用數(shù)學(xué)方法對研究生物學(xué)有很大的幫助

　　計算機科學(xué)家阿蘭·圖靈（Alan Turing）就是最早提出可以用數(shù)學(xué)方法研究生物現(xiàn)象的人之一。1952年，他列出了兩個優(yōu)美的數(shù)學(xué)方程，為動物皮毛顏色如何形成提供了解釋。

　　圖靈提出的不同類型的動物花紋圖案

　　在更大的尺度上，數(shù)理生物學(xué)家還提出了控制致命流行病——如埃博拉出血熱——的方法，并確保用于這一目的有限資源能發(fā)揮盡可能高的效率。

　　數(shù)理生物學(xué)甚至還能應(yīng)用于政策的制定。例如，許多研究者已經(jīng)利用數(shù)學(xué)模型對漁業(yè)資源進行了分析，以制定更為現(xiàn)實的配額，確保我們不會過度捕撈漁業(yè)資源，同時保護某些非常重要的瀕危物種。

　　新浪科技訊 北京時間6月26日消息，據(jù)國外媒體報道，數(shù)學(xué)是科學(xué)的語言。從物理學(xué)到工程研究，從化學(xué)到生物學(xué)，數(shù)學(xué)既能幫助我們了解宇宙的起源，也可以確保建筑物不會被大風(fēng)吹倒，或許，它還能使生物學(xué)變得更加完整。

　　幾百年來，數(shù)學(xué)一直被用于相對簡單的物理系統(tǒng)建模，并且取得了非常不錯的效果。牛頓的萬有引力定律就是很好的例子。通過相對簡單的觀測，物理學(xué)家可以得出某條規(guī)律，對數(shù)十億公里以外的天體運行進行描述。相比之下，生物學(xué)一只被視為太過復(fù)雜，無法用類似的數(shù)學(xué)方法進行總結(jié)。

　　生物系統(tǒng)常常被歸為“復(fù)合體”，其含義是，由于眾多組成部分的復(fù)雜相互作用，生物系統(tǒng)會展現(xiàn)出所謂的“突發(fā)行為”——系統(tǒng)作為整體能展現(xiàn)出的特征是個體部分所不具備的。

　　這種生物復(fù)雜性經(jīng)常被誤解為生命力論（vitalism）。這種學(xué)說曾經(jīng)流行過很長時間，其基本理論是認為生物過程取決于某種不同于物理學(xué)和化學(xué)規(guī)律的力或原理。因此，有人根據(jù)生命力論提出，復(fù)雜的生物系統(tǒng)無法用數(shù)學(xué)方法進行驗證。

　　當(dāng)然，也有一些人對此提出了反對意見。在第二次世界大戰(zhàn)中因破解密碼而廣為世人所知的計算機科學(xué)家阿蘭·圖靈（Alan Turing）就是最早提出可以用數(shù)學(xué)方法研究生物現(xiàn)象的人之一。1952年，他列出了兩個優(yōu)美的數(shù)學(xué)方程，為動物皮毛顏色如何形成提供了解釋。

　　圖靈的工作不僅充滿美感，而且還是違反直覺的——這類工作只有像圖靈這樣的才人物才能想得出來。然而，令人扼腕的是，由于所處時代嚴峻的反同性戀法律，圖靈遭受到了非常殘酷的對待。兩年之后，經(jīng)過一段所謂的荷爾蒙“矯正”治療，圖靈最終選擇了自殺。

　　不過，在圖靈之后，數(shù)理生物學(xué)（mathematical biology）領(lǐng)域迎來了爆發(fā)。近年來，越來越多細致的實驗程序帶來了海量的生物學(xué)數(shù)據(jù)，為科學(xué)家進行深入分析提供了基礎(chǔ)。利用這些數(shù)據(jù)，科學(xué)家可以對此前深奧難懂的復(fù)雜生物系統(tǒng)提出更合理的假說。作為大自然的語言，數(shù)學(xué)的作用正在于此。

