- Histoire de la biomathématique
- Thomas Malthus
- Objet d'étude de la biologie mathématique
- Applications
- Références
La biologie mathématique ou biomathématique est une branche de la science qui est responsable du développement de modèles numériques qui simulent différents phénomènes naturels liés aux êtres vivants; c'est-à-dire qu'il implique l'utilisation d'outils mathématiques pour étudier les systèmes naturels ou biologiques.
Comme son nom l'indique, la biomathématique est un domaine interdisciplinaire, situé à l'intersection des connaissances entre la biologie et les mathématiques. Un exemple simple de cette discipline pourrait inclure le développement de méthodes statistiques pour résoudre des problèmes dans le domaine de la génétique ou de l'épidémiologie, pour n'en citer que quelques-uns.
Loi de Lotka-Volterra pour la relation entre les prédateurs et les proies (Source: Curtis Newton ↯ 10:55, 20 avril 2010 (CEST). L'éditeur original était Lämpel sur Wikipedia allemand. Via Wikimedia Commons)
Dans ce domaine de la connaissance, il est normal que les résultats mathématiques proviennent de problèmes biologiques ou soient utilisés pour les résoudre, cependant, certains chercheurs ont réussi à résoudre des problèmes mathématiques basés sur l'observation de phénomènes biologiques, il ne s'agit donc pas d'une relation unidirectionnelle. entre les deux domaines de la science.
À partir de ce qui précède, il peut être garanti qu'un problème mathématique est le but pour lequel les outils biologiques sont utilisés et vice versa; qu'un problème biologique est le but pour lequel les nombreux outils mathématiques différents sont utilisés.
Aujourd'hui, le domaine de la biologie mathématique se développe rapidement et est considéré comme l'une des applications les plus modernes et passionnantes des mathématiques. Il est très utile non seulement en biologie, mais en sciences biomédicales et dans le domaine de la biotechnologie.
Histoire de la biomathématique
Les mathématiques et la biologie sont deux sciences aux applications multiples. Les mathématiques sont peut-être aussi anciennes que la culture occidentale, son origine remonte à de nombreuses années avant Jésus-Christ, et son utilité a depuis été démontrée pour un grand nombre d'applications.
La biologie en tant que science est cependant beaucoup plus récente, puisque sa conceptualisation n'a eu lieu qu'au début du XIXe siècle grâce à l'intervention de Lamarck, dans les années 1800.
La relation entre les connaissances mathématiques et biologiques est étroite depuis les premiers temps des civilisations, puisque l'installation des peuples nomades a eu lieu grâce à la découverte que la nature pouvait être systématiquement exploitée, ce qui devait nécessairement avoir impliqué les premières notions. mathématique et biologique.
À ses débuts, les sciences biologiques étaient considérées comme «artisanales», puisqu'elles se référaient principalement à des activités populaires telles que l'agriculture ou l'élevage; pendant ce temps, les mathématiques ont découvert l'abstraction et ont eu des applications immédiates quelque peu lointaines.
La confluence entre la biologie et les mathématiques remonte, peut-être, aux XVe et XVIe siècles, avec l'avènement de la physiologie, qui est une science qui regroupe les connaissances, les classifie, les ordonne et les systématise, en utilisant des outils mathématiques lorsque cela est nécessaire.
Thomas Malthus
C'est Thomas Malthus, économiste contemporain de Lamarck, qui a créé le précédent pour le début de la biologie mathématique, car il a été le premier à postuler un modèle mathématique pour expliquer la dynamique des populations en fonction des ressources naturelles.
Les approches de Malthus ont ensuite été développées et élaborées plus tard, et aujourd'hui elles font partie de la fondation de modèles écologiques qui sont utilisés pour expliquer la relation entre les prédateurs et leurs proies, par exemple.
