什么是数学生物学以及它为什么有用？VIP免费

学科进展什么是数学生物学以及它为什么有用？AvnerFriedman近年来人们见证了生物科学中前所未有的进展.其中最看得见的进展也许就是人类基因组计划的完成——朝向对人类机体的分子遗传理解的第一步.随后的非编码基因的发现以及对遗传/蛋白质机理的更深刻的理解,以革命性的步伐继续推进着生物学的发展.有关与癌症以及诸如阿尔茨海默氏症1、帕金森氏病2和肌萎缩性脊髓侧索硬化症3的斗争以及诸如艾滋病(AIDS)、病媒昆虫4和抗生素耐药性(Antibioticresistance)的健康威胁管理方面的进展不断得到报道.社会大众急切地想了解基本研究是怎样通过对疾病机制以及更好的医学治疗迅速转化为人们更长久和更好的生活质量.相应地,许多生物科学的研究课题安排在国家研究日程中的优先地位.蕴含在这些报道的大标题背后的是包括医学成像、纳米生物工程和基因表示阵列在内的基础科学和技术的惊人的进步.这些技术已经迅速生成了结构松散的海量数据集并能使研究人员以此来阐明基本的生物医学的运行机制和途径.这种试验结果的激增挑战了研究人员综合这些数据并从中抽取知识的能力.因此,需要进行定量分析的模型的涌现以及大量数据集的存在与公众对生________________________________________________________原题:WhatisMathematicalBiologyandHowUsefulisit?译自：NoticesoftheAMS,v.57(2010),no.7,851–857.AvnerFriedman是俄亥俄州立大学的杰出大学教授和设在该校的数学生物学研究所的前任所长.他的电子邮箱的地址为afriedman@mbi.osu.edu.1阿尔茨海默氏病(Alzheimer’sdisease,AD)，一种老年痴呆症，也称为阿尔茨海默病(Alzheimerdisease),老年性痴呆的阿尔茨海默型(seniledementiaoftheAlzheimertype,SDAT),原发性退化性痴呆的阿尔茨海默氏症的类型(primarydegenerativedementiaoftheAlzheimer'stype,PDDAT).—译注2帕金森氏病(Parkinson'sdisease),也称为帕金森病(Parkinson's,Parkinsondisease,PD).—译注3肌萎缩性脊髓侧索硬化症(Amyotrophiclateralsclerosis，ALS),也称为卢格里格病(LouGehrig'sdisease),这是一种运动神经元疾病.著名物理学家斯蒂芬·霍金(StephenHawking)和吉他手杰森·贝克尔(JasonBecker)就是还活着的肌萎缩性脊髓侧索硬化症病人.—译注4病媒昆虫(Insectdiseasevectors),在流行病学中两个传输传染病原体的昆虫或任何活的载体.—译注物科学中不断加速的进展的强烈支持的结合为数学科学提供了巨大的机会.为了成功开发这种机会就要求数学家学习生物学家的语言,以使数学家在施加数学的威力之前就能够清楚地理解基本的生物学原理.尽管我们可以期望数学科学中已经确立的方法将会得到立即的应用,但是生物科学中基本问题的定量分析无疑需要新的思想和新的技巧.确实,从更长时期的观察来看,生物学的应用开创了数学研究中的新领域,例如,反应扩散方程中的模式生成以及序列对比5中提出的组合学问题.在美国的数学系、统计系、计算机科学系和生物系以及医学研究所中的生物统计中心早就有若干数学生物学研究小组.此外,源自数学生物学的个别课题也已经成为美国现有的数学研究所的研究课题中的专题.不过,比之于生物科学的需求而言当前数学生物学研究界的规模相对说来还是很小的.所以,需要鼓励数学家和统计学家进入到数学生物学的领域,并且要比以前更加系统地培育新一代的研究人员.正是这些挑战促进了我们在俄亥俄州立大学成立了数学生物学研究所(MathematicalBiosciencesIstitute,MBI),作为由美国科学基金会的数学科学学部(NSF/DMS)资助创立的数学研究所之一.该研究所在2002年秋季开始运作,作为该研究所的首任所长,我亲身经验了我们数以千计的既有数学家也有生物学家的访问学者的激情.在本文中我将和数学界的同仁分享我作为该研究所所长和研究人员所获得的知识和信息.什么是数学生物学?如果物理学的单元是原子,那么生命的单元就是细胞;但是细胞远为复杂.哺乳动物的一个细胞通常包含3亿个分子.有的分子非常大,例如DNA的分子由几百万个原子组成.但是细胞并不仅仅是巨大的分子集成.例如就DNA-RNA-蛋白质体系而言,细胞保持着它的分子之间的控制和秩序.细胞吸收养分并生成生物质能(biomass)以完成诸如...