Historia biologii matematycznej, obiekt studiów, zastosowania

Biologia matematyczna lub biomatematyka to gałąź nauki, która jest odpowiedzialna za rozwój modeli numerycznych, które udaje się symulować różne naturalne zjawiska związane z żywymi istotami; Oznacza to, że implikuje zastosowanie narzędzi matematycznych do badania systemów naturalnych lub biologicznych.

Jak można zrozumieć na jego imię, biomatematyka jest obszarem interdyscyplinarnym, który jest na skrzyżowaniu wiedzy między biologią a matematyką. Prosty przykład tej dyscypliny może obejmować opracowanie metod statystycznych w celu rozwiązywania problemów w dziedzinie genetyki lub epidemiologii, aby wymienić niektóre.

Prawo Lotka-Volterra dla relacji między drapieżnikami i zaporami (źródło: Curtis Newton ↯ 10:55, 20. Apr. 2010 (Cest).Oryginalnym przesyłaniem był Lämpel w niemieckiej Wikipedii. [CC BY-SA 3.0 (http: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0/)] przez Wikimedia Commons)

W tym obszarze wiedzy normalne jest, że wyniki matematyczne wynikają z problemów biologicznych lub są wykorzystywane do ich rozwiązania, jednak niektórym badaczom udało się rozwiązać problemy matematyczne w oparciu o obserwację zjawisk biologicznych, więc nie jest to jednokierunkowy związek między zależnością między Oba pola nauki.

Z powyższego można zapewnić, że problem matematyczny jest koniec, dla którego używane są narzędzia biologiczne i odwrotnie; że problem biologiczny to koniec, dla którego używane są bardzo zróżnicowane narzędzia matematyczne.

Obecnie dziedzina biologii matematycznej rośnie według przyspieszonych kroków i jest uważana za jedno z najnowocześniejszych i ekscytujących zastosowań matematyki. Jest to bardzo przydatne nie tylko w biologii, ale w naukach biomedycznych i w dziedzinie biotechnologii.

[TOC]

Historia biomatematyczna

Matematyka i biologia to dwie nauki o mnogości zastosowań. Matematyka jest być może tak stara jak kultura zachodnia, jej pochodzenie sięga wielu lat przed Chrystusem, a jego przydatność zostało od tego czasu wykazane w przypadku dużej liczby zastosowań.

Może ci służyć: Test oksydazy: podkład, procedura i zastosowania

Biologia jako nauka jest jednak znacznie nowa, ponieważ jej konceptualizacja nie nastąpiła dopiero na początku XIX wieku dzięki interwencji Lamarck, przez 1800.

Związek wiedzy matematycznej i biologicznej jest wąski od wczesnych stadiów cywilizacji, ponieważ rozstrzygnięcie narodów koczowniczych miało miejsce dzięki odkryciu, że natura może być systematycznie wykorzystywana, co musi mieć obowiązkowe pojęcia matematyki i biologii biologicznej.

W swoich zasadach nauki biologiczne były uważane za „rzemiosło”, ponieważ odnosiły się one głównie do popularnych działań, takich jak rolnictwo lub zwierzęta gospodarskie; Tymczasem matematyka odkryła abstrakcję i miała pewne nieco odległe zastosowania.

Zbieżność między biologią a matematyką pochodzi z XV i XVI wieku, wraz z nadejściem fizjologii, która jest nauką, która grupuje wiedzę, klasyfikując je, zamawiając je i systematyzując, stosując narzędzia matematyczne w razie potrzeby.

Thomas Malthus

To Thomas Malthus, współczesny ekonomista z Lamarckiem, położył precedens na początek biologii matematycznej, ponieważ jako pierwszy postuluje model matematyczny, aby wyjaśnić dynamikę populacji w oparciu o zasoby naturalne.

Podejścia Malthusa zostały następnie bardziej rozwinięte i opracowane, a obecnie są częścią modeli ekologicznych, które są używane do wyjaśnienia związku między drapieżnikami i ich ofiarą, na przykład.

Obiekt studiowania biologii matematycznej

Biologia matematyczna to interdyscyplinarny obszar naukowy. Źródło: Konstantin Kolosov - Pixabay

Biologia matematyczna jest nauką, która wynika z integracji różnych narzędzi matematycznych z biologicznie, eksperymentalnymi lub nie, która ma na celu skorzystanie z „mocy” metod matematycznych, aby lepiej wyjaśniać świat żywych istot, ich komórki i jego cząsteczek.

