Является ли математика жизни и смерти нашим секретным оружием в борьбе с болезнью

Является ли математика жизни и смерти нашим секретным оружием в борьбе с болезнью

Математика - это язык науки. Он появляется повсюду от физики до техники и химии - помогает нам понять истоки Вселенной и строить мосты, которые не разрушатся на ветру. Возможно, еще более удивительно, что математика также становится все более неотъемлемой частью биологии.

В течение сотен лет математика использовала, к большому эффекту, моделирование относительно простых физических систем. Ньютона универсальный закон тяготения является прекрасным примером. Относительно простые наблюдения привели к правилу, которое с большой точностью описывает движение небесных тел в миллиардах миль. Традиционно биология считалась слишком сложной, чтобы подчиняться такому математическому лечению.

Биологические системы часто классифицируются как «сложные». Сложность в этом смысле означает, что из-за сложного взаимодействия многих подкомпонентов биологические системы могут проявлять то, что мы называем возникающим поведением - система в целом демонстрирует свойства, которые отдельные отдельные компоненты, действующие сами по себе, не могут. Эта биокомплектация часто ошибочно принималась за витализм, заблуждение о том, что биологические процессы зависят от силы или принципа, отличного от законов физики и химии. Следовательно, предполагается, что сложные биологические системы не поддаются математической обработке.

Были ранние диссиденты. Знаменитый компьютерный ученый и кодовый ключ Второй мировой войны Алан Тьюринг был одним из первых, кто предположил, что биологические явления могут быть изучены и поняты математически. В 1952 он предложил пару красивые математические уравнения которые дают объяснение того, как могут образовываться образцы пигментации на пальто животных.

Мало того, что его работа была прекрасной, это было также противоречиво - такая работа, которую мог бы когда-либо мечтать только такой блестящий ум, как Тьюринга. Еще более жаль, что он так плохо относился к драконовским законам против гомосексуализма того времени. После курса «корректирующего» гормонального лечения он убил себя всего два года спустя.

Появляющаяся область

С тех пор поле математическая биология взорвался. В последние годы все более подробные экспериментальные процедуры привели к огромному притоку биологических данных, доступных ученым. Эти данные используются для генерации гипотез о сложности ранее заумных биологических систем. Чтобы проверить эти гипотезы, они должны быть записаны в виде модели, которую можно опросить, чтобы определить, правильно ли она имитирует биологические наблюдения. Математика - естественный язык, в котором это можно сделать.

Кроме того, появление и последующее увеличение вычислительной способности в течение последних 60 лет позволило нам предложить и затем опросить сложные математические модели биологических систем. Реализация того, что биологические системы можно рассматривать математически, в сочетании с вычислительной способностью строить и исследовать подробные биологические модели, привела к резкому увеличению популярности математической биологии.


Получите последние новости от InnerSelf


Математика стала жизненно важным оружием в научном арсенале, в котором мы должны заняться некоторыми из наиболее неотложных вопросов в медицинской, биологической и экологической науке в 21st веке. Характеризуя биологические системы математически, а затем используя полученные модели, мы можем получить информацию, которые невозможно получить, хотя эксперименты и вербальные рассуждения в одиночку. Математическая биология невероятно важна, если мы хотим изменить биологию из описательной в прогностическую науку - давая нам силу, например, чтобы предотвратить пандемию или изменить последствия изнурительных болезней.

Новое оружие

Например, за последние 50 годы математические биологи создали все более сложные вычислительные представления о физиологии сердца. Сегодня эти высокотехнологичные модели используются для того, чтобы лучше понять сложное функционирование человеческого сердца. Компьютерное моделирование функции сердца позволяет нам делать прогнозы о том, как сердце будет взаимодействовать с лекарственными средствами-кандидатами, предназначенное для улучшения его функции, без необходимости проведения дорогостоящих и потенциально опасных клинических испытаний.

Мы также используем математическую биологию для изучения болезни. В индивидуальном масштабе исследователи выяснили механизмы, с помощью которых наша иммунная система сражается с вирусами через математическая иммунология и предложил возможные вмешательства для опрокидывания шкал в нашу пользу. В более широком масштабе математические биологи предложили механизмы, которые можно использовать для контроля распространения смертельные эпидемии, такие как Эбола, и обеспечить, чтобы ограниченные ресурсы, предназначенные для этой цели, использовались наиболее эффективным образом.

