Matematička biologija

Matematička ili teorijska biologija obuhvata interdisciplinarni naučna istraživanja – polje sa širokim spektrom aplikacija. Ova oblast se istovremeno zove i matematička biologija ili biomatematika, sa naglaskom matematičkog pristupa ili teorijska biologija što naglašava biološku stranu. "Postoji suptilna razlika između matematičkih bioloza i teorijskih biologa".

“Matematički biolozi imaju sklonost da se zaposle u matematičkim odjelima i da budu malo više zainteresirani za matematiku inspiriranu biologijom nego biološkim problemima, i obrnuto.“[1]

Teorijski biologija se više fokusira na razvoj teorijskih načela u biologiji, a matematička biologije na korištenje matematičkih alata za proučavanje bioloških sistema, iako se ova dva termina ponekad izmjenjuju.[2][3] Matematički biologija ima za ciljmatematičke prezentacije, liječenje i modeliranje bioloških procesa, koristeći tehnike i alate primijenjene matematike. Ona ima i teorijsku i praktičnu primjenu u biološkim, biomedicinskim i biotehnološkim istraživanjima. Opisujući sisteme u kvantitativnom smislu znači da se njihovo ponašanje može biti bolje simulirati, a time i predviđati njihova svojstva koja možda neće biti vidljiva prilikom eksperimentiranja. To zahtijeva precizne matematičke modele. Matematičke biologija uključuje mnoge komponente matematike,[4] i doprinose razvoju novih tehnika.

Značaj

Primjena matematike u biologiji ima dugu historiju, ali tek nedavno je došlo do eksplozije interesa za ovu oblast. Neki razlozi za to su:

  • Eksplozija skupova informacija sa puno podataka, s obzirom na revoluciju genomike, koje je teško shvatiti bez upotrebe analitičkih alata;
  • Nedavni razvoj matematičkih alata, kao što su teorija haosa koji pomažu shvatanje složenih, nelinearnih mehanizama u biologiji;
  • Povećanje računarske moći, što olakšava kalkulacije i simulacije, koje prethodno nisu bile moguće;
  • Sve veći interes za in silico eksperimente zbog etičkih razloga, rizika, nepouzdanost i drugih komplikacija koje su uključeni u istraživanja na ljudima i životinjama.

Područja istraživanja

Matematička i teorijska biologija imaju nekoliko područja specijaliziranih istraživanja[5][6][7][8][9] kao i vanjski veze sa srodnim projektima na raznim univerzitetima koji su sažeto prikazani u sljedećim stavovima, uključujući i veliki broj odgovarajućih potvrđivanja referenci sa liste od nekoliko hiljada objavljenih autora koji doprinose ovoj oblasti. Mnogi uključeni primjeri odlikuju se vrlo složenim, nelinearnim i supercompleksnim mehanizama, kao što se sve više prepoznaje i to da se rezultat takvih interakcija može shvatiti samo u kombinaciji matematičkih, logičkig, fizičko/hemijskih, molekulskih i kompjuterskih modela. Zbog širokoe raznolikosti uključenih specifičnih znanja, biomatematička istraživanja se često se ostvaruju u suradnji između stručnjaka u oblasti:

Povezano

Reference

  1. ↑ Careers in theoretical biology
  2. ↑ Longo, Giuseppe; Soto, Ana M. (2016-10-01). „Why do we need theories?”. 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. 
  3. ↑ Montévil, Maël; Speroni, Lucia; Sonnenschein, Carlos; Soto, Ana M. (2016-10-01). „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. DOI:10.1016/j.pbiomolbio.2016.08.004. 
  4. ↑ Robeva, Raina (2010). „Mathematical Biology Modules Based on Modern Molecular Biology and Modern Discrete Mathematics”. CBE Life Sciences Education (The American Society for Cell Biology) 9 (3): 227–240. DOI:10.1187/cbe.10-03-0019. PMC 2931670. PMID 20810955. Pristupljeno 17 November 2010. 
  5. ↑ Baianu, I. C.; Brown, R.; Georgescu, G.; Glazebrook, J. F. (2006). „Complex Non-linear Biodynamics in Categories, Higher Dimensional Algebra and Łukasiewicz–Moisil Topos: Transformations of Neuronal, Genetic and Neoplastic Networks”. Axiomathes 16: 65–122. DOI:10.1007/s10516-005-3973-8. 
  6. ↑ Łukasiewicz-Topos Models of Neural Networks, Cell Genome and Interactome Nonlinear Dynamic Models (2004) http://cogprints.org/3701/01/ANeuralGenNetworkLuknTopos_oknu4.pdf/ Arhivirano 2007-07-13 na Wayback Machine-u
  7. ↑ Complex Systems Analysis of Arrested Neural Cell Differentiation during Development and Analogous Cell Cycling Models in Carcinogenesis (2004) http://cogprints.org/3687/
  8. ↑ „Research in Mathematical Biology”. Maths.gla.ac.uk. Pristupljeno 2008-09-10. 
  9. ↑ J. R. Junck. Ten Equations that Changed Biology: Mathematics in Problem-Solving Biology Curricula, Bioscene, (1997), 23(1):11-36 New Link (Aug 2010)

