คณิตศาสตร์ชีววิทยา

คณิตศาสตร์ชีววิทยา (อังกฤษ: Mathematical biology) คือ งานวิจัยสหพันธวิชาทางวิทยาศาสตร์ซึ่งประยุกต์ใช้ได้หลายแบบ คณิตศาสตร์ชีววิทยามุ่งไปที่การแสดงทางคณิตศาสตร์ การรักษา และสร้างแบบจำลองของแนวทางปฏิบัติทางชีววิทยา โดยใช้เทคนิกและเครื่องมือของคณิตศาสตร์ประยุกต์ ที่สามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้ทั้งทางทฤษฎีและทางปฏิบัติ ด้านงานวิจัยชีววิทยา ชีวการแพทย์ และเทคโนโลยีชีวภาพ การบรรยายระบบในเชิงปริมาณแปลว่าพฤติกรรมของระบบเหล่านั้นสามารถถูกทำนาย โดยต้องการแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่มีความแม่นยำ

คณิตศาสตร์ชีววิทยาใช้หลายส่วนประกอบจากคณิตศาสตร์ และมีส่วนร่วมในการพัฒนาเทคนิกใหม่ ๆ

ประวัติ

ประวัติตอนต้น

คณิตศาสตร์ถูกนำไปใช้กับชีววิทยาตั้งแต่สมัยคริสต์ศตวรรษที่ 19

ฟริตซ์ มึลเลอร์ (Fritz Müller) อธิบายประโยชน์เชิงวิวัฒนาการของสิ่งที่ตอนนี้ถูกเรียกว่าการเลียนแบบของมึลเลอร์ (Müllerian mimicry) ในปีค.ศ. 1879 และนับเป็นคนแรกที่ใช้เหตุผลทางคณิตศาสตร์ในนิเวศวิทยาเชิงวิวัฒนาการ เพื่อแสดงให้เห็นว่าผลกระทบของการคัดเลือกโดยธรรมชาติจะมีอิทธิพลมากเพียงใด เว้นแต่จะนับคำโต้เถียงของมาลธัสเกี่ยวกับผลกระทบของการเติบโตทางประชากรที่ส่งผลกระทบต่อชาลส์ ดาร์วิน: มาลธัสอ้างว่าการเติบโตจะเป็นแบบ "เรขาคณิต" ในขณะที่ทรัพยากรณ์ (ความสามารถในการรับรองของสิ่งแวดล้อม) สามารถเติบโตแบบเลขคณิตเท่านั้น

การเติบโตเมื่อไม่นานมานี้

ความสนใจในด้านนี้ได้ขยายอย่างรวดเร็วตั้งแต่ปีค.ศ. 1960 โดยมีเหตุผลบางประการดังนี้:

• การเติบโตอย่างรวดเร็วของชุดสารนิเทศซึ่งอุดมไปด้วยข้อมูล เนื่องจากการปฏิวัติทางจีโนมิกส์ ซึ่งเข้าใจได้ยากหากไม่มีเครื่องมือเชิงวิเคราะห์
• การพัฒนาของเครื่องมือทางคณิตศาสตร์ เช่น ทฤษฎีความอลวน เพื่อช่วยในการเข้าใจกลไกที่ซับซ้อนไม่เชิงเส้นในชีววิทยา
• การเพิ่มขึ้นของพลังคอมพิวเตอร์ ซึ่งช่วยในการคำนวณและการจำลอง ในแบบที่เป็นไปไม่ได้ในสมัยก่อน
• ความสนใจที่เพิ่มขึ้นในการทดลองแบบ in silico ซึ่งใช้คอมพิวเตอร์เพื่อเลียนแบบ เนื่องจากข้อกังขาทางศีลธรรม ความเสี่ยง ความไม่น่าเชื่อถือ และความซับซ้อนอื่น ๆ ซึ่งตามมากับการวิจัยในคนและสัตว์

บันทึก

1. "There is a subtle difference between mathematical biologists and theoretical biologists. Mathematical biologists tend to be employed in mathematical departments and to be a bit more interested in math inspired by biology than in the biological problems themselves, and vice versa." Careers in theoretical biology
2. Robeva, Raina; และคณะ (Fall 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. |access-date= requires |url= (help)
3. Mallet, James (July 2001). "Mimicry: An interface between psychology and evolution". PNAS. 98 (16): 8928–8930. doi:10.1073/pnas.171326298.

แหล่งข้อมูลอื่น

• The Society for Mathematical Biology
• Theoretical and mathematical biology website
• Konrad Lorenz Institute for Evolution and Cognition Research
• Complexity Discussion Group 2016-01-12 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
• BioCybernetics Wiki, a vertical wiki on biomedical cybernetics and systems biology^{[ลิงก์เสีย]}
• Bulletin of Mathematical Biology 2012-10-06 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
• European Society for Mathematical and Theoretical Biology
• Journal of Mathematical Biology^{[ลิงก์เสีย]}
• Biomathematics Research Centre at University of Canterbury
• Centre for Mathematical Biology at Oxford University
• Mathematical Biology Systems of Differential Equations from EqWorld: The World of Mathematical Equations
• The Collection of Biostatistics Research Archive
• Statistical Applications in Genetics and Molecular Biology 2006-04-20 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
• The International Journal of Biostatistics 2006-03-23 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
• Theoretical Modeling of Cellular Physiology at Ecole Normale Superieure, Paris
• Biomathematics in the Philippines 2016-01-30 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
• BioMath Modeler