Математическая биология даже используется для информирования о политике. Например, были проведены исследования в области рыболовства, используя математическое моделирование для установления реалистичных квот, чтобы обеспечить не перекармливать наши моря и что мы защищаем некоторые из наших самых важных видов.

Повышенное понимание, получаемое математическим подходом, может привести к лучшему пониманию биологии в различных масштабах. В Центр математической биологии в бане, например, мы изучаем ряд неотложных биологических проблем. На одном конце спектра мы пытаемся разработать стратегии для предотвращения разрушительные последствия язв саранчи включая до миллиарда человек. С другой стороны, мы пытаемся выяснить механизмы, которые приводят к правильному развитие эмбриона.

Хотя математическая биология традиционно является областью прикладных математиков, ясно, что математики, которые классифицируются как чистые, играют определенную роль в революции математической биологии. Чистая дисциплина топологии используется для понимания узловатая проблема упаковки ДНК и алгебраическая геометрия используется для выбора наиболее подходящей модели сети биохимического взаимодействия.

По мере того, как профиль математической биологии продолжает расти, появляющиеся и созданные ученые из дисциплин по всему спектру научных исследований будут привлечены к решению широкого круга важных и новых проблем, которые может предложить биология.

БеседаРеволюционная идея Тьюринга, хотя и не полностью оцененная в свое время, показала, что нет необходимости обращаться к витализму - богу в машине - к пониманию биологических процессов. Химические и физические законы, закодированные в математике, или «математическая биология», как мы теперь называем это, могли бы быть очень хорошими.

Об авторе

Кристиан Йейтс, преподаватель математической биологии, Университет Бата

Эта статья изначально была опубликована в Беседа, Прочтите оригинал статьи.

Похожие книги:

{amazonWS: searchindex = Книги; ключевые слова = Арифметика жизни и смерти; maxresults = 3}

enafarZH-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

Следуйте за InnerSelf

facebook-значокTwitter-значокНовости-значок

Получить последнее по электронной почте

{Emailcloak = выкл}

ВНУТРЕННИЕ ГОЛОСЫ

Что мне подходит: «Я могу это сделать!»
Что мне подходит: «Я могу это сделать!»
by Мари Т. Рассел, Внутренний
Будьте добры к себе и другим
Будьте добры к себе и другим
by Сара Люк Маккой

САМОЕ ЧИТАЕМОЕ

Будьте добры к себе и другим
Будьте добры к себе и другим
by Сара Люк Маккой
Защищает ли лицевой щиток от Covid-19?
Защищает ли лицевой щиток от Covid-19?
by Филипп Руссо и Бретт Митчелл

ОТ РЕДАКТОРОВ

Информационный бюллетень InnerSelf: сентябрь 20, 2020
by InnerSelf персонала
Тему информационного бюллетеня на этой неделе можно резюмировать как «вы можете это сделать» или, более конкретно, «мы можем это сделать!». Это еще один способ сказать «вы / мы в силах внести изменения». Изображение…
Что мне подходит: «Я могу это сделать!»
by Мари Т. Рассел, Внутренний
Причина, по которой я делюсь «тем, что работает для меня», заключается в том, что это может сработать и для вас. Если не совсем так, как я это делаю, поскольку мы все уникальны, некоторые различия в подходах или методах вполне могут быть чем-то ...
Информационный бюллетень InnerSelf: сентябрь 6, 2020
by InnerSelf персонала
Мы видим жизнь через призму нашего восприятия. Стивен Р. Кови писал: «Мы видим мир не таким, каков он есть, а такими, какие мы есть ──или так, как мы привыкли его видеть». Итак, на этой неделе мы рассмотрим некоторые…
InnerSelf Newsletter: август 30, 2020
by InnerSelf персонала
Дороги, по которым мы путешествуем сегодня, стары как времена, но для нас они новы. Переживания, которые мы переживаем, стары как времена, но они также новы для нас. То же самое и с…
Когда правда настолько ужасна, что причиняет боль, действуйте
by Мария Т. Рассел, InnerSelf.com
Среди всех ужасов, происходящих в наши дни, меня вдохновляют сияющие лучи надежды. Обычные люди, отстаивающие то, что правильно (и против того, что неправильно). Бейсболисты,…