Mathematische Biologiegeschichte, Studienobjekt, Anwendungen

Der Mathematische Biologie oder Biomathematik ist ein Wissenschaftszweig, der für die Entwicklung numerischer Modelle verantwortlich ist, die es schaffen, verschiedene natürliche Phänomene im Zusammenhang mit Lebewesen zu simulieren. Das heißt, es impliziert die Verwendung mathematischer Instrumente zur Untersuchung natürlicher oder biologischer Systeme.

Wie in seinem Namen verstanden werden kann, ist die Biomathematik ein interdisziplinäres Gebiet, das sich an der Schnittstelle zwischen Biologie und Mathematik befindet. Ein einfaches Beispiel für diese Disziplin könnte die Entwicklung statistischer Methoden zur Lösung von Problemen im Bereich Genetik oder Epidemiologie umfassen, um einige zu nennen.

Lotka-Volterra-Gesetz für die Beziehung zwischen Raubtieren und Dämmen (Quelle: Curtis Newton ↯ 10:55, 20. Apr. 2010 (CEST).Der ursprüngliche Uploader war Lämpel in der deutschen Wikipedia. [CC BY-SA 3.0 (http: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/3.0/)] über Wikimedia Commons)

In diesem Wissensbereich ist es normal, dass mathematische Ergebnisse aus biologischen Problemen entstehen oder zur Lösung verwendet werden. Einige Forscher haben es jedoch geschafft, mathematische Probleme auf der Grundlage der Beobachtung biologischer Phänomene zu lösen, daher ist es keine unidirektionale Beziehung zwischen beide Wissenschaftsfelder.

Aus diesem Grund ist sicherzustellen, dass ein mathematisches Problem das Ende ist, für das biologische Werkzeuge und umgekehrt verwendet werden. dass ein biologisches Problem das Ende ist, für das die sehr unterschiedlichen mathematischen Werkzeuge verwendet werden.

Derzeit wächst das Gebiet der mathematischen Biologie um beschleunigte Schritte und gilt als eine der modernsten und aufregendsten Anwendungen der Mathematik. Es ist nicht nur in der Biologie, sondern auch in biomedizinischen Wissenschaften und im Bereich der Biotechnologie sehr nützlich.

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Biomathematikgeschichte

Mathematik und Biologie sind zwei Wissenschaften mit einer Vielzahl von Anwendungen. Die Mathematik ist vielleicht so alt wie die westliche Kultur, ihr Ursprung stammt viele Jahre vor Christus und seine Nützlichkeit wurde seitdem für eine große Anzahl von Anwendungen demonstriert.

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Biologie als Wissenschaft ist jedoch viel neuer, da ihre Konzeptualisierung dank der Intervention von Lamarck für die 19. Jahrhundert erst Anfang des 19. Jahrhunderts geschehen ist.

Das Verhältnis des mathematischen und biologischen Wissens ist seit den frühen Stadien der Zivilisationen eng, da die Besiedlung von Nomadenvölkern dank der Entdeckung stattfand, dass die Natur systematisch ausgenutzt werden könnte, die die ersten Begriffe Mathematik und biologische Vorstellungen haben müssen.

In ihren Prinzipien wurden die biologischen Wissenschaften als "Handwerk" angesehen, da sie sich hauptsächlich auf Volksaktivitäten wie Landwirtschaft oder Vieh zu beziehen. In der Zwischenzeit entdeckte die Mathematik eine Abstraktion und hatte einige etwas entfernte Anwendungen.

Der Zusammenfluss zwischen Biologie und Mathematik stammt aus dem 15. und 16. Jahrhundert mit dem Aufkommen der Physiologie, die eine Wissenschaft ist, die Wissen gruppiert, sie klassifiziert, sie ordnet und sie systematisieren, wenn sie mathematische Tools nutzen, wenn dies erforderlich ist.

Thomas Malthus

Es war Thomas Malthus, ein zeitgenössischer Ökonom bei Lamarck, der den Präzedenzfall für den Beginn der mathematischen Biologie legte, da er als erster ein mathematisches Modell postulierte.

