Статью подготовили специалисты образовательного сервиса Zaochnik
Специфика математической биологии и описание основных математических методов
- 7 декабря 2023
- 6 минут
- 994
Специфика математической биологии
Для начала дадим определение математическим методам в биологии.
Математические методы представляют собой комплекс расчетных и вычислительных приемов, которые используются для исследований разнообразных биологических феноменов.
Большой спрос и использование математических методов дали начало отдельной области знаний — математической биологии.
Математическая биология является междисциплинарным научным направлением, где объект исследования — различные биологические системы с разным уровнем развития.
В математической биологии цель исследования напрямую связана с решением математических задач, за которыми прячется предмет исследования. Математическое доказательство в этом случае выступает как критерий истины.
Математические методы в биологии
Используемые в биологии математические методы причисляют к инструментам:
- Теории дифференциальных уравнений;
- Математической статистики.
В математической биологии наблюдается также применение методов прикладной математики, а еще — математическое моделирование разных биологических процессов с помощью компьютерных технологий.
Отличие математической биологии от прочих математических наук заключается в том, что ее результаты интерпретируются с точки зрения биологии.
Количественные методы
Количественные методы биологических исследований представляют собой комплекс методов, с помощью которых можно математически обосновать данные, полученные в процессе биологического исследования: теоретического или эмпирического.
Появление этих методов в биологии связано с такой наукой как генетика. В связи с этим на протяжении многих лет математические методы в биологии понимали как ответвление генетической науки. В то время генетические дискуссии были в приоритете, поэтому математические методы в биологии почти не преподавались.
Это привело к тому, что многие поколения ученых-биологов не были хорошо знакомы с математикой. А это, в свою очередь, привело к торможению развития математической отрасли в биологических исследованиях.
Теория вероятности и статистические приемы
Со временем биологи стали применять теорию вероятности и некоторые статистические приемы, такие как:
- определение средней величины;
- оценка отличий между выборками;
- разнообразные корреляции (между двумя и больше признаками).
В некоторых случаях весь комплекс математических методов в биологии называют вариационной статистикой.
Появление математиков в биологии стимулировало ее развитие. Биологи стали более критичны к получаемым данным, научились выражать их количественно, а также оценивать статистически. В большинстве современных биологических статей можно обнаружить цифровые таблицы, которые обрабатываются довольно строго.
Математическая диагностика в систематике сегодня получила широкое распространение.
Большинство организмов не составляет труда отличить друг от друга, поскольку им присущи оригинальные морфологические черты. Однако зачастую разницу определить практически нереально — все это указывает на необходимость использования математических методов изучения определенного явления.
Анализ биологических явлений корреляционный анализ
Интересные результаты можно получить с помощью анализа биологических явлений и корреляционного анализа, который используется в систематике, генетике, зоологии и прочих отраслях биологической науки.
С их помощью можно определить процент изменчивости явления под влиянием кормления и внешних условий (удой коров, настриг шерсти, заболеваемость и смертность), наследственности или пока еще неизвестных факторов.
Доступно также математическое обоснование процесса роста организмов, приводящего к образованию новых ростовых центров. Математические методы в биологии позволяют спрогнозировать получение урожая, смену численности поголовья животных определенного вида.
Построенные для расчетов на электронных вычислительных машинах математические модели позволяют предсказать количественные и качественные перестройки в сообществах организмов, в их структуре, в патологических процессах и т. д.
Очевидно, что математические методы будут пользоваться популярностью и в других отраслях биологии. Сегодня активно развивается биофизика: без математических выкладок она пока не может обрабатывать полученную информацию. Ожидается широкое использование в будущем дифференциальных уравнений.
Сегодня уже все биологические исследования проходят обязательную статистическую обработку. Применяются такие методы как ранжирование, построение графиков, диаграмм, подсчет среднего арифметического и квадратного отклонения, процентной доли в выборке и коэффициентов корреляции.
Математические методы применяют в биохимии и популяционной генетике.
Математический аппарат используется в ходе освоения теоретического материала, а также при решении различных практических задач.
«Обратная связь» — важный момент в ходе освоения математических методов в биологии. Она имеет в виду соединение биологии и математики. В этом случае биология выступает не только почвой для использования математических методов, но и источником для формирования новых математических задач.
