Ang matematika ay ang wika ng agham. Nagmumula ito sa lahat ng dako mula sa pisika hanggang sa engineering at kimika - na tumutulong sa amin na maunawaan ang mga pinagmulan ng sansinukob at pagtatayo ng mga tulay na hindi mahulog sa hangin. Marahil mas kaunti pang nakakagulat, ang matematika ay lalong mahalaga sa biology.

Para sa daan-daang taong matematika ay ginamit, sa mahusay na epekto, upang mag-modelo ng relatibong simpleng pisikal na mga sistema. Newton's pangkalahatang batas ng grabitasyon ay isang mabuting halimbawa. Ang mga relatibong simpleng obserbasyon ay humantong sa isang panuntunan na, na may mahusay na kawastuhan, ay naglalarawan ng paggalaw ng mga celestial body na bilyun-bilyong kilometro ang layo. Ayon sa kaugalian, ang biology ay itinuturing na sobrang kumplikado upang isumite sa gayong matematikal na paggamot.

Ang mga biological system ay kadalasang inuri bilang "kumplikado". Ang pagiging kumplikado sa ganitong pang-unawa ay nangangahulugan na, dahil sa kumplikadong pakikipag-ugnayan ng maraming mga sub-component, ang mga biological system ay maaaring magpakita kung ano ang tinatawag naming lumilitaw na pag-uugali - ang sistema bilang isang kabuuan ay nagpapakita ng mga pag-aari kung saan ang mga indibidwal na bahagi na kumikilos ay nag-iisa ay hindi. Madalas na nagkakamali ang biocomplexity na ito vitalism, ang maling kuru-kuro na ang mga biological na proseso ay nakasalalay sa isang puwersa o prinsipyo na naiiba mula sa mga batas ng pisika at kimika. Dahil dito, ipinagpalagay na ang kumplikadong mga sistemang biolohikal ay hindi katanggap-tanggap sa paggamot sa matematika.

Mayroong ilang mga maagang pagsalansang. Sikat na siyentipiko ng computer at World War II code-breaker Alan Turing ay isa sa mga unang na iminumungkahi na biological phenomena ay maaaring aral at maunawaan mathematically. Sa 1952 nagpanukala siya ng isang pares ng magandang matematiko equation na nagbibigay ng paliwanag kung paano maaaring bumuo ng mga pattern ng pigmentation sa mga coats ng hayop.

Hindi lamang ang kanyang trabaho maganda, ito ay din counter-intuitive - ang uri ng trabaho na lamang ng isang makinang na isip tulad ng Turing ay maaaring kailanman pinangarap up. Kahit na higit pa sa isang awa, at pagkatapos, na siya ay kaya mahina ginagamot sa ilalim ng draconian anti-homosexuality batas ng oras. Matapos ang isang kurso ng "pagwawasto" hormone paggamot, siya pinatay ang kanyang sarili lamang ng dalawang taon mamaya.

Isang umuusbong na larangan

Simula noon, ang larangan ng matematika na biology ay sumabog. Sa nakalipas na mga taon, ang mas detalyadong mga pamamaraan sa pag-eksperimento ay humantong sa isang malaking pag-agos sa biological na data na magagamit sa mga siyentipiko. Ang data na ito ay ginagamit upang makabuo ng mga pagpapalagay tungkol sa pagiging kumplikado ng dati abstruse biological system. Upang masubukan ang mga hypotheses na ito, dapat itong isulat sa anyo ng isang modelo na maaaring interogado upang matukoy kung tama itong ginagaya ang mga biological na obserbasyon. Ang matematika ay ang natural na wika kung saan gawin ito.

Bilang karagdagan, ang pagdating ng, at kasunod na pagtaas, ang kakayahan sa computational sa nakalipas na mga taon ng 60 ay nagpapagana sa amin na imungkahi at pagkatapos ay tanungin ang kumplikadong mga modelo ng matematika ng mga biological system. Ang pagkaunawa na ang mga biological system ay maaaring tratuhin nang mathematically, kasama ang kakayahang kumompyuter na magtatayo at mag-imbestiga ng mga detalyadong biological model, ay humantong sa madagdagang pagtaas sa katanyagan ng biological mathematical.

Ang mga matematika ay naging isang mahahalagang armas sa pang-agrikultura armory na mayroon kami upang harapin ang ilan sa mga pinaka-pressing mga tanong sa medical, biological at ecological science sa 21st siglo. Sa pamamagitan ng naglalarawan ng mga sistemang biological mathematically at pagkatapos gamit ang mga nagresultang mga modelo, makakakuha tayo ng mga pananaw na imposibleng ma-access kahit ang mga eksperimento at pang-iisang pangangatwiran nag-iisa. Ang mathematical biology ay hindi kapani-paniwalang mahalaga kung gusto nating baguhin ang biology mula sa isang naglalarawan sa isang predictive science - nagbibigay sa atin ng kapangyarihan, halimbawa, upang maiwasan ang mga pandemic o baguhin ang mga epekto ng mga nakamamatay na sakit.