Malthus 'Ansätze waren anschließend weiter entwickelt und ausgearbeitet, und heutzutage sind sie Teil der Grundlage der ökologischen Modelle, die zur Erklärung der Beziehung zwischen Raubtieren und ihrer Beute verwendet werden.

Objekt des Studiums der mathematischen Biologie

Die mathematische Biologie ist ein interdisziplinärer wissenschaftlicher Bereich. Quelle: Konstantin Kolosov - Pixabay

Mathematische Biologie ist eine Wissenschaft, die sich aus der Integration verschiedener mathematischer Instrumente mit biologischer, experimenteller oder nicht resultierender Integration ergibt, die die "Kraft" mathematischer Methoden nutzen sollen, um die Welt der Lebewesen, ihrer Zellen und ihrer Moleküle besser zu erklären.

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Unabhängig von dem Grad der technologischen Komplexität besteht die mathematische Biologie aus der "einfachen" Überlegung, dass es eine Analogie zwischen zwei Prozessen gibt, nämlich:

- Die komplexe Struktur eines Lebewesens ist das Ergebnis der Anwendung einfacher „kopiert“ und „Schneiden und Spleißen“ oder "Spleißen”(Zum Beispiel) zu anfänglichen Informationen, die in einer DNA -Sequenz (Desoxyribonukleinsäure) enthalten sind.

- Das Ergebnis F (Ω) der Anwendung einer berechnbaren Funktion auf eine Anordnung W kann erhalten werden, indem eine Kombination aus einfachen grundlegenden Funktionen auf angewendet wird W.

Das Gebiet der mathematischen Biologie wendet Bereiche der Mathematik wie Berechnung, Wahrscheinlichkeitstheorien, Statistiken, lineare Algebra, algebraische Geometrie, Topologie, Differentialgleichungen, dynamische Systeme, kombinatorische und kodierende Theorie an.

In jüngster Zeit wurde diese Disziplin für die quantitative Analyse verschiedener Datenarten sehr genutzt, da sich die biologischen Wissenschaften großen Datenmassen gewidmet haben, aus denen Informationen wertvoll extrahiert werden können.

In der Tat sind viele Forscher der Ansicht, dass die große Explosion biologischer Daten die Notwendigkeit erzeugt hat, neue und komplexere mathematische Modelle für die Analyse sowie Rechenalgorithmen und wesentlich komplexere statistische Methoden zu entwickeln.

Anwendungen

Eine der wichtigsten Anwendungen der mathematischen Biologie hat mit der Analyse von DNA -Sequenzen zu tun, aber diese Wissenschaft ist auch an der Modellierung von Epidemien und an der Untersuchung der Verbreitung von Nervensignalen beteiligt.

Es wurde für die Untersuchung neurologischer Prozesse wie Parkinson -Krankheit, Alzheimer und amyotropher lateraler Sklerose verwendet.

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Es ist sehr nützlich für die Untersuchung von Evolutionsprozessen (Theorisierungen) und für die Entwicklung von Modellen, die das Verhältnis von Lebewesen zueinander und ihrer Umgebung erklären, dh für ökologische Ansätze.

Die Modellierung und Simulation verschiedener Krebsarten ist auch ein gutes Beispiel für die mehrfachen Anwendungen, die die mathematische Biologie heute hat, insbesondere in Bezug auf die Simulation von Wechselwirkungen zwischen zellulären Populationen.

Beispiel für die Analyse der in der Genomik häufig verwendeten DNA-Sequenzen (Quelle: RADTK172 [CC BY-SA 4.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/4.0)] über Wikimedia Commons)

Die Biomathematik ist auch im Bereich der rechnerischen Neurowissenschaften in Untersuchungen der Population sowie der phylogenomischen und genomischen Dynamik im Allgemeinen sehr fortgeschritten.

In diesem letzten Genetikzweig war es von großer Relevanz, da es eines der höchsten Wachstumsbereiche in den letzten Jahren ist, da die Datenrate extrem hoch ist, was neue und bessere Techniken für seine Verarbeitung und Analyse verdient.

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