Matematična in teoretična biologija
Matematična in teoretična biologija ali biomatematika je veja biologije, ki uporablja teoretično analizo, matematične modele in abstrakcije živih organizmov za raziskovanje načel, ki urejajo strukturo, razvoj in obnašanje sistemov, v nasprotju z eksperimentalno biologijo, ki se ukvarja z izvajanje poskusov za preizkušanje znanstvenih teorij.[1] Področje se včasih imenuje matematična biologija ali biomatematika, da se poudari matematično plat, ali teoretična biologija, da se poudari biološko plat.[a] Teoretična biologija se bolj osredotoča na razvoj teoretičnih načel za biologijo, medtem ko se matematična biologija osredotoča na uporabo matematičnih orodij za preučevanje bioloških sistemov, čeprav se izraza včasih zamenjujeta.[3][4]
Matematična biologija je namenjena matematični predstavitvi in modeliranju bioloških procesov z uporabo tehnik in orodij uporabne matematike. Lahko se uporablja tako v teoretičnih kot praktičnih raziskavah. Kvantitativno opisovanje sistemov pomeni, da je njihovo vedenje mogoče bolje simulirati, zato je mogoče predvideti značilnosti, ki eksperimentatorju morda niso očitne. To zahteva točne matematične modele.
Zaradi kompleksnosti živih sistemov teoretična biologija uporablja več področij matematike in je prispevala k razvoju novih tehnik.[5]
Zgodovina
[uredi | uredi kodo]Zgodnja zgodovina
[uredi | uredi kodo]
Matematika se je v biologiji uporabljala že v 13. stoletju, ko je Leonardo Fibonacci uporabil znano Fibonaccijevo vrsto za opis naraščajoče populacije zajcev. V 18. stoletju je Daniel Bernoulli uporabil matematiko za opis učinka črnih koz na človeško populacijo. Esej Thomasa Malthusa iz leta 1789 o rasti človeške populacije je temeljil na konceptu eksponentne rasti. Pierre François Verhulst je oblikoval model logistične rasti leta 1836.
Fritz Müller je leta 1879 opisal evolucijske koristi tega, kar se danes imenuje Müllerjeva mimikrija, v pripovedi, ki je znana po tem, da je bila prva uporaba matematičnega argumenta v evolucijski ekologiji za prikaz, kako močan bi bil učinek naravne selekcije, razen če se vključi Malthusovo razpravo o učinki rasti prebivalstva, ki so vplivali na Charlesa Darwina: Malthus je trdil, da bo rast eksponentna (uporabljal je besedo »geometrična«), medtem ko lahko viri (nosilna zmogljivost okolja) rastejo samo aritmetično.[6]
Izraz »teoretična biologija« je kot naslov monografije prvič uporabil Johannes Reinke leta 1901 in kmalu zatem Jakob von Uexküll leta 1920. Za eno od temeljnih besedil velja delo O rasti in obliki (On Growth and Form, 1917) D'Arcyja Wentwortha Thompsona.[7] Za zgodnje pionirje veljajo: Ronald Aylmer Fisher, Hans Leo Przibram, Vito Volterra, Nicolas Rashevsky in Conrad Hal Waddington.[8]
Opombe
[uredi | uredi kodo]Sklici
[uredi | uredi kodo]- ↑ »What is mathematical biology«, www.bath.ac.uk (v angleščini), Center za matematično biologijo, Univerza v Bathu, arhivirano iz prvotnega spletišča dne 23. septembra 2018, pridobljeno 7. junija 2018
- ↑ Gordon, Richard, Careers in theoretical biology (v angleščini), arhivirano iz prvotnega spletišča dne 14. septembra 2019
- ↑ Longo; Soto (2016).
- ↑ Montévil idr. (2016).
- ↑ Robeva idr. (2010).
Viri
[uredi | uredi kodo]- Longo, Giuseppe; Soto, Ana M. (Oktober 2016), »Why do we need theories?« (PDF), Progress in Biophysics and Molecular Biology, (From the Century of the Genome to the Century of the Organism: New Theoretical Approaches), 122 (1): 4–10, doi:10.1016/j.pbiomolbio.2016.06.005, ISSN 0079-6107, PMC 5501401, PMID 27390105
- Montévil, Maël; Speroni, Lucia; Sonnenschein, Carlos; Soto, Ana M. (Oktober 2016), »Modeling mammary organogenesis from biological first principles: Cells and their physical constraints«, Progress in Biophysics and Molecular Biology, (From the Century of the Genome to the Century of the Organism: New Theoretical Approaches), 122 (1): 58–69, arXiv:1702.03337, doi:10.1016/j.pbiomolbio.2016.08.004, ISSN 0079-6107, PMC 5563449, PMID 27544910
- Robeva, Raina; Davies, Robin; Hodge, Terrell; Enyedi, Alexander (jesen 2010), »Mathematical biology modules based on modern molecular biology and modern discrete mathematics«, CBE: Life Sciences Education, Ameriško društvo za celično biologijo, 9 (3): 227–40, doi:10.1187/cbe.10-03-0019, ISSN 1931-7913, PMC 2931670, PMID 20810955
Zunanje povezave
[uredi | uredi kodo]
Predstavnosti o temi matematična in teoretična biologija v Wikimedijini zbirki- Društvo za matematično biologijo (angleško)
- Zbirka biostatistične raziskovalnega arhiva (angleško)