Może ci podać: łańcuch pokarmowy: elementy, piramida troficzna i przykłady

Niezależnie od stopnia złożoności technologicznej, biologia matematyczna polega na „prostym” rozważeniu, że istnieje analogia między dwoma procesami, a mianowicie:

- Złożona struktura żywej istoty jest wynikiem zastosowania prostego „skopiowanego” i „cięcia i splicingu” lub „Spling”(Na przykład) do początkowej informacji zawartej w sekwencji DNA (kwas deoksyrybonukleinowy).

- Wynik F (Ω) zastosowanie funkcji obliczeniowej do układu W można uzyskać, stosując kombinację prostych podstawowych funkcji W.

Pole biologii matematycznej stosuje obszary matematyki, takie jak obliczenia, teorie prawdopodobieństwa, statystyka, algebra liniowa, geometria algebraiczna, topologia, równania różniczkowe, układy dynamiczne, teoria kombinatoryczna i kodowania.

Ostatnio dyscyplina ta została bardzo wykorzystana do analizy ilościowej różnych rodzajów danych, ponieważ nauki biologiczne poświęciły się dużym masom danych, z których informacje można wyodrębnić cenne.

W rzeczywistości wielu badaczy uważa, że ​​wielka eksplozja danych biologicznych „stworzyła” potrzebę opracowania nowych i bardziej złożonych modeli matematycznych do analizy, a także algorytmów obliczeniowych i znacznie bardziej złożonych metod statystycznych.

Aplikacje

Jedno z najważniejszych zastosowań biologii matematycznej ma związek z analizą sekwencji DNA, ale nauka ta jest również zaangażowana w modelowanie epidemii i w badaniu propagacji sygnałów nerwowych.

Został wykorzystany na przykład do badań procesów neurologicznych, takich jak choroba Parkinsona, Alzheimera i stwardnieniejska boczna amiotroficzna.

Może ci służyć: erythriczne: cechy, struktura, funkcje

Jest to bardzo przydatne do badania procesów ewolucyjnych (teorii) oraz do rozwoju modeli, które wyjaśniają związek żywych istot i ich środowiska, to znaczy dla podejść ekologicznych.

Modelowanie i symulacja różnych rodzajów nowotworów jest również dobrym przykładem wielu zastosowań, które ma dziś biologia matematyczna, szczególnie w odniesieniu do symulacji interakcji między populacjami komórkowymi.

Przykład analizy sekwencji DNA powszechnie stosowanych w genomice (źródło: RadTK172 [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/nabrzeże/4.0)] przez Wikimedia Commons)

Biomatematyka jest również bardzo zaawansowana w dziedzinie neuronauki obliczeniowej, w badaniach populacji oraz dynamiki filogenomicznej i genomowej ogólnie.

W tej ostatniej gałęzi genetyki miało to duże znaczenie, ponieważ jest to jeden z najwyższych obszarów wzrostu w ostatnich latach, ponieważ wskaźnik uzyskiwania danych jest wyjątkowo wysoki, co zasługuje na nowe i lepsze techniki przetwarzania i analizy.

Bibliografia

1. Andersson, s., Larsson, k., Larsson, m., & Jacob, m. (Eds.). (1999). Biomatematyka: Matematyka bioslatur i biodynamiki. Elsevier.
2. Elango, s. 1. (2015). Rola matematyki w biologii.
3. Friedman, a. (2010). Co to jest biologia matematyczna i jak przydatna jest. Zawiadomienia AMS, 57 (7), 851-857.
4. Hofmeyr, J. H. S. (2017). Matematyka i biologia. South African Journal of Science, 113 (3-4), 1-3.
5. Kari, L. (1997). Obliczanie DNA: przybycie matematyki biologicznej. Mathematical Intelligencer, 19 (2), 9-22.
6. Pacheco Castelao, J. M. (2000). Co to jest biologia matematyczna?
7. Reed, m. C. (2004). Dlaczego biologia Mathematico jest tak trudna? Zawiadomienia AMS, 51 (3), 338-342.
8. Ulam, s. M. (1972). Pomysły i perspektywy biomatematyki. Coroczny przegląd biofizyki i bioinżynierii, 1 (1), 277-292.