Matematisk biologihistoria, studieobjekt, tillämpningar

De Matematisk biologi eller biomatematik är en gren av vetenskapen som ansvarar för utvecklingen av numeriska modeller som lyckas simulera olika naturfenomen relaterade till levande varelser; Det vill säga, det innebär användning av matematiska verktyg för att studera naturliga eller biologiska system.

Som man kan förstås i dess namn är biomatematik ett tvärvetenskapligt område, som är i korsningen mellan kunskap mellan biologi och matematik. Ett enkelt exempel på denna disciplin kan inkludera utvecklingen av statistiska metoder för att lösa problem inom området genetik eller epidemiologi, för att namnge vissa.

Lotka-Volterra-lagen för förhållandet mellan rovdjur och dammar (Källa: Curtis Newton ↯ 10:55, 20. April. 2010 (CEST).Den ursprungliga uppladdaren var Lämpel på German Wikipedia. [CC BY-SA 3.0 (http: // Creativecommons.Org/licenser/BY-SA/3.0/)] via Wikimedia Commons)

Inom detta kunskapsområde är det normalt att matematiska resultat uppstår genom biologiska problem eller används för att lösa dem, men vissa forskare har lyckats lösa matematiska problem baserat på observation av biologiska fenomen, så det är inte ett enkelriktat samband mellan båda vetenskapsområden.

Från ovanstående kan det säkerställas att ett matematiskt problem är slutet för vilket biologiska verktyg och vice versa används; att ett biologiskt problem är slutet för vilket de mycket varierande matematiska verktygen används.

För närvarande växer området för matematisk biologi med accelererade steg och anses vara en av de mest moderna och spännande tillämpningarna av matematik. Det är mycket användbart inte bara inom biologi, utan inom biomedicinska vetenskaper och inom bioteknikområdet.

[TOC]

Biomatematikhistoria

Matematik och biologi är två vetenskaper med mångfald av tillämpningar. Matematik är kanske lika gammal som västerländsk kultur, dess ursprung går tillbaka många år innan Kristus och dess användbarhet har visats sedan dess för ett stort antal tillämpningar.

Kan tjäna dig: oxidastest: grund, procedur och användningar

Biologi som vetenskap är emellertid mycket nyare, eftersom dess konceptualisering inte inträffade förrän början av 1800 -talet tack vare Lamarcks ingripande för 1800 -talet.

Förhållandet mellan matematisk och biologisk kunskap är smalt sedan de tidiga stadierna av civilisationer, eftersom bosättningen av nomadiska folk ägde rum tack vare upptäckten att naturen systematiskt kunde utnyttjas, vilket måste ha obligatoriskt de första föreställningarna matematik och biologiska.

I sina principer ansågs biologiska vetenskaper som "hantverk", eftersom de huvudsakligen hänvisade till populära aktiviteter som jordbruk eller boskap; Samtidigt upptäckte matematiken abstraktion och hade några något avlägsna tillämpningar.

Sammanflödet mellan biologi och matematik går tillbaka till femtonde och sextonde århundradet, med tillkomsten av fysiologi, som är en vetenskap som grupperar kunskap, klassificerar dem, beställer dem och systematiserar dem att använda matematiska verktyg vid behov.

Thomas Malthus

Det var Thomas Malthus, en samtida ekonom med Lamarck, som lade prejudikatet för början av matematisk biologi, eftersom han var den första som postulerade en matematisk modell för att förklara befolkningsdynamiken baserad på naturresurser.

Malthus tillvägagångssätt utvecklades därefter mer och utarbetade, och numera är en del av grunden för ekologiska modeller som används för att förklara förhållandet mellan rovdjur och deras byte, till exempel.

Studieobjektet av matematisk biologi

Matematisk biologi är ett tvärvetenskapligt vetenskapligt område. Källa: Konstantin Kolosov - Pixabay

Matematisk biologi är en vetenskap som är resultatet av integrationen av olika matematiska verktyg med biologiska, experimentella eller inte, som försöker dra nytta av "kraften" i matematiska metoder för att bättre förklara levande varelser, deras celler och dess molekyler.

