biologi matematika atau biomathematics adalah cabang ilmu yang bertanggung jawab untuk pengembangan caral numerik yang mensimulasikan get fenomena alam yang berbeda terkait dengan makhluk hidup; yaitu, melibatkan penggunaan alat matematika untuk mempelajari sistem alam atau biologis.
Seperti yang dapat dipahami dari namanya, biomatematika adalah bidang interdisipliner, yang berada di persimpangan pengetahuan antara biologi dan matematika. Contoh sederhana dari disiplin ini dapat mencakup pengembangan metode statistik untuk memecahkan masalah di bidang genetika atau epidemiologi, untuk beberapa nama.
Hukum Lotka-Volterra untuk hubungan antara pemangsa dan mangsa (Sumber: Curtis Newton 10:55, 20 April 2010 (CEST). Pengunggah asli adalah Lämpel di Wikipedia bahasa Jerman. [CC BY-SA 3.0 (http: / / creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)] melalui Wikimedia Commons)
Dalam bidang pengetahuan ini, adalah normal bahwa hasil matematika muncul dari masalah biologis atau digunakan untuk menyelesaikannya, namun, beberapa peneliti telah berhasil memecahkan masalah matematika berdasarkan pengamatan fenomena biologis, sehingga bukan hubungan searah. antara kedua bidang ilmu tersebut.
Dari uraian di atas dapat dipastikan bahwa suatu masalah matematika adalah tujuan penggunaan alat-alat biologi dan sebaliknya; bahwa masalah biologis adalah tujuan dari banyak alat matematika yang berbeda digunakan.
Saat ini, bidang biologi matematika berkembang pesat dan dianggap sebagai salah satu aplikasi matematika yang paling cararn dan menarik. Ini sangat berguna tidak hanya dalam biologi, tetapi dalam ilmu biomedis dan di bidang bioteknologi.
Indeks artikel
Sejarah biomatematika
Matematika dan biologi adalah dua ilmu dengan banyak aplikasi. Matematika mungkin setua budaya Barat, asal-usulnya sudah ada bertahun-tahun sebelum Masehi dan kegunaannya sejak itu telah dibuktikan untuk sejumlah besar aplikasi.
Biologi sebagai ilmu, bagaimanapun, jauh lebih baru, karena konseptualisasi tidak terjadi sampai awal abad kesembilan belas berkat intervensi Lamarck, pada 1800-an.
Hubungan pengetahuan matematika dan biologi sudah dekat sejak awal peradaban, sejak pemukiman masyarakat nomaden terjadi berkat penemuan bahwa alam dapat dieksploitasi secara sistematis, yang tentu saja harus melibatkan gagasan pertama matematika dan biologi.
Pada awalnya, ilmu biologi dianggap sebagai “pengrajin”, karena mereka merujuk terutama pada kegiatan populer seperti pertanian atau peternakan; sementara itu matematika menemukan abstraksi dan memiliki aplikasi langsung yang agak jauh.
Pertemuan antara biologi dan matematika berawal, mungkin, pada abad ke-15 dan ke-16, dengan munculnya fisiologi, yang merupakan ilmu yang mengelompokkan pengetahuan, mengklasifikasikan, mengurutkan, dan mensistematisasikannya, memanfaatkan alat matematika bila diperlukan.
Thomas Malthus
Itu Thomas Malthus, seorang ekonom kontemporer dengan Lamarck, yang menetapkan preseden untuk awal biologi matematika, karena ia adalah orang pertama yang mendalilkan caral matematika untuk menjelaskan dinamika populasi sebagai fungsi dari sumber daya alam.
Pendekatan Malthus kemudian dikembangkan dan dielaborasi lebih lanjut, dan hari ini mereka adalah bagian dari dasar caral ekologi yang digunakan untuk menjelaskan hubungan antara pemangsa dan mangsanya, misalnya.
Objek studi biologi matematika
Biologi matematika adalah bidang ilmiah interdisipliner. Sumber: Konstantin Kolosov – Pixabay
Biologi matematika adalah ilmu yang dihasilkan dari integrasi alat matematika yang berbeda dengan data biologis, eksperimental atau tidak, yang berusaha memanfaatkan ” kekuatan ” metode matematika untuk lebih menjelaskan dunia makhluk hidup, selnya, dan molekulnya. .
