In ciuda faptului ca matematica este adesea descrisa ca stiinta de baza, adesea nu i se acorda suficient credit atunci cand sunt prezentate descoperiri stiintifice. Dar contributia matematicii si statisticii este esentiala si a transformat domenii intregi de cercetare – multe descoperiri nu ar fi fost posibile fara ea. De fapt, ca matematician, am contribuit la descoperiri stiintifice si am oferit solutii la probleme pe care biologia inca nu le rezolva.
Acum sapte ani, am participat la o prelegere despre unele cercetari biologice care avea loc la Universitatea Heriot-Watt. Colegii mei au avut o problema nerezolvata, legata de miscarea unor structuri asemanatoare pungi numite vezicule care misca hormoni si neurotransmitatori, cum ar fi insulina sau serotonina, in jurul celulelor si al corpului.
Problema lor consta in faptul ca veziculele erau cunoscute ca urmaresc urme specifice de-a lungul scheletului celular, ceea ce duce la molecule speciale care au determinat apoi vezicula sa-si elibereze continutul in celula. Cu toate acestea, cand biologii insisi au incercat sa gaseasca aceste urme, acestea nu se aflau in locurile asteptate.
Este important sa intelegem cum se comporta veziculele sau, de fapt, se comporta gresit, deoarece acestea au fost legate de afectiuni precum diabet si tulburari neurologice. Biologii se straduiau sa gaseasca o modalitate de a intelege veziculele – dar aveam o solutie in trusa mea de instrumente matematice.
Matematica poate invinge biologia
Dupa doi ani de colaborare, le-am spus colegilor: „experimentele mele cu modelul si computerul sunt mai bune decat microscopul tau!”
Ceea ce am vrut sa spun prin aceasta afirmatie destul de increzatoare a fost ca, folosind matematica pentru a modela modul in care moleculele se misca intr-o celula, am putea prezice si rula mai multe experimente pe un computer la o scara mai mica si o viteza mai rapida decat un microscop. Ne-ar putea permite sa descoperim lucruri pe care resursele biologului nu le-au putut si chiar ne-ar putea indruma in directia moleculelor tinta pentru tratamentele viitoare ale diabetului si tulburarilor neurologice.
Modelul matematic ne-a permis sa recunoastem ca miscarea veziculelor necesita energie – iar matematica o modeleaza printr-un peisaj energetic. S-a imaginat ca o vezicula sa fie ca un biciclist care merge pe bicicleta – peisajul poate avea tronsoane de nivel usor, dar si dealuri care necesita mai multa energie pentru a trece peste ele, asa ca am vrut sa testam daca au evitat de fapt aceste dealuri.
Dupa sapte ani de lucru in parteneriat cu biologii, eu si colegii mei am demonstrat ca ipoteza noastra este corecta. Veziculele urmaresc „vaile” cu energie mai mica in peisaj, evitand moleculele care creeaza dealurile cu energie inalta in peisajul energetic – luand calea cea mai usoara. Rezultatul general este exact acelasi pe care l-au gasit biologii – veziculele ajung in aceeasi locatie finala si reutilizeaza rute similare din nou si din nou. Dar diferenta consta in modul in care o fac si nu a fost urmarind scheletul celular, asa cum credeau biologii mai intai, ei iau o cale mai usoara. Arata cu adevarat puterea matematicii si cum poate schimba modul in care vedem lucrurile.
Modelele matematice va permit sa capturati multi gigaocteti de date brute intr-o forma compacta intr-un mod care este imposibil pentru un biolog cu un microscop. Puteti face modificari la model cu usurinta si puteti arata cum se poate schimba comportamentul veziculelor in timpul bolii, cand acestea sunt perturbate sau mutate. Ar putea apoi sa dezvaluie ce molecule sa vizeze in studiile viitoare de tratament – si sa puna bazele pentru modelarea mai ampla si mai amanuntita a proceselor biologice complexe.
Integrarea microscopiei de ultima ora cu biologia celulara si modelarea matematica ar putea fi aplicata la multe alte probleme din biomedicina si va accelera descoperirea in anii urmatori. Miscarea moleculelor si a altor componente celulare este doar un exemplu in care puterea matematicii este de neegalat, dar nu este in niciun caz limita sa.
Util este o subestimare
Matematica este adesea criticata de public pentru lipsa aplicatiilor din „lumea reala”, dar este aplicata la multe probleme din lumea reala tot timpul. Contaminarea apelor subterane, prognoza financiara si economica, inaltimea penelor in eruptiile vulcanice, modelarea proceselor biologice si livrarea medicamentelor sunt doar cateva locuri in care matematica face o diferenta enorma.
Sunt mandru sa spun ca am fost co-autor al unei lucrari impreuna cu colegii mei din biologie si sper sa vad mai multi matematicieni venind in prim-plan pentru cercetarea stiintifica in viitor. Matematica joaca un rol central in atat de multe dintre descoperirile stiintifice ale lumii si merita un rol principal in mai multe publicatii academice. Putere pentru matematician – ei sunt in spatele mai multor descoperiri decat crezi.
