Biomatematica

La biomatematica è l'uso di strumenti matematici per l'analisi di questioni e problemi in biologia. È una disciplina scientifica che ricorre anche all'uso di concetti matematici per lo studio di problemi nelle scienze ambientali e nella medicina.

Prima di procedere oltre, è importante notare che, a causa della complessità degli esseri viventi, non è possibile trattare tutte le dimensioni di un processo biologico con un approccio matematico. Questo è il motivo per cui sono necessarie delle riduzioni per semplificare la realtà e quindi rendere l'approccio fattibile.

La biomatematica, conosciuta anche come biologia matematica, mira ad applicare tecniche matematiche per indagare i problemi biologici. Il biologo teorico Nicolas Rashevsky è considerato il padre della biomatematica, avendo presentato il primo testo scientifico sull'argomento nel 1938.

La biomatematica oggi si basa sulla modellazione e sull'uso di equazioni differenziali. Per sintetizzare la realtà biologica, si ricorre alla modellizzazione "traducendo" gli elementi in studio in un linguaggio matematico. Questa modellazione è di solito effettuata con equazioni differenziali, risultando in un sistema che può contenere decine di equazioni. I computer, a questo punto, sono indispensabili per risolvere i sistemi e trovare così le funzioni che permettono la descrizione dei fenomeni.

La biomatematica, insomma, è un'area multidisciplinare dove si incontrano matematici, biologi, fisiologi, chimici e fisici. Questo incontro richiede il superamento delle barriere linguistiche e filosofiche per raggiungere la comprensione reciproca e generare conoscenza.

È una risorsa molto importante per diverse ragioni. Per esempio, gli strumenti matematici continuano a svilupparsi a un ritmo favorevole e promettente e possono essere di grande aiuto agli scienziati che cercano di capire certi meccanismi biologici troppo complessi. Tra l'altro, per questi casi non lineari, si può approfittare delle conoscenze raccolte dalla teoria del caos.

La teoria del caos è la branca di alcune scienze come la fisica, la biologia e la matematica, tra le altre, che si concentra sullo studio di alcuni tipi di sistemi dinamici complessi e non lineari con una forte tendenza a variare nelle loro condizioni iniziali. Basta una piccola variazione in una tale istanza perché il comportamento futuro mostri differenze considerevoli, rendendo impossibile prevedere i risultati a breve termine.

Un'altra ragione per cui la biomatematica è così importante e sta godendo di un buon momento in termini di accettazione da parte della comunità scientifica è che i processori dei computer stanno diventando sempre più potenti, a limiti che erano inimmaginabili a metà del 20° secolo. Questo non solo si traduce in un maggior grado di elaborazione grezza, ma ci sono diversi tipi di processori specializzati in diverse aree.

Viste le caratteristiche della biologia e i problemi che si propone di studiare e risolvere, le simulazioni che possono essere effettuate sui computer di oggi sono di particolare rilevanza. L'intelligenza artificiale, d'altra parte, è uno strumento in piena espansione che può far risparmiare un sacco di tempo di ricerca se usato correttamente per sfruttare l'esperienza raccolta dal computer per evitare di ripetere errori e per anticipare potenziali insidie, oltre a raggiungere conclusioni con un sorprendente livello di precisione.

Un altro punto a favore della biomatematica è che evita la terribile sperimentazione animale che non sarebbe mai dovuta esistere. Elimina anche la necessità di soggetti umani, grazie all'uso delle suddette simulazioni al computer, tra le altre risorse che permettono di stimare i risultati tramite calcolo.