Dopunska literatura

  • D. Barnes; D. Chu (2010). Introduction to Modelling for Biosciences. Springer Verlag. ISBN 1-84996-325-8. 
  • Israel G (1988). „On the contribution of Volterra and Lotka to the development of modern biomathematics”. History and Philosophy of the Life Sciences 10 (1): 37–49. PMID 3045853. 
  • Scudo FM (March 1971). „Vito Volterra and theoretical ecology”. Theoretical Population Biology 2 (1): 1–23. DOI:10.1016/0040-5809(71)90002-5. PMID 4950157. 
  • S.H. Strogatz, Nonlinear dynamics and Chaos: Applications to Physics, Biology, Chemistry, and Engineering. Perseus, 2001, ISBN 0-7382-0453-6
  • N.G. van Kampen, Stochastic Processes in Physics and Chemistry, North Holland., 3rd ed. 2001, ISBN 0-444-89349-0
  • I. C. Baianu., Computer Models and Automata Theory in Biology and Medicine., Monograph, Ch.11 in M. Witten (Editor), Mathematical Models in Medicine, vol. 7., Vol. 7: 1513-1577 (1987),Pergamon Press:New York, (updated by Hsiao Chen Lin in 2004 ISBN 0-08-036377-6
  • P.G. Drazin, Nonlinear systems. C.U.P., 1992. ISBN 0-521-40668-4
  • L. Edelstein-Keshet, Mathematical Models in Biology. SIAM, 2004. ISBN 0-07-554950-6
  • G. Forgacs and S. A. Newman, Biological Physics of the Developing Embryo. C.U.P., 2005. ISBN 0-521-78337-2
  • A. Goldbeter, Biochemical oscillations and cellular rhythms. C.U.P., 1996. ISBN 0-521-59946-6
  • L.G. Harrison, Kinetic theory of living pattern. C.U.P., 1993. ISBN 0-521-30691-4
  • F. Hoppensteadt, Mathematical theories of populations: demographics, genetics and epidemics. SIAM, Philadelphia, 1975 (reprinted 1993). ISBN 0-89871-017-0
  • D.W. Jordan and P. Smith, Nonlinear ordinary differential equations, 2nd ed. O.U.P., 1987. ISBN 0-19-856562-3
  • J.D. Murray, Mathematical Biology. Springer-Verlag, 3rd ed. in 2 vols.: Mathematical Biology: I. An Introduction, 2002 ISBN 0-387-95223-3; Mathematical Biology: II. Spatial Models and Biomedical Applications, 2003 ISBN 0-387-95228-4.
  • E. Renshaw, Modelling biological populations in space and time. C.U.P., 1991. ISBN 0-521-44855-7
  • S.I. Rubinow, Introduction to mathematical biology. John Wiley, 1975. ISBN 0-471-74446-8
  • L.A. Segel, Modeling dynamic phenomena in molecular and cellular biology. C.U.P., 1984. ISBN 0-521-27477-X
  • L. Preziosi, Cancer Modelling and Simulation. Chapman Hall/CRC Press, 2003. ISBN 1-58488-361-8.
Teorijska biologija
  • Bertalanffy, L. v. 1932. Theoretische Biologie. Band I: Allgemeine Theorie, Physikochemie, Aufbau und Entwicklung des Organismus. Berlin: Gebrüder Borntraeger.
  • Bonner, J. T. 1988. The Evolution of Complexity by Means of Natural Selection. Princeton: Princeton University Press.
  • Hertel, H. 1963. Structure, Form, Movement. New York: Reinhold Publishing Corp.
  • Mangel, M. 1990. Special Issue, Classics of Theoretical Biology (part 1). Bull. Math. Biol. 52(1/2): 1-318.
  • Mangel, M. 2006. The Theoretical Biologist's Toolbox. Quantitative Methods for Ecology and Evolutionary Biology. Cambridge University Press.
  • Prusinkiewicz, P. & Lindenmeyer, A. 1990. The Algorithmic Beauty of Plants. Berlin: Springer-Verlag.
  • Reinke, J. 1901. Einleitung in die theoretische Biologie. Berlin: Verlag von Gebrüder Paetel.
  • Schaxel, J. 1919. Grundzüge der Theorienbildung in der Biologie. Jena: Fischer.
  • Thompson, D.W. 1942. On Growth and Form. 2nd ed. Cambridge: Cambridge University Press: 2. vols.
  • Uexküll, J.v. 1920. Theoretische Biologie. Berlin: Gebr. Paetel.
  • Vogel, S. 1988. Life's Devices: The Physical World of Animals and Plants. Princeton: Princeton University Press.
  • Waddington, C.H. 1968-1972. Towards a Theoretical Biology. 4 vols. Edinburg: Edinburg University Press.
  • Lovrics, Anna; Csikász-Nagy, Attila; Zsély1, István Gy; Zádor, Judit; Turányi, Tamás; Novák, Béla (2006). „Time scale and dimension analysis of a budding yeast cell cycle model”. BMC Bioinform. 9 (7): 494. DOI:10.1186/1471-2105-7-494. .

Vanjske veze

Spisak referenci

Srodni časopisi