História da Biologia Matemática, Objeto de Estudo, Aplicações

O Biologia Matemática ou a biomatemática é um ramo da ciência responsável pelo desenvolvimento de modelos numéricos que conseguem simular diferentes fenômenos naturais relacionados aos seres vivos; isto é, implica o uso de ferramentas matemáticas para estudar sistemas naturais ou biológicos.

Como pode ser entendido em seu nome, a biomatemática é uma área interdisciplinar, que está na interseção do conhecimento entre biologia e matemática. Um exemplo simples dessa disciplina pode incluir o desenvolvimento de métodos estatísticos para resolver problemas na área de genética ou epidemiologia, para citar alguns.

Lei de Lotka-Volterra para a relação entre predadores e barragens (fonte: Curtis Newton ↯ 10:55, 20. Apr. 2010 (CEST).O uploader original era Lämpel na Wikipedia alemã. [CC BY-SA 3.0 (http: // criativecommons.Org/licenças/BY-SA/3.0/)] via Wikimedia Commons)

Nesta área do conhecimento, é normal que os resultados matemáticos surjam de problemas biológicos ou sejam usados ​​para resolvê -los; no entanto, alguns pesquisadores conseguiram resolver problemas matemáticos com base na observação de fenômenos biológicos, portanto não é uma relação unidirecional entre ambos os campos da ciência.

Do exposto, pode -se garantir que um problema matemático seja o fim para o qual as ferramentas biológicas e vice -versa são usadas; que um problema biológico é o fim para o qual as ferramentas matemáticas muito variadas são usadas.

Atualmente, o campo da biologia matemática cresce por etapas aceleradas e é considerada uma das aplicações mais modernas e emocionantes da matemática. É muito útil não apenas em biologia, mas em ciências biomédicas e no campo da biotecnologia.

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História da Biomatemática

Matemática e Biologia são duas ciências com multiplicidade de aplicações. A matemática é talvez tão antiga quanto a cultura ocidental, sua origem remonta muitos anos antes de Cristo e sua utilidade foi demonstrada desde então, para um grande número de aplicações.

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A biologia como ciência, no entanto, é muito mais recente, uma vez que sua conceitualização não aconteceu até o início do século XIX, graças à intervenção de Lamarck, na década de 1800.

A relação do conhecimento matemático e biológico é estreita desde os estágios iniciais das civilizações, uma vez que o assentamento de povos nômades ocorreu graças à descoberta de que a natureza poderia ser sistematicamente explorada, o que deve ter obrigatório as primeiras noções matemáticas e biológicas.

Em seus princípios, as ciências biológicas eram consideradas "artesanato", uma vez que se referiram principalmente a atividades populares, como agricultura ou gado; Enquanto isso, a matemática descobriu a abstração e teve algumas aplicações um pouco distantes.

A confluência entre biologia e matemática remonta aos séculos XV e XVI, com o advento da fisiologia, que é uma ciência que agrupa o conhecimento, classificando -os, ordenando -os e sistematizando -os usando ferramentas matemáticas quando necessário.

Thomas Malthus

Foi Thomas Malthus, um economista contemporâneo de Lamarck, que colocou o precedente para o início da biologia matemática, já que ele foi o primeiro a postular um modelo matemático para explicar a dinâmica populacional baseada em recursos naturais.

As abordagens de Malthus foram posteriormente mais desenvolvidas e elaboradas, e hoje em dia fazem parte da base de modelos ecológicos que são usados ​​para explicar a relação entre predadores e suas presas, por exemplo,.

Objeto de estudo da biologia matemática

A biologia matemática é uma área científica interdisciplinar. Fonte: Konstantin Kolosov - Pixabay

A biologia matemática é uma ciência que resulta da integração de diferentes ferramentas matemáticas com biológico, experimental ou não, que busca tirar proveito do "poder" dos métodos matemáticos para melhor explicar o mundo dos seres vivos, suas células e de suas moléculas.

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Independentemente do grau de complexidade tecnológica envolvida, a biologia matemática consiste na consideração "simples" de que existe uma analogia entre dois processos, a saber::

- A estrutura complexa de um ser vivo é o resultado da aplicação de simples “copiado” e “corte e splicing” ou "Splicing”(Por exemplo) para informações iniciais que estão contidas em uma sequência de DNA (ácido desoxirribonucleico).

- O resultado F (Ω) da aplicação de uma função computável em um arranjo C pode ser obtido aplicando uma combinação de funções básicas simples a C.

O campo da biologia matemática aplica áreas de matemática, como cálculo, teorias de probabilidade, estatística, álgebra linear, geometria algébrica, topologia, equações diferenciais, sistemas dinâmicos, teoria combinatória e de codificação.

Recentemente, essa disciplina foi muito explorada para a análise quantitativa de diferentes tipos de dados, pois as ciências biológicas se dedicaram a grandes massas de dados das quais as informações podem ser extraídas valiosas.

De fato, muitos pesquisadores consideram que a grande explosão de dados biológicos "criou" a necessidade de desenvolver modelos matemáticos novos e mais complexos para análise, bem como algoritmos computacionais e métodos estatísticos consideravelmente mais complexos.

Formulários

Uma das aplicações mais significativas da biologia matemática tem a ver com a análise das sequências de DNA, mas essa ciência também está envolvida na modelagem de epidemias e no estudo da propagação de sinais nervosos.

Foi usado para o estudo de processos neurológicos como a doença de Parkinson, a esclerose lateral de Alzheimer e amiotrófica, por exemplo, por exemplo.

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É muito útil para o estudo dos processos evolutivos (teorizações) e para o desenvolvimento de modelos que explicam a relação de seres vivos entre si e com seu ambiente, isto é, para abordagens ecológicas.

A modelagem e a simulação de diferentes tipos de câncer também é um bom exemplo das múltiplas aplicações que a biologia matemática tem hoje, especialmente no que diz respeito à simulação de interações entre populações celulares.

Exemplo da análise das seqüências de DNA comumente usadas na genômica (Fonte: RADTK172 [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/4.0)] via Wikimedia Commons)

A biomatemática também é muito avançada na área de neurociência computacional, em estudos de população e dinâmica filogenômica e genômica em geral.

Neste último ramo da genética, tem sido de grande relevância, pois é uma das áreas de crescimento mais altas nos últimos anos, uma vez que a taxa de obtenção de dados é extremamente alta, o que merece novas e melhores técnicas para seu processamento e análise.

Referências

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