Objet d'étude de la biologie mathématique
La biologie mathématique est un domaine scientifique interdisciplinaire. Source: Konstantin Kolosov - Pixabay
La biologie mathématique est une science qui résulte de l'intégration de différents outils mathématiques avec des données biologiques, expérimentales ou non, qui cherche à profiter du «pouvoir» des méthodes mathématiques pour mieux expliquer le monde des êtres vivants, leurs cellules et de ses molécules.
Quel que soit le degré de complexité technologique impliqué, la biologie mathématique consiste en la considération «simple» qu'il existe une analogie entre deux processus, à savoir:
- La structure complexe d'un être vivant est le résultat de l'application d'opérations simples de «copie» et de «découpe et épissage» ou «épissage» (par exemple) à une information initiale contenue dans une séquence d'ADN (acide désoxyribonucléique).
- Le résultat f (ω) de l'application d'une fonction calculable à un tableau w peut être obtenu en appliquant une combinaison de fonctions de base simples w.
Le domaine de la biologie mathématique applique des domaines des mathématiques tels que le calcul, les théories des probabilités, les statistiques, l'algèbre linéaire, la géométrie algébrique, la topologie, les équations différentielles, les systèmes dynamiques, la combinatoire et la théorie du codage.
Récemment, cette discipline a été largement exploitée pour l'analyse quantitative de différents types de données, puisque les sciences biologiques se sont consacrées à la production de grandes masses de données à partir desquelles des informations précieuses peuvent être extraites.
En fait, de nombreux chercheurs considèrent que la grande explosion des données biologiques "a créé" le besoin de développer de nouveaux modèles mathématiques plus complexes pour leur analyse, ainsi que des algorithmes de calcul et des méthodes statistiques considérablement plus complexes.
Applications
L'une des applications les plus significatives de la biologie mathématique concerne l'analyse des séquences d'ADN, mais cette science est également impliquée dans la modélisation des épidémies et dans l'étude de la propagation des signaux nerveux.
Il a été utilisé pour étudier des processus neurologiques tels que la maladie de Parkinson, la maladie d'Alzheimer et la sclérose latérale amyotrophique, par exemple.
Il est extrêmement utile pour l'étude des processus évolutifs (théorisations) et pour le développement de modèles qui expliquent la relation des êtres vivants entre eux et avec leur environnement, c'est-à-dire pour des approches écologiques.
La modélisation et la simulation de différents types de cancers est également un bon exemple des nombreuses applications que la biologie mathématique a aujourd'hui, notamment en ce qui concerne la simulation des interactions entre populations cellulaires.
Exemple d'analyse de séquences d'ADN couramment utilisées en génomique (Source: Radtk172 via Wikimedia Commons)
La biomathématique est également très avancée dans le domaine des neurosciences computationnelles, dans les études de la dynamique des populations et de la phylogénomique et de la génomique en général.
Dans cette dernière branche de la génétique, il a été d'une grande pertinence, car c'est l'un des domaines avec la plus forte croissance ces dernières années, car le taux de collecte de données est extrêmement élevé, ce qui mérite de nouvelles et meilleures techniques pour son traitement et son analyse.
Références
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- Elango, P. (2015). Le rôle des mathématiques en biologie.
- Friedman, A. (2010). Qu'est-ce que la biologie mathématique et quelle est son utilité. Avis de l'AMS, 57 (7), 851-857.
- Hofmeyr, JHS (2017). Mathématiques et biologie. Journal sud-africain de la science, 113 (3-4), 1-3.
- Kari, L. (1997). Calcul ADN: arrivée des mathématiques biologiques. Intelligenceur mathématique, 19 (2), 9-22.
- Pacheco Castelao, JM (2000). Qu'est-ce que la biologie mathématique?
- Reed, MC (2004). Pourquoi la biologie mathématique est-elle si difficile? Avis de l'AMS, 51 (3), 338-342.
- Ulam, SM (1972). Quelques idées et perspectives en biomathématiques. Revue annuelle de la biophysique et de la bioingénierie, 1 (1), 277-292.