Terlepas dari tingkat kerumitan teknologi yang terlibat, biologi matematika terdiri dari pertimbangan “sederhana” bahwa ada analogi antara dua proses, yaitu:
– Struktur kompleks makhluk hidup adalah hasil penerapan operasi sederhana “menyalin” dan “memotong dan menyambung” atau “menyambung ” (misalnya) ke informasi awal yang terkandung dalam urutan DNA (asam deoksiribonukleat ) .
– Hasil f (ω) penerapan fungsi yang dapat dihitung ke array w dapat diperoleh dengan menerapkan kombinasi fungsi dasar sederhana ke w .
Bidang biologi matematika menerapkan bidang matematika seperti kalkulus, teori probabilitas, statistik, aljabar linier, geometri aljabar, topologi, persamaan diferensial, sistem dinamis, kombinatorik, dan teori pengkodean.
Baru-baru ini disiplin ini telah dimanfaatkan secara luas untuk analisis kuantitatif berbagai jenis data, karena ilmu biologi telah didedikasikan untuk menghasilkan sejumlah besar data dari mana informasi berharga dapat diekstraksi.
Faktanya, banyak peneliti menganggap bahwa ledakan besar data biologis “menciptakan” kebutuhan untuk mengembangkan caral matematika baru dan lebih kompleks untuk analisis mereka, serta algoritma komputasi dan metode statistik yang jauh lebih kompleks.
Kegunaan
Salah satu aplikasi biologi matematika yang paling signifikan berkaitan dengan analisis urutan DNA, tetapi ilmu ini juga terlibat dalam pecaralan epidemi dan dalam studi perambatan sinyal saraf.
Ini telah digunakan untuk mempelajari proses neurologis seperti penyakit Parkinson, Alzheimer dan amyotrophic lateral sclerosis, misalnya.
Ini sangat berguna untuk mempelajari proses evolusi (teori) dan untuk pengembangan caral yang menjelaskan hubungan makhluk hidup satu sama lain dan dengan lingkungannya, yaitu untuk pendekatan ekologis.
Pecaralan dan simulasi berbagai jenis kanker juga merupakan contoh yang baik dari banyak aplikasi yang dimiliki biologi matematika saat ini, terutama yang berkaitan dengan simulasi interaksi antara populasi sel.
Contoh analisis sekuens DNA yang biasa digunakan dalam genomik (Sumber: Radtk172 [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)] melalui Wikimedia Commons)
Biomatematika juga sangat maju di bidang ilmu saraf komputasional, dalam studi dinamika populasi dan filogenomik dan genomik secara umum.
Dalam cabang genetika terakhir ini sangat relevan, karena merupakan salah satu bidang dengan pertumbuhan tertinggi dalam beberapa tahun terakhir, karena tingkat pengumpulan data sangat tinggi, yang memerlukan teknik baru dan lebih baik untuk pemrosesan dan analisisnya.
Referensi
- Andersson, S., Larsson, K., Larsson, M., & Jacob, M. (Eds.). (1999). Biomatematika: matematika biostruktur dan biodinamika. lain.
- Elango, P. (2015). Peran Matematika dalam Biologi.
- Friedman, A. (2010). Apa itu biologi matematika dan seberapa bermanfaatnya. Pemberitahuan AMS, 57 (7), 851-857.
- Hofmeyr, JHS (2017). Matematika dan biologi. Jurnal Sains Afrika Selatan, 113 (3-4), 1-3.
- Kari, L. (1997). Komputasi DNA: kedatangan matematika biologi. Kecerdasan Matematika, 19 (2), 9-22.
- Pacheco Castelao, JM (2000). Apa itu biologi matematika?
- Reed, MC (2004). Mengapa biologi matematika begitu sulit? Pemberitahuan AMS, 51 (3), 338-342.
- Ulam, SM (1972). Beberapa ide dan prospek dalam biomatematika. Tinjauan tahunan biofisika dan bioteknologi, 1 (1), 277-292.
