BIOLOGY MATEMATIKA: KASAYSAYAN, BAGAY NG PAG-AARAL, APLIKASYON - BIOLOGY - 2025

Ang matematika na biology o biomathematics ay isang sangay ng agham na responsable para sa pagbuo ng mga numerong modelo na gayahin ang iba't ibang nakakakuha ng mga likas na phenomena na may kaugnayan sa mga nabubuhay na nilalang; iyon ay, nagsasangkot ito ng paggamit ng mga tool sa matematika upang pag-aralan ang natural o biological system.

Tulad ng maiintindihan mula sa pangalan nito, ang biomathematics ay isang interdisiplinaryong lugar, na matatagpuan sa intersection ng kaalaman sa pagitan ng biology at matematika. Ang isang simpleng halimbawa ng disiplina na ito ay maaaring isama ang pag-unlad ng mga istatistikong pamamaraan upang malutas ang mga problema sa lugar ng genetika o epidemiology, upang pangalanan ang iilan.

Ang batas ni Lotka-Volterra para sa ugnayan sa pagitan ng mga maninila at biktima (Pinagmulan: Curtis Newton ↯ 10:55, 20. Abril. (CEST). Ang orihinal na uploader ay si Lämpel sa German Wikipedia. Via Wikimedia Commons)

Sa lugar na ito ng kaalaman, normal para sa mga resulta ng matematika na lumabas mula sa mga problemang biological o gagamitin upang malutas ang mga ito, gayunpaman, ang ilang mga mananaliksik ay nagtagumpay upang malutas ang mga problemang pang-matematika batay sa pagmamasid sa mga biological phenomena, kaya hindi ito isang unidirectional na relasyon sa pagitan ng parehong larangan ng agham.

Mula sa itaas masisiguro na ang isang problemang pang-matematika ay ang layunin kung saan ginagamit ang mga biological tool at vice versa; na ang isang biological na problema ay ang layunin kung saan ginagamit ang maraming iba't ibang mga tool sa matematika.

Ngayon, ang larangan ng matematika biology ay mabilis na lumalaki at itinuturing na isa sa mga pinaka-moderno at kapana-panabik na mga aplikasyon ng matematika. Ito ay lubhang kapaki-pakinabang hindi lamang sa biology, ngunit sa biomedical science at sa larangan ng biotechnology.

Kasaysayan ng biomathematics

Ang matematika at biology ay dalawang agham na may isang pagdami ng mga aplikasyon. Ang matematika ay marahil kasing edad ng kulturang Kanluranin, ang pinagmulan nito ay bumalik nang maraming taon bago si Cristo, at ang pagiging kapaki-pakinabang nito ay mula nang ipinakita para sa isang malaking bilang ng mga aplikasyon.

Ang biology bilang isang agham, gayunpaman, ay mas bago, dahil ang konsepto nito ay hindi nangyari hanggang sa simula ng ika-19 na siglo salamat sa interbensyon ni Lamarck, noong 1800.

Ang ugnayan ng kaalaman sa matematika at biyolohikal ay malapit na mula pa sa pinakaunang mga panahon ng sibilisasyon, dahil ang pag-areglo ng mga mamamayang naganap ay salamat sa pagtuklas na ang kalikasan ay maaaring sistematikong sinasamantala, na kinakailangang kasangkot ang mga unang paniwala matematika at biological.

Sa pagsisimula nito, ang mga biological science ay itinuturing na "artisan", dahil pangunahing tinukoy nila ang mga tanyag na aktibidad tulad ng agrikultura o hayop; Samantala, natuklasan ng matematika ang abstraction at medyo malayong agarang aplikasyon.

Ang pagkakaugnay sa pagitan ng biyolohiya at matematika ay lumipas, marahil, hanggang sa ika-15 at ika-16 na siglo, kasama ang pagdating ng pisyolohiya, na isang agham na pinagsama ang kaalaman, pag-uuri, pag-order at pag-ayos nito, na ginagamit ang mga tool sa matematika kung kinakailangan.

Thomas Malthus

Ito ay si Thomas Malthus, isang ekonomista na kontemporaryo kasama si Lamarck, na nagtakda ng pasiya para sa simula ng matematika na biyolohiya, dahil siya ang unang nag-post ng isang modelo ng matematika upang ipaliwanag ang dinamikong populasyon bilang isang function ng likas na yaman.

Ang mga pamamaraan ni Malthus ay kalaunan ay muling binuo at detalyado, at ngayon sila ay bahagi ng pundasyon ng mga modelo ng ekolohiya na ginagamit upang maipaliwanag ang kaugnayan sa pagitan ng mga mandaragit at kanilang biktima, halimbawa.

Bagay ng pag-aaral ng matematika biology

Ang matematika na biyolohiya ay isang lugar na pang-agham sa pagitan ng disiplina. Pinagmulan: Konstantin Kolosov - Pixabay

Ang matematika biology ay isang agham na nagreresulta mula sa pagsasama ng iba't ibang mga tool sa matematika na may biological data, eksperimentong o hindi, na naglalayong samantalahin ang "kapangyarihan" ng mga pamamaraan sa matematika upang mas mahusay na maipaliwanag ang mundo ng mga nilalang na buhay, ang kanilang mga cell at ng mga molekula nito.

