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本帖最后由 FreeCell 于 2013-4-1 19:44 编辑
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$ A9 L4 V0 j r# ~4 E7 G) Y在数学的天地里，重要的不是我们知道什么，而是我们怎么知道什么——毕达哥拉斯
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2 T8 g4 j! c( {2 A0 F- W- z5 A一门科学，只有当它成功地运用数学时，才能达到真正完善的地步 ——马克思8 h. a1 W' k3 h
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2 @4 s: v) C$ j' o/ N+ w生物数学（Mathematical biology或biomathematics）是一个跨学科的领域，其主要目标是利用数学的技巧和工具为自然界，特别是生物学中的过程建模并进行分析。生物数学具有丰富的数学理论基础，包括集合论、概率论、统计数学、对策论、微积分、微分方程、线性代数、矩阵论和拓扑学,还包括一些近代数学分支,如信息论、图论、控制论、系统论和模糊数学等。生物数学的内容分为以下几个主要方面：
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# z5 j2 D0 @; s, a1 @生命现象数量化方法; m+ G9 y3 y j! g$ H7 L
所谓生命现象数量化，就是以数量关系描述生命现象。数量化是利用数学工具研究生物学的前提。生物表现性状的数值表示是数量化的一个方面。生物内在的或外表的，个体的或群体的，器官的或细胞的，直到分子水平的各种表现性状，依据性状本身的生物学意义，用适当的数值予以描述。数量化还表现在引进各种定量的生物学概念，并进行定量分析。如体现生物亲缘关系的数值是相似性系数。各种相似性系数的计算方法以及在此基础上的聚类运算构成数量分类学表征分类的主要内容。遗传力表示生物性状遗传给后代的能力，对它的计算以及围绕这个概念的定量分析是研究遗传规律的一个重要部分。多样性，在生物地理学和生态学中是研究生物群落结构的一个抽象概念，它从种群组成的复杂和紊乱程度体现群落结构的特点。多样性的定量表示方法基于信息理论。: \' V- u0 D" i
" a- T6 M5 O7 n* x9 e( _' ^数学模型方法
0 S' e5 B7 |! \, W% w 为了研究的目的而建立,并能够表现和描述真实世界某些现象、特征和状况的数学系统，称为数学模型。数学模型能定量地描述生命物质运动的过程，一个复杂的生物学问题借助数学模型能转变成一个数学问题,通过对数学模型的逻辑推理、求解和运算,就能够获得客观事物的有关结论，达到对生命现象进行研究的目的。) I: c. b2 r4 b$ H- x9 v K
) a6 A. z$ h+ U6 G7 P) w3 {: c综合分析方法6 F: C m) e( M9 L) J: X2 ~
由于那些片面的、孤立的、机械的研究方法不能完全满足生物学的需要，因此，在非生命科学中发展起来的数学，在被利用到生物学的研究领域时就需要从事物的多方面，在相互联系的水平上进行全面的研究，需要综合分析的数学方法。多元分析 适应生物学等多元复杂问题的需要、在统计学中分化出来的一个分支领域。它是从统计学的角度进行综合分析的数学方法。多元统计的各种矩阵运算体现多种生物实体与多个性状指标的结合，在相互联系的水平上，综合统计出生命活动的特点和规律性。: H X3 Y5 Z5 I9 J
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概率与统计方法4 d6 Z/ F- e8 B8 L7 O; u! s4 S0 K
生命现象常常以大量、重复的形式出现，又受到多种外界环境和内在因素的随机干扰。因此概率论和统计学是研究生物学经常使用的方法。
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6 ^" x4 C, Y/ Y不连续数学方法/ Z& }# x6 Q$ X2 l
不连续性是一切物质存在的基本属性。首先物质和能量两个最基本的概念是不连续的；再看生命现象，物种、个体、细胞、基因等等都是生命活动不连续的最小单位，不连续性表现尤其突出。因此，不连续的数学方法在生物数学中占有重要地位。6 j( O3 i4 s B2 Q# a
2 W( X9 D7 R1 h/ g) C. Q* E6 ~ v摘自：http://baike.baidu.com/view/71769.htm
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0 b7 I4 u$ M4 ^# S6 ]% _5 o" ~5 _% q2 O1 v( q, `
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以数学为基础的新兴生物学有：
7 e3 u" k! |+ U! I% k6 b! |! U系统生物学(systems biology). c; l5 @) s6 h( |8 ~* z# f2 l
研究生物系统组成成分的构成与相互关系的结构、动态与发生，以系统论和实验、计算方法整合研究为特征的生物学。20世纪中页贝塔朗菲定义“机体生物学”的“机体”为“整体”或“系统”概念，并阐述以开放系统论研究生物学的理论、数学模型与应用计算机方法等。系统生物学不同于以往仅仅关心个别的基因和蛋白质的分子生物学，在于研究细胞信号传导和基因调控网路、生物系统组成之间相互关系的结构和系统功能的涌现。! G6 Q \0 m. k6 [6 a4 [% S1 L
系统生物学的基本工作流程有这样四个阶段。首先是对选定的某一生物系统的所有组分进行了解和确定，描绘出该系统的结构，包括基因相互作用网络和代谢途径，以及细胞内和细胞间的作用机理，以此构造出一个初步的系统模型。第二步是系统地改变被研究对象的内部组成成分（如基因突变）或外部生长条件，然后观测在这些情况下系统组分或结构所发生的相应变化，包括基因表达、蛋白质表达和相互作用、代谢途径等的变化，并把得到的有关信息进行整合。第三步是把通过实验得到的数据与根据模型预测的情况进行比较，并对初始模型进行修订。第四阶段是根据修正后的模型的预测或假设，设定和实施新的改变系统状态的实验，重复第二步和第三步，不断地通过实验数据对模型进行修订和精练。第一到第三阶段，也就是以下的“整合”- 系统理论、“干涉”- 实验生物学和“信息”- 计算生物学等研究，即系统论和实验（experimental）、计算（computational）方法整合的系统生物学概念，目标就是要得到一个理想的模型，使其理论预测能够反映出生物系统的真实性。- p; X$ ~- L9 P- y+ F% i, r
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合成生物学（synthetic biology，逆向生物学）
7 Q. Y8 }' w; W7 e 是生物科学在二十一世纪刚刚出现的一个分支学科，与传统生物学通过解剖生命体以研究其内在构造的办法不同，合成生物学的研究方向完全是相反的，它是从最基本的要素开始一步步建立零部件。与基因工程把一个物种的基因延续、改变并转移至另一物种的作法不同，合成生物学的目的在于建立人工生物系统（artificial biosystem），让它们像电路一样运行。/ L" d8 b) @( X' X+ C4 Q O2 ]9 R
以造汽车为例，合成生物学把复杂的生命系统分解为各个元件，建立成标准的元器件库，将这些标准化的元器件进行组装，所以合成生物学研究的一个重要内容就是建立理想的载体细胞，用汽车来比喻就是理想的底盘，这样可以实现设计新的物种。
9 X, j' `% N; q$ b; n: ` 合成生物学将催生下一次生物技术革命。目前，科学家们已经不局限于非常辛苦地进行基因剪接，而是开始构建遗传密码，以期利用合成的遗传因子构建新的生物体。合成生物学在未来几年有望取得迅速进展，合成生物学将更有效的疫苗的生产、新药和改进的药物、以生物学为基础的制造、利用可再生能源生产可持续能源、环境污染的生物治理、可以检测有毒化学物质的生物传感器等。9 q( O" `' m. `, O1 n3 M. _' g
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发表于 2013-3-26 22:21
