Matemaattinen biologia

Matemaattinen biologia eli teoreettinen biologia (joskus myös biomatematiikka tai matemaattinen ja teoreettinen biologia) on tieteidenvälinen eli poikkitieteellinen tutkimusala, joka pyrkii mallintamaan biologisia prosesseja matemaattisin menetelmin. Matemaattisilla malleilla on sovelluksia muun muassa solu- ja molekyylibiologiassa, fysiologiassa ja populaatioekologiassa. Differentiaaliyhtälöt, osittaisdifferentiaaliyhtälöt, differenssiyhtälöt ja stokastiset yhtälöt ovat esimerkkejä biologisia prosesseja kuvaavissa malleissa käytetyistä menetelmistä.

Matemaattinen biologia eroaa kokeellinen biologia, joka keskittyy tieteellisten teorioiden testaamiseen kokeiden avulla.^[1] Alaa kutsutaan joskus matemaattiseksi biologiaksi tai biomatematiikaksi korostaakseen matemaattista puolta, tai teoreettiseksi biologiaksi korostaakseen biologista puolta..^[2] Teoreettinen biologia keskittyy enemmän biologian teoreettisten periaatteiden kehittämiseen, kun taas matemaattinen biologia keskittyy matemaattisten työkalujen käyttöön biologisten järjestelmien tutkimisessa, vaikka näitä termejä käytetään joskus toistensa sijasta.^[3][4]

Matemaattisen biologian tavoitteena on biologisten prosessien matemaattinen esittäminen ja mallintaminen hyödyntäen sovelletun matematiikan tekniikoita ja työkaluja. Se voi olla hyödyllinen sekä teoreettisessa että käytännön tutkimuksessa. Järjestelmien kuvaaminen kvantitatiivisella tavalla tarkoittaa, että niiden käyttäytymistä voidaan simuloida paremmin, ja siten voidaan ennustaa ominaisuuksia, jotka eivät välttämättä ole kokeilijan havaittavissa. Tämä edellyttää tarkkoja matemaattisia malleja. Elävien järjestelmien monimutkaisuuden vuoksi teoreettinen biologia hyödyntää useita matematiikan aloja, ja on myötävaikuttanut uusien tekniikoiden kehittämiseen.^[5]

1. ↑ What is mathematical biology | Centre for Mathematical Biology | University of Bath bath.ac.uk. Arkistoitu 23.9.2018. Viitattu 7.6.2018.
2. ↑ "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 Arkistoitu 2019-09-14 Wayback Machine
3. ↑ Longo G, Soto AM: Why do we need theories? Progress in Biophysics and Molecular Biology, October 2016, 122. vsk, nro 1, s. 4–10. PubMed:27390105 PubMed Central:5501401 doi:10.1016/j.pbiomolbio.2016.06.005 Artikkelin verkkoversio.
4. ↑ Montévil M, Speroni L, Sonnenschein C, Soto AM: Modeling mammary organogenesis from biological first principles: Cells and their physical constraints. Progress in Biophysics and Molecular Biology, October 2016, 122. vsk, nro 1, s. 58–69. PubMed:27544910 PubMed Central:5563449 doi:10.1016/j.pbiomolbio.2016.08.004 arXiv:1702.03337
5. ↑ Robeva R, Davies R, Hodge T, Enyedi A: Mathematical biology modules based on modern molecular biology and modern discrete mathematics. CBE: Life Sciences Education, Fall 2010, 9. vsk, nro 3, s. 227–40. The American Society for Cell Biology. PubMed:20810955 PubMed Central:2931670 doi:10.1187/cbe.10-03-0019