologia matematica è un'area scientifica interdisciplinare. Fonte: Konstantin Kolosov - Pixabay

La biologia matematica è una scienza che deriva dall'integrazione di diversi strumenti matematici con biologico, sperimentale o no, il che cerca di trarre vantaggio dal "potere" dei metodi matematici per spiegare meglio il mondo degli esseri viventi, delle loro cellule e delle sue molecole.

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Indipendentemente dal grado di complessità tecnologica coinvolta, la biologia matematica consiste nella considerazione "semplice" che esiste un'analogia tra due processi, vale a dire:

- La struttura complessa di un essere vivente è il risultato dell'applicazione di semplici "copiati" e "taglio e giunzione" o "Spliting"(Ad esempio) alle informazioni iniziali contenute in una sequenza di sequenza di DNA (acido deossiribonucleico).

- Il risultato F (Ω) dell'applicazione di una funzione calcolabile a una disposizione W può essere ottenuto applicando una combinazione di semplici funzioni di base a W.

Il campo della biologia matematica applica aree di matematica come calcolo, teorie di probabilità, statistiche, algebra lineare, geometria algebrica, topologia, equazioni differenziali, sistemi dinamici, teoria combinatoria e codifica.

Recentemente questa disciplina è stata molto sfruttata per l'analisi quantitativa di diversi tipi di dati, poiché le scienze biologiche si sono dedicate a grandi masse di dati da cui le informazioni possono essere estratte preziose.

In effetti, molti ricercatori ritengono che la grande esplosione dei dati biologici "abbia creato" la necessità di sviluppare modelli matematici nuovi e più complessi per l'analisi, nonché algoritmi computazionali e metodi statistici considerevolmente più complessi.

Applicazioni

Una delle applicazioni più significative della biologia matematica ha a che fare con l'analisi delle sequenze di DNA, ma questa scienza è anche coinvolta nella modellizzazione delle epidemie e nello studio della propagazione dei segnali nervosi.

È stato usato per lo studio di processi neurologici come la malattia di Parkinson, l'Alzheimer e la sclerosi laterale amiotrofica, per esempio.

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È molto utile per lo studio dei processi evolutivi (teorazioni) e per lo sviluppo di modelli che spiegano la relazione tra esseri viventi tra loro e il loro ambiente, cioè per gli approcci ecologici.

La modellazione e la simulazione di diversi tipi di tumori è anche un buon esempio delle molteplici applicazioni che la biologia matematica ha oggi, in particolare per quanto riguarda la simulazione delle interazioni tra popolazioni cellulari.

Esempio dell'analisi delle sequenze di DNA comunemente usate nella genomica (fonte: RADTK172 [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/4.0)] via Wikimedia Commons)

La biomatematica è anche molto avanzata nell'area della neuroscienza computazionale, negli studi sulla popolazione e sulla dinamica filogenomica e genomica in generale.

In quest'ultimo ramo della genetica è stato di grande rilevanza, poiché è una delle aree di crescita più alta degli ultimi anni, poiché il tasso di ottenimento di dati è estremamente elevato, il che merita tecniche nuove e migliori per la sua elaborazione e analisi.

Riferimenti

1. Andersson, s., Larsson, k., Larsson, m., & Jacob, M. (Eds.). (1999). Biomatematica: matematica di bioslature e biodinamica. Elsevier.
2. Elango, p. (2015). Il ruolo della matematica in biologia.
3. Friedman, a. (2010). Cos'è la biologia matematica e quanto è utile. Avvisi di AMS, 57 (7), 851-857.
4. Hofmeyr, j. H. S. (2017). Matematica e biologia. South African Journal of Science, 113 (3-4), 1-3.
5. Kari, l. (1997). DNA Computing: arrivo della matematica biologica. Mathematical Intelligencer, 19 (2), 9-22.
6. Pacheco Castelao, J. M. (2000). Cos'è la biologia matematica?
7. Reed, m. C. (2004). Perché Mathematico Biology è così difficile? Avvisi di AMS, 51 (3), 338-342.
8. Ulam, s. M. (1972). Idee e prospettive secondarie in biomatematica. Revisione annuale di biofisica e bioingegneria, 1 (1), 277-292.