Biologia matemática: história, objeto de estudo, aplicações - Ciência - 2023

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o biologia matemática ou a biomatemática é um ramo da ciência responsável pelo desenvolvimento de modelos numéricos que conseguem simular diferentes fenômenos naturais relacionados aos seres vivos; ou seja, envolve o uso de ferramentas matemáticas para estudar sistemas naturais ou biológicos.

Como pode ser entendido pelo seu nome, a biomatemática é uma área interdisciplinar, que está na intersecção do conhecimento entre a biologia e a matemática. Um exemplo simples desta disciplina poderia incluir o desenvolvimento de métodos estatísticos para resolver problemas na área da genética ou epidemiologia, para citar alguns.

Nesta área do conhecimento, é normal que resultados matemáticos surjam de problemas biológicos ou sejam utilizados para resolvê-los, no entanto, alguns pesquisadores têm conseguido resolver problemas matemáticos com base na observação de fenômenos biológicos, portanto não é uma relação unidirecional entre os dois campos da ciência.

Do exposto, pode ser assegurado que um problema matemático é o propósito para o qual as ferramentas biológicas são usadas e vice-versa; que um problema biológico é o propósito para o qual as muitas ferramentas matemáticas diferentes são usadas.

Hoje, o campo da biologia matemática está crescendo rapidamente e é considerado uma das aplicações mais modernas e interessantes da matemática. É muito útil não só na biologia, mas nas ciências biomédicas e no campo da biotecnologia.

História da biomatemática

Matemática e biologia são duas ciências com multiplicidade de aplicações. A matemática é talvez tão antiga quanto a cultura ocidental, sua origem remonta a muitos anos antes de Cristo e sua utilidade já foi demonstrada para um grande número de aplicações.

A biologia como ciência, entretanto, é muito mais recente, pois sua conceituação não ocorreu até o início do século XIX, graças à intervenção de Lamarck, no século XIX.

A relação dos saberes matemáticos e biológicos é estreita desde os primeiros tempos das civilizações, visto que o povoamento dos povos nômades se deu graças à descoberta de que a natureza podia ser explorada sistematicamente, o que necessariamente deve ter implicado nas primeiras noções. matemático e biológico.

Em seus primórdios, as ciências biológicas eram consideradas "artesanais", pois se referiam principalmente a atividades populares como a agricultura ou a pecuária; enquanto isso, a matemática descobriu a abstração e teve aplicações imediatas um tanto distantes.

A confluência entre biologia e matemática remonta, talvez, aos séculos XV e XVI, com o advento da fisiologia, que é uma ciência que agrupa o conhecimento, classificando, ordenando e sistematizando-o, valendo-se de ferramentas matemáticas quando necessário.

Thomas Malthus

Foi Thomas Malthus, economista contemporâneo de Lamarck, quem abriu o precedente para o início da biologia matemática, já que foi o primeiro a postular um modelo matemático para explicar a dinâmica populacional em função dos recursos naturais.

As abordagens de Malthus foram posteriormente desenvolvidas e elaboradas e hoje fazem parte da base de modelos ecológicos que são usados para explicar a relação entre predadores e suas presas, por exemplo.

Objeto de estudo da biologia matemática

A biologia matemática é uma ciência que resulta da integração de diferentes ferramentas matemáticas com dados biológicos, experimentais ou não, que visa aproveitar o "poder" dos métodos matemáticos para explicar melhor o mundo dos seres vivos, suas células e de suas moléculas.

Independentemente do grau de complexidade tecnológica envolvida, a biologia matemática consiste na consideração “simples” de que existe uma analogia entre dois processos, a saber:

- A estrutura complexa de um ser vivo é o resultado da aplicação de operações simples de “cópia” e “corte e emenda” ou Splicing"(Por exemplo) às informações iniciais contidas em uma sequência de DNA (ácido desoxirribonucléico).

- O resultado F (ω) da aplicação de uma função computável a uma matriz W pode ser obtido aplicando uma combinação de funções básicas simples para W.

O campo da biologia matemática aplica áreas da matemática, como cálculo, teorias de probabilidade, estatística, álgebra linear, geometria algébrica, topologia, equações diferenciais, sistemas dinâmicos, combinatória e teoria da codificação.

Recentemente, esta disciplina tem sido amplamente explorada para a análise quantitativa de diferentes tipos de dados, visto que as ciências biológicas têm se dedicado a produzir grandes massas de dados dos quais informações valiosas podem ser extraídas.

De fato, muitos pesquisadores consideram que a grande explosão de dados biológicos “criou” a necessidade de desenvolver novos e mais complexos modelos matemáticos para sua análise, bem como algoritmos computacionais e métodos estatísticos consideravelmente mais complexos.

Formulários

Uma das aplicações mais significativas da biologia matemática tem a ver com a análise de sequências de DNA, mas essa ciência também está envolvida na modelagem de epidemias e no estudo da propagação de sinais nervosos.

Tem sido usado para estudar processos neurológicos como doença de Parkinson, Alzheimer e esclerose lateral amiotrófica, por exemplo.

É extremamente útil para o estudo de processos evolutivos (teorizações) e para o desenvolvimento de modelos que explicam a relação dos seres vivos entre si e com seu ambiente, ou seja, para abordagens ecológicas.

A modelagem e simulação de diferentes tipos de cânceres também é um bom exemplo das muitas aplicações que a biologia matemática tem hoje, especialmente no que diz respeito à simulação de interações entre populações de células.

A biomatemática também está muito avançada na área da neurociência computacional, nos estudos de dinâmica populacional e de filogenômica e genômica em geral.

Neste último ramo da genética tem sido de grande relevância, visto que é uma das áreas com maior crescimento nos últimos anos, visto que o índice de coleta de dados é extremamente elevado, o que merece novas e melhores técnicas de seu processamento e análise.

Referências

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