Det kan tjäna dig: livsmedelskedja: element, trofisk pyramid och exempel

Oavsett graden av teknisk komplexitet involverad, består matematisk biologi av den "enkla" överväganden att det finns en analogi mellan två processer, nämligen:

- Den komplexa strukturen i ett levande varelse är resultatet av tillämpningen av enkel "kopierad" och "klippning och skarvning" eller "Skarv”(Till exempel) till initial information som finns i en DNA -sekvens (deoxyribonukleinsyra) sekvens.

- Resultatet F (Ω) för tillämpningen av en beräkningsbar funktion på ett arrangemang W kan erhållas genom att tillämpa en kombination av enkla grundläggande funktioner på W.

Området för matematisk biologi tillämpar matematikområden som beräkning, sannolikhetsteorier, statistik, linjär algebra, algebraisk geometri, topologi, differentiella ekvationer, dynamiska system, kombinatoriska och kodningsteori.

Nyligen har denna disciplin utnyttjats mycket för den kvantitativa analysen av olika typer av data, eftersom biologiska vetenskaper har ägnat sig åt stora datamassor från vilka information kan extraheras värdefull.

Faktum är att många forskare anser att den stora explosionen av biologiska data "skapade" behovet av att utveckla nya och mer komplexa matematiska modeller för analys, liksom beräkningsalgoritmer och betydligt mer komplexa statistiska metoder.

Ansökningar

En av de viktigaste tillämpningarna av matematisk biologi har att göra med analysen av DNA -sekvenser, men denna vetenskap är också involverad i modellering av epidemier och i studien av förökningen av nervsignaler.

Det har använts för att studera neurologiska processer som Parkinsons sjukdom, Alzheimers och amyotrofisk lateral skleros, till exempel.

Kan tjäna dig: Erythrous: Egenskaper, struktur, funktioner

Det är mycket användbart för att studera evolutionära processer (teoriseringar) och för utvecklingen av modeller som förklarar förhållandet mellan levande varelser med varandra och deras miljö, det vill säga för ekologiska tillvägagångssätt.

Modellering och simulering av olika typer av cancer är också ett bra exempel på de flera applikationer som matematisk biologi har idag, särskilt när det gäller simuleringen av interaktioner mellan cellulära populationer.

Exempel på analysen av DNA-sekvenserna som vanligtvis används i genomiken (källa: RADTK172 [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/4.0)] via Wikimedia Commons)

Biomatematik är också mycket avancerad inom området beräkningsneurovetenskap, i studier av befolkning och fylogenomisk och genomisk dynamik i allmänhet.

I den sista grenen av genetik har den varit av stor relevans, eftersom det är ett av de högsta tillväxtområdena under de senaste åren, eftersom hastigheten för data som erhålls är extremt hög, vilket förtjänar nya och bättre tekniker för dess bearbetning och analys.

Referenser

1. Andersson, s., Larsson, K., Larsson, M., & Jacob, m. (Eds.). (1999). Biomatematik: Matematik för bioslaturer och biodynamik. Annars.
2. Elango, s. (2015). Matematikens roll i biologi.
3. Friedman, a. (2010). Vad är matematisk biologi och hur användbart är det. AMS: s meddelanden, 57 (7), 851-857.
4. Hofmeyr, J. H. S. (2017). Matematik och biologi. South African Journal of Science, 113 (3-4), 1-3.
5. Kari, L. (1997). DNA Computing: Ankomst av biologisk matematik. Mathematical Intelligencer, 19 (2), 9-22.
6. Pacheco Castelao, J. M. (2000). Vad är matematisk biologi?
7. Reed, m. C. (2004). Varför är Mathematico Biology så svårt? AMS: s meddelanden, 51 (3), 338-342.
8. Ulam, s. M. (1972). Underidéer och framtidsutsikter inom biomatematik. Årlig översyn av biofysik och bioingenjör, 1 (1), 277-292.