Isang bagong sandata

Sa nakalipas na mga taon ng 50, halimbawa, ang mga matematiko ng mga biologist ay nagtayo ng mas kumplikadong pagkalkula ng computational ng pisyolohiya sa puso. Ngayon, ang mga sobrang sopistikadong mga modelo na ito ay ginagamit sa pagtatangkang mas maunawaan ang kumplikadong paggana ng puso ng tao. Hinahayaan kami ng mga simula ng computer na pag-andar ng puso na gumawa ng mga hula tungkol sa kung paano nakikipag-ugnayan ang puso sa mga kandidato ng kandidato, na idinisenyo upang mapabuti ang pag-andar nito, nang hindi kinakailangang magsagawa ng mga mahal at potensyal na mapanganib na mga klinikal na pagsubok.

Ginagamit namin ang matematikal na biology upang pag-aralan ang sakit pati na rin. Sa isang indibidwal na antas, natuklasan ng mga mananaliksik ang mga mekanismo kung saan ang mga immune system ay nakikipaglaban sa mga virus matematika immunology at nagmungkahi ng mga potensyal na interbensyon para sa pag-tipping ng mga antas sa aming pabor. Sa isang mas malawak na antas, ang mga matematiko ng mga biologist ay may iminungkahing mga mekanismo na maaaring magamit upang kontrolin ang pagkalat nakamamatay na mga epidemya tulad ng Ebola, at upang matiyak na ang limitadong mga mapagkukunan na nakatuon sa layuning ito ay nagtatrabaho sa pinaka mahusay na posibleng paraan.

Kahit na ginagamit ang matematika na biology upang ipaalam ang patakaran. May pananaliksik na ginawa sa mga pangisdaan halimbawa, gamit ang matematika pagmomolde upang itakda makatotohanang quotas upang matiyak namin huwag labagin ang aming mga dagat at pinoprotektahan namin ang ilan sa aming pinakamahalagang uri.

Ang mas mataas na pag-unawa na nakuha sa pamamagitan ng pagkuha ng isang matematikal na diskarte ay maaaring humantong sa mas mahusay na pag-unawa ng biology sa isang hanay ng mga iba't ibang mga antas. Sa ang Center para sa Mathematical Biology sa Bath, halimbawa, pag-aralan namin ang isang bilang ng mga pagpindot sa biological na mga problema. Sa isang dulo ng spectrum, sinusubukan naming bumuo ng mga diskarte para sa pag-iwas sa nakapipinsalang epekto ng mga salot na balang na binubuo ng hanggang isang bilyong indibidwal. Sa kabilang dulo, sinisikap naming ipaliwanag ang mga mekanismo na nagbigay ng tama pagbuo ng embryo.

Bagaman ang tradisyunal na matematiko ay tradisyunal na naging domain ng mga mathematicians, malinaw na ang mga mathematician na nag-uri-uri bilang dalisay ay may papel na ginagampanan sa rebolusyong biolohiya ng matematika. Ang dalisay na disiplina ng topology ay ginagamit upang maunawaan ang masakit na problema ng DNA packing at ang algebraic geometry ay ginagamit upang piliin ang pinaka-angkop na modelo ng biochemical network ng pakikipag-ugnayan.

Tulad ng patuloy na pagtaas ng profile ng matematika ng biology, umuusbong at itinatag ang mga siyentipiko mula sa disiplina sa kabuuan ng pang-agham na spectrum ay iguguhit upang harapin ang mayaman na hanay ng mga mahalagang at nobelang problema na biology ay upang mag-alok.

Ang rebolusyonaryong ideya ni Turing, bagaman hindi lubos na pinahahalagahan sa kanyang panahon, ay nagpakita na hindi na kailangang mag-apela sa vitalism - ang diyos sa makina - upang maunawaan ang mga biological na proseso. Ang mga batas na kimikal at pisikal na naka-encode sa matematika, o "biolohikal na matematika" bilang tawag natin ngayon, ay maaaring magawa lamang.

Tungkol sa Ang May-akda

Christian Yates, Lecturer sa Mathematical Biology, University ng Bath

Ang artikulong ito ay orihinal na na-publish sa Ang pag-uusap. Basahin ang ang orihinal na artikulo.

Mga Kaugnay na Libro:

at InnerSelf Market at Amazon