Biometry Teori Matematika

Biologi Matematika dan Teoritis: Perspektif Eropa

Biologi Matematika dan Teoritis: Perspektif Eropa – Seorang ahli biologi teoretis yang sedang mendaki gunung bertemu dengan seorang gembala yang sedang tidur. Gembala bangun tampak terganggu. Dia menawarkan ahli biologi teoretis salah satu dombanya sebagai hadiah jika dia mampu menghitung jumlah pasti hewan dalam kawanannya.

Biologi Matematika dan Teoritis: Perspektif Eropa

thebigvantheory – Ahli biologi teoretis memperkirakan jumlahnya dengan sempurna dan pergi untuk mengambil hadiahnya. Yang membuat sang gembala terheran-heran, ahli biologi teoretis itu gagal mengenali bahwa ia tanpa sadar telah memilih anjing gembala itu alih-alih seekor domba. Kisah ini sering disampaikan sebagai lelucon dengan cukup baik merangkum prasangka umum, tetapi juga mengungkapkan beberapa kebenaran tentang biologi teoretis dan matematis.

Baca juga : Menggunakan Matematika untuk Menjelaskan Teori Ilmiah

Melansir science, Saat ini biologi teoretis/matematis sedang booming; saat ini tampaknya menawarkan banyak perspektif dan kemungkinan yang menjanjikan bagi ahli matematika dan ahli biologi yang tertarik secara teoritis. Pembentukan banyak lembaga, kurikulum, dan jaringan penelitian baru di tingkat Eropa mencerminkan lonjakan minat ini; ambil, misalnya, jaringan Marie Curie UE yang saat ini diluncurkan, “Pemodelan, Metode Matematika dan Simulasi Komputer untuk Pertumbuhan dan Terapi Tumor.” Tetapi ledakan seperti itu menimbulkan kecurigaan: Apakah ini iseng? Atau apakah biologi matematika menawarkan jangka panjang yang solid perspektif?

“Data hutan” kontemporer, yang sebagian besar berasal dari metode biologi molekuler yang baru tersedia dan pengembangan kemampuan pemrosesan komputer, bertanggung jawab atas ledakan yang lebih baru dalam biologi matematika. Karena abad ke-20 adalah ”abad fisika”, abad baru mungkin menjadi ”abad biologi,” meskipun ini tentu saja sulit untuk dinyatakan pada awal abad seperti tahun 2004!

Sejarah Eropa yang kaya

Mungkin mengejutkan bagi sebagian orang bahwa biologi matematis/teoretis bukanlah hal baru. Ada akar Baltik, Inggris, Prancis, Jerman, Italia, dan Rusia yang berasal dari akhir abad ke-19. Kebutuhan akan metode biologi teoretis sangat didorong oleh sejumlah besar data baru yang muncul dari pengamatan ilmiah pada waktu itu (misalnya, dari ekspedisi ke negara-negara kolonial) dan teknik eksperimental baru yang muncul. Eksperimen Mendel yang terkenal, dan komunikasi yang bermanfaat antara ahli biologi eksperimental dan matematikawan terapan pada tahun 1930-an, menandai awal dari genetika populasi dan merupakan mani bagi biomatematika. Pada awal tahun 1896, profesor Inggris K. Person menerapkan teknik statistik standar dari kurva probabilitas dan garis regresi pada data genetik.

Bersama dengan spesialisasi dari disiplin ilmu terkait seperti bioinformatika dan biofisika, metode matematika semakin diterapkan pada sistem biologis. Aplikasi yang agak baru dan panas terletak di bidang bioteknologi, biologi perkembangan, imunologi, penyakit menular, dan terapi tumor. Terlepas dari kebutuhan untuk mengembangkan model khusus untuk masalah biologi dan medis yang sangat terspesialisasi, biologi matematika membantu mengidentifikasi pola umum, misalnya, untuk mengekstrak prinsip umum dari sistem yang kompleks. Pemahaman yang lebih baik tentang prinsip-prinsip tersebut kemudian dapat dimanfaatkan untuk aplikasi teknologi; lihat misalnya proyek RTD Eropa BISON (teknik yang diilhami Biologi untuk pengaturan mandiri dalam jaringan dinamis).

Dukungan kelembagaan untuk interdisipliner matematika-biologi masih berkembang. Ketika saya memulai studi sarjana saya di bidang matematika di Universitas Mainz, Jerman, pada 1980-an, izin khusus diperlukan agar biologi diterima sebagai mata pelajaran minor. Pada masa itu mata pelajaran minor yang umum adalah fisika dan ekonomi. Sudah selama hari-hari sekolah, saya tertarik pada matematika dan biologi. Jadi apa pilihan saya? Saya berkonsultasi dengan seorang profesor biologi yang menyarankan saya untuk berkonsentrasi pada gelar matematika murni dan kemudian masuk ke biologi, misalnya, melalui gelar Ph.D.

