La Importancia de la Matemática en los Estudios Biológicos

Desde que el ser humano comienza su etapa escolar, comienza a escuchar una frase muy particular denominada “Las Tres Marías” y es una frase que surge para darle a ciertas disciplinas el adjetivo “difