Matemáticas para as Ciencias da Vida

juan jose nieto

Tradicionalmente as ciencias que estudan os seres vivos foron descritivas e, en certo senso, centrándose nos aspectos cualitativos. Nos últimos séculos, e non só nas ciencias da vida, estase a adoptar un enfoque máis cuantitativo. Iso é así grazas aos avances na teoría, nas técnicas e, por suposto, na inxente cantidade de datos dos que dispón a comunidade científica.

Da interacción das ciencias experimentais clásicas coas ciencias da vida teñen xurdido disciplinas como a Bioinformática, a Bioloxía Computacional, a Oncoloxía Matemática, as Redes Neuronais ou a Bioestatística. Na actualidade existen unidades ou departamentos con nomes como Biomatemática en universidades de gran prestixio (por exemplo na Universidade de California-Los Ángeles), ou o grupo de Medicina Matemática (na Universidade de Waterloo, Canadá).

A Biomatemática é o uso de modelos e técnicas matemáticas, estatísticas e computacionais para interpretar o mundo biolóxico.

“A Biomatemática é o uso de modelos e técnicas matemáticas, estatísticas e computacionais para interpretar o mundo biolóxico”

Un dos grandes retos no desenvolvemento dos modelos cuantitativos recollendo as interaccións dos organismos vivos e tendo en conta as distintas escalas, dende as microscópicas ata as macroscópicas. Outro dos grandes retos é o coñecemento do cerebro humano para o cal terá una gran relevancia a teoría das redes neuronais.

Gustaríame citar algúns exemplos sinxelos e clásicos:

John Snow foi un médico inglés precursor da epidemioloxía. A mediados del século XIX houbo unha epidemia de cólera en Londres. Snow marcou sobre un plano os casos e as fontes de auga. Un método estatístico-xeográfico primitivo. En 1854 localizou unha gran concentración de casos nunha das fontes situada no corazón da epidemia. Así puido conxecturar que o cólera podíase transmitir bebendo auga infectada. Porén, tal e como acontece de forma repetida ao longo dos tempos, as medidas preventivas suxeridas por Snow para impedir novos brotes non foron aceptadas nin postas en práctica ata despois da súa morte.

Célebre mapa do cólera en Londres, de John Snow.
Célebre mapa do cólera en Londres, de John Snow.

O Premio Nobel de Medicina en 1902, Sir Ronald Ross, descubriu que a malaria transmitíase pola picadura dos mosquitos grazas a un modelo matemático moi rudimentario que deseñou. O modelo era un sistema de ecuacións diferenciais ordinarias con dúas poboacións (os humanos e os mosquitos) que foron resoltas e lle permitiron conxecturar que a transmisión da enfermidade era debida á picadela dos mosquitos.

Alan Turing propuxo en 1952 un modelo matemático, consistente nun sistema de ecuacións diferenciais en derivadas parciais, para explicar algúns procesos embriolóxicos. Nese mesmo ano, Alan Lloyd Hodgkin e Andrew Huxley suxeriron un sistema de ecuacións diferenciais ordinarias para describir como se transmiten os potenciais de acción nas neuronas, merecendo no ano 1963 o Premio Nobel en Fisioloxía ou Medicina por ese traballo.

En 1960, René Thom, Medalla Fields en Matemáticas no ano 1958, explicou algúns dos aspectos da morfoxénese usando a súa teoría das catástrofes. Por certo, no Instituto Fields organizáronse recentemente unhas xornadas de traballo sobre Oncoloxía Matemática.

Nesta dirección teñen unha especial importancia os modelos matemáticos, sendo unha ferramenta moi relevante na investigación, por exemplo, en epidemioloxía, dinámica de poboacións, ecoloxía, toxicoloxía, fisioloxía ou bioloxía.

Se un é capaz de formular un modelo matemático, aínda de maneira sinxela, pero que capture a esencia do proceso, como foi o caso dos clásicos exemplos anteriores, a análise e simulación computacional pode botar luz sobre os procesos reais. Tamén pode servir para obter novos resultados teóricos pero que poden dar lugar a novas teorías, técnicas ou tratamentos.

Hai que ter en conta o comportamento, non só complexo, senón non lineal, da meirande parte dos sistemas dos seres vivos. Como resultado,o comportamento – que moitas veces parece imprecisable – non o é tanto senón que aínda non temos as ferramentas necesarias para o seu estudo.

As Ciencias da Vida son hoxe unha fonte inesgotable de inspiración de novos problemas cuantitativos

As Ciencias da Vida son hoxe unha fonte inesgotable de inspiración de novos problemas cuantitativos do mesmo xeito que nos séculos pasados foron os problemas físicos, desde os tempos do xigante científico Isaac Newton, Albert Einstein ou, máis recentemente, Stephen Hawking.

Ata no famoso Memorial Sloan Kettering Cancer Center existen profesionais utilizando sofisticados modelos matemáticos para avanzar no estudo do cancro.

A matemática xogará un papel primordial no futuro na investigación biomédica, tal e como ten asumido dende o seu inicio a Fundación CorBI (Coruña Biomedical Institute Foundation) apostando de maneira moi acertada, en primeiro lugar pola investigación de calidade, e por outro lado pola interacción entre a biomedicina e as matemáticas e a computación.

Non esquezamos que recentemente ten habido intentos de usar bases biolóxicas, en vez de silicio na base dos nosos ordenadores. Isto, xunto co desenvolvemento da computación cuántica, fará necesarias novas técnicas, materiais (biolóxicos ou non) e novos algoritmos axeitados ás futuras formas de computación.

Outro reto moi importante é como integrar a cantidade inxente de datos dos que temos ao noso dispor cos modelos tradicionais e os novos que poidan ir xurdindo. Deste xeito a xestión e a análise dos datos darán indicios para xerar novos modelos; ditos modelos unha vez validados dende o punto de vista científico servirán para mellorar as nosas predicións, tendo en conta os datos dispoñibles nun bucle de melloría continua.

As matemáticas poden servir para estudar os procesos da vida e para loitar contra o cancro. Teño que subliñar que a investigación básica, como é a investigación en matemáticas, case sempre pode non conducir a resultados prácticos de maneira inmediata. Pero temos moitos casos nos que ideas e conceptos teóricos axudan ao avance da ciencia e do benestar da humanidade.

Para rematar hai que preguntarse: como serán as matemáticas dentro de 5, 10 ou 50 anos?

Non o sabemos, pero para min non cabe dúbida de que serán as Matemáticas da Vida.

DEIXAR UNHA RESPOSTA

Please enter your comment!
POLÍTICA DE COMENTARIOS:

GCiencia non publicará comentarios ofensivos, que non sexan respectuosos ou que conteñan expresións discriminatorias, difamatorias ou contrarias á lexislación vixente.

GCiencia no publicará comentarios ofensivos, que no sean respetuosos o que contentan expresiones discriminatorias, difamatorias o contrarias a la ley existente.

Please enter your name here

Este sitio emprega Akismet para reducir o spam. Aprende como se procesan os datos dos teus comentarios.