¿Las matemáticas predicen fenómenos en biología, de la misma manera que en física?

Fibonacci planteó un problema matemático en biología en su Liber Abaci en 1202. Suponga que tiene un par de conejos reproductores, que tienen un par de crías cada año, y suponga que cada par de crías tiene un par de crías cada año después de la primera, y así. ¿Cuántos pares habrá cada año? La respuesta es la serie de Fibonacci.

1 1 2 3 5 8 13 21 34 55…

en el que cada número es la suma de los dos anteriores. Esto, por supuesto, es completamente poco realista, suponiendo una regla exacta de reproducción y sin muertes.

Galileo descubrió la ley del cubo cuadrado y escribió sobre ella en 1638 en los Diálogos sobre las dos nuevas ciencias en el contexto de la resistencia de los materiales. La relación de volúmenes en figuras similares es mayor que las superficies. Este principio se aplicó al tamaño y la forma de los huesos en animales de diferentes tamaños, y a otros aspectos de la anatomía, en el ensayo de Haldane de 1926 sobre ser el tamaño correcto .

Thomas Malthus realizó una importante aplicación de las matemáticas a la biología del mundo real en su Ensayo sobre los principios de la población en 1798. Argumentó que las poblaciones tienden a crecer exponencialmente, mientras que, por lo que podía ver en ese momento, los recursos alimentarios solo podían crecer aritméticamente El resultado inevitable, si tenía razón en sus suposiciones, sería una hambruna recurrente o una plaga cada vez que la población creciera demasiado para los suministros de alimentos disponibles.

Afortunadamente, aunque sus cálculos eran correctos, sus suposiciones resultaron estar equivocadas. La Revolución Industrial y otros avances que siguieron aumentaron la producción de alimentos a tasas sin precedentes. Desafortunadamente, la hambruna y las plagas variadas se repitieron por otras razones desde ese día hasta hoy. Sabemos cómo acabar con ellos, pero no hemos tenido la voluntad política para hacerlo.

Las matemáticas ahora son esenciales para la biología molecular (como base de la genética), la ecología y otras ramas de la biología.

La biología matemática es un campo en rápido crecimiento. Las matemáticas han demostrado ser útiles y precisas en muchas áreas de la ecología (tomemos, por ejemplo, la forma en que las ecuaciones diferenciales acopladas pueden predecir con precisión las poblaciones de animales en relaciones depredador-presa), así como en el patrón de desarrollo de organismos (eche un vistazo a los modelos de Turing para el desarrollo de patrones). Estos son solo algunos ejemplos, pero la biofísica es un campo de crecimiento aún más rápido y si usted dice que las matemáticas predicen la física, entonces esto significa que las matemáticas predicen la biología. Pongo una nota de precaución: las matemáticas puras solo pueden predecir realmente sistemas puros (como el caso de los patrones), otros sistemas más complejos pueden tener demasiadas variables (o incógnitas); El análisis numérico y la computación matemática han demostrado ser invaluables para alcanzar estos sistemas más complejos con enfoques matemáticos.

Puedo decir que las matemáticas juegan un papel clave en la biología, pero a la pregunta de si “predice el fenómeno”, lo dejo a su entender de la siguiente respuesta:

La aplicación principal de las matemáticas en biología es para fines de optimización. La sub rama de los algoritmos genéticos bajo las técnicas de optimización se ocupa de las matemáticas, pero con el concepto de biología. Pocos ejemplos de algoritmos genéticos son la optimización de colonias de hormigas y la optimización de enjambres de partículas. Ambos algoritmos se utilizan ampliamente en el campo de la ingeniería eléctrica y de la ingeniería informática, pero para lograr diferentes objetivos.

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