Anuman ang antas ng pagiging kumplikado ng teknolohikal na kasangkot, ang matematika na biology ay binubuo ng "simple" na pagsasaalang-alang na mayroong pagkakatulad sa pagitan ng dalawang proseso, lalo na:

- Ang kumplikadong istraktura ng isang buhay na tao ay ang resulta ng aplikasyon ng mga simpleng operasyon ng "pagkopya" at "pagputol at pag-splice" o "splicing" (halimbawa) sa isang paunang impormasyon na nilalaman sa isang pagkakasunud-sunod ng DNA (deoxyribonucleic acid ).

- Ang resulta f (ω) ng pag-apply ng isang computable function sa isang array w ay maaaring makuha sa pamamagitan ng paglalapat ng isang kumbinasyon ng mga simpleng pangunahing pag-andar w.

Ang larangan ng biology sa matematika ay nalalapat sa mga lugar ng matematika tulad ng calculus, probabilidad na teorya, istatistika, linear algebra, algebraic geometry, topology, kaugalian equation, dynamical system, combinatorics, at coding theory.

Kamakailan lamang ang disiplina na ito ay malawak na sinamantala para sa dami ng pagsusuri ng iba't ibang uri ng data, dahil ang mga biological science ay nakatuon sa paggawa ng malalaking masa ng data kung saan maaaring makuha ang mahalagang impormasyon.

Sa katunayan, itinuturing ng maraming mananaliksik na ang mahusay na pagsabog ng biological data na "nilikha" ang pangangailangan upang makabuo ng bago at mas kumplikadong mga modelo ng matematika para sa kanilang pagsusuri, pati na rin ang mas kumplikadong mga computational algorithm at statistic na pamamaraan.

Aplikasyon

Ang isa sa mga pinaka makabuluhang aplikasyon ng matematika biology ay may kinalaman sa pagsusuri ng mga pagkakasunud-sunod ng DNA, ngunit ang agham na ito ay kasangkot din sa pagmomolde ng mga epidemya at sa pag-aaral ng pagpapalaganap ng mga signal ng nerve.

Ginamit ito upang pag-aralan ang mga proseso ng neurological tulad ng sakit na Parkinson, Alzheimer disease at amyotrophic lateral sclerosis, halimbawa.

Ito ay lubos na kapaki-pakinabang para sa pag-aaral ng mga proseso ng ebolusyon (theorizations) at para sa pagbuo ng mga modelo na nagpapaliwanag sa ugnayan ng mga buhay na nilalang sa bawat isa at sa kanilang kapaligiran, iyon ay, para sa mga pamamaraang ekolohiya.

Ang pagmomodelo at kunwa ng iba't ibang uri ng mga cancer ay isang mahusay na halimbawa ng maraming mga aplikasyon na mayroon ang matematika biology ngayon, lalo na tungkol sa simulation ng mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga populasyon ng cell.

Halimbawa ng pagsusuri ng mga pagkakasunud-sunod ng DNA na karaniwang ginagamit sa genomics (Pinagmulan: Radtk172 sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Ang biomathematics ay masyadong advanced sa lugar ng computational neuroscience, sa mga pag-aaral ng dinamika ng populasyon at ng phylogenomics at genomics sa pangkalahatan.

Sa huling sangay ng genetika na ito ay naging mahusay na kaugnayan, dahil ito ay isa sa mga lugar na may pinakamataas na paglaki sa mga nakaraang taon, dahil ang rate ng koleksyon ng data ay lubos na mataas, na nagkakahalaga ng bago at mas mahusay na mga pamamaraan para sa ang pagproseso at pagsusuri nito.

Mga Sanggunian

1. Andersson, S., Larsson, K., Larsson, M., & Jacob, M. (Eds.). (1999). Biomathematics: matematika ng biostructures at biodynamics. Elsevier.
2. Elango, P. (2015). Ang papel ng Matematika sa Biology.
3. Friedman, A. (2010). Ano ang matematika biology at kung gaano kapaki-pakinabang ito. Mga abiso ng AMS, 57 (7), 851-857.
4. Hofmeyr, JHS (2017). Matematika at biyolohiya. South Africa Journal of Science, 113 (3-4), 1-3.
5. Kari, L. (1997). Pag-compute ng DNA: pagdating ng biological matematika. Matematika na Intelligencer, 19 (2), 9-22.
6. Pacheco Castelao, JM (2000). Ano ang matematika biology?
7. Reed, MC (2004). Bakit napakahirap ng matematika na biology? Mga abiso ng AMS, 51 (3), 338-342.
8. Ulam, SM (1972). Ang ilang mga ideya at mga prospect sa biomathematics. Taunang pagsusuri ng biophysics at bioengineering, 1 (1), 277-292.