　　此外，過去60年來計算機運算能力的提升，也使我們能將復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型運用在生物系統(tǒng)上。通過對生物系統(tǒng)進行數(shù)學(xué)處理，結(jié)合計算機運算，科學(xué)家可以開發(fā)出精細的生物學(xué)模型，數(shù)理生物學(xué)也因此變得越來越流行。

　　進入21世紀，人類在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、生態(tài)學(xué)等領(lǐng)域遇到了許多棘手的問題，而數(shù)學(xué)已經(jīng)成為應(yīng)對這些問題的重要武器。通過對生物系統(tǒng)進行數(shù)學(xué)描述，接著利用得到的'數(shù)學(xué)模型，我們可以獲得一些無法用實驗和推理得出的結(jié)果。

　　如果我們想把生物學(xué)從描述性科學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)測性科學(xué)，就必須給予數(shù)理生物學(xué)非常重要的地位。舉例來說，這一學(xué)科將幫助我們避免致命流行疾病的出現(xiàn)，或者緩解疾病對人體的傷害。

　　過去50年來，數(shù)理生物學(xué)家在心臟的生理學(xué)研究中構(gòu)建了越來越復(fù)雜的計算模型。今天，這些極為精細的模型被用于更好地了解人類心臟的復(fù)雜功能。對心臟功能的模擬使我們能對新型藥物對心臟疾病的治療效果做出預(yù)測，而不必進行昂貴且有潛在風(fēng)險的臨床試驗。

　　科學(xué)家同時也在利用數(shù)理生物學(xué)研究疾病。通過數(shù)學(xué)免疫學(xué)方法，研究人員已經(jīng)闡明了人體免疫系統(tǒng)對抗病毒的機制，并提出了可能的介入方法，以使勝利的天平倒向人類一方。

　　在更大的尺度上，數(shù)理生物學(xué)家還提出了控制致命流行病——如埃博拉出血熱——的方法，并確保用于這一目的有限資源能發(fā)揮盡可能高的效率。

　　數(shù)理生物學(xué)甚至還能應(yīng)用于政策的制定。例如，許多研究者已經(jīng)利用數(shù)學(xué)模型對漁業(yè)資源進行了分析，以制定更為現(xiàn)實的配額，確保我們不會過度捕撈漁業(yè)資源，同時保護某些非常重要的瀕危物種。

　　數(shù)學(xué)方法的發(fā)展，將使科學(xué)家更好地了解許多不同的尺度上的生物系統(tǒng)。英國巴斯大學(xué)數(shù)理生物學(xué)中心的研究人員就對一些棘手的生物學(xué)問題進行了研究。一方面，他們嘗試開發(fā)出抑制蝗災(zāi)破壞效應(yīng)的策略，涉及的個體數(shù)量達數(shù)十億；另一方面，他們嘗試闡明胚胎正確發(fā)育背后的機制。

　　盡管數(shù)理生物學(xué)傳統(tǒng)上被認為是應(yīng)用數(shù)學(xué)的范疇，但顯而易見的是，自認為做純數(shù)學(xué)研究的數(shù)學(xué)家已經(jīng)在數(shù)理生物學(xué)革命中扮演著重要角色。例如，拓撲學(xué)理論被用于研究DNA折疊時的扭結(jié)問題；代數(shù)幾何被用于選擇最合適的生物化學(xué)相互作用網(wǎng)絡(luò)模型。

　　隨著數(shù)理生物學(xué)的發(fā)展，越來越多其他科學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)家被吸引而來，幫助解決生物學(xué)中許多重要而新奇的問題。圖靈的革命性理念盡管在他所處的時代中沒有得到足夠重視，但已經(jīng)宣告了生命力論的終結(jié)。生物學(xué)過程已經(jīng)不需要用某種神秘力量來解釋，而是分解成各種蘊含在數(shù)學(xué)中的化學(xué)和物理規(guī)律。

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