Ini ternyata menjadi nasihat yang sangat bagus, dan itu masih berlaku sampai sekarang. Sedangkan biologi memiliki struktur modular – bidang yang berbeda seperti biologi sel, evolusi, atau ekologi dapat dipelajari cukup independen satu sama lain – matematika mengikuti urutan berurutan dan akumulatif. Seseorang membutuhkan pengenalan dasar-dasar seperti analisis, aljabar linier, dan analisis numerik sebelum seseorang dapat melanjutkan dengan topik lanjutan seperti persamaan diferensial atau stokastik. Saya akan merekomendasikan menyelesaikan gelar master matematika, dan sekarang ada kemungkinan untuk berspesialisasi dalam biomatematika (di Jerman, misalnya, di Universitas Bonn dan Greifswald dan Universitas Humboldt di Berlin).

Perjalanan pribadi melalui matematika dan biologi

Dalam tesis master saya, saya mengembangkan skema pengkodean untuk komputer bank berdasarkan apa yang disebut register geser linier. Pembimbing saya adalah Prof. A. Beutelspacher. Kuliahnya menawarkan kesenangan intelektual yang luar biasa karena dia mencoba mengomunikasikan ide-ide matematika dengan cara yang dapat dimengerti; dia jelas memiliki ”misi matematika”. Prof. Beutelspacher baru-baru ini membuka Museum Matematika yang sukses di Giessen.

Untuk Ph.D. Saya kuliah di Universitas Bremen, di mana saya menemukan ketertarikan saya pada pola-pola alami saat merancang eksperimen dan model matematika dari pola pertumbuhan jamur yang mencolok di bawah pengawasan ahli biologi sel Prof. L. Rensing dan ahli matematika Prof. A. Dress. Menjadi jelas bahwa melakukan ‘eksperimen basah’ dan ‘pemodelan kering’ tidak layak dalam perspektif jangka panjang karena kedua aspek (antar)disiplin tersebut sangat menuntut.

Jadi saya pindah ke kelompok biologi teoretis Prof. W. Alt di Universitas Bonn dan berkonsentrasi pada pengembangan dan analisis model untuk sistem sel yang berinteraksi; contoh sistem sel yang berinteraksi adalah pertumbuhan mikroorganisme atau tumor. Saya menyelesaikan habilitasi saya pada ”Pemodelan Otomasi Seluler Pembentukan Pola Biologis” di Universitas Bonn.

Setelah intermezzo yang bermanfaat dihabiskan di Institut Max Planck untuk Fisika Sistem Kompleks di Dresden, saya menjadi kepala departemen baru di sana–Metode Komputasi Inovatif di Pusat Komputasi Kinerja Tinggi, dipimpin oleh Prof. WE Nagel, di Universitas Teknik Dresden. Kelompok penelitian saya mencoba mengembangkan dan menganalisis model matematika, algoritme, dan simulasi dalam kerja sama yang erat dengan para ahli eksperimen dan dokter medis.

Untuk bekerja dalam biologi matematika, seseorang harus mampu mengidentifikasi masalah biologis yang dapat ditangani dengan metode matematika. Dalam praktiknya ini berarti memilih atau mengembangkan struktur matematika yang sesuai; ini adalah bagian pemodelan. Interpretasi hasil harus dilakukan dalam kontak dekat dengan eksperimentalis. Apa yang dibutuhkan, dan lebih sulit untuk didefinisikan, adalah “perasaan untuk masalah biologis” di tempat pertama. Keterampilan komunikasi tentu saja memainkan peran penting ketika bekerja di bidang interdisipliner seperti itu.

Menumbuhkan dukungan Eropa

Mengingat sejumlah besar data biologis yang sudah ada dan kemungkinan akan segera dibuat, tampaknya ada cukup banyak pekerjaan di luar sana untuk ahli biologi matematika selama beberapa dekade berikutnya. Perspektif karir akademik menjanjikan karena interdisipliner sangat didukung oleh program penelitian utama di tingkat Eropa dan nasional (misalnya, inisiatif Sistemologi BMBF ). Perspektif karir industri masih terbatas tetapi diharapkan tumbuh di masa depan.

MTBio (Network for Modeling and Theory in the Biosciences) adalah jaringan Jerman yang menyelenggarakan konferensi, kurikulum, dan sekolah serta menyebarkan informasi tentang posisi terbuka. Di tingkat pan-Eropa, ada European Society for Mathematical and Theoretical Biology (ESMTB). Masyarakat didirikan pada tahun 1991 dan merupakan organisasi nirlaba yang mempromosikan pendekatan teoretis dan alat matematika dalam ilmu kehidupan di Eropa dan konteks yang lebih luas. Tujuan ini dicapai dengan organisasi sekolah dan konferensi. Komunikasi kegiatan masyarakat dapat ditemukan baik secara online maupun melalui publikasi Komunikasi Eropa (keduanya juga memiliki rincian tentang kegiatan ESMTB lebih lanjut). Ada pengurangan biaya yang menarik untuk anggota siswa ESMTB; silahkan lihatSitus web untuk detailnya.

Sebuah kesempatan internasional yang sangat baik untuk bertemu orang-orang yang aktif di lapangan akan menjadi konferensi berikutnya yang diselenggarakan oleh ESMTB–Konferensi Eropa tentang Biologi Matematika dan Teoritis (ECMTB05), yang akan diadakan di Dresden, Jerman, 18-22 Juli 2005. Ketertarikan khusus bagi peneliti muda adalah ECMTB05 akan memiliki program pendampingan yang bertujuan membantu pendatang baru di lapangan untuk lebih mudah berhubungan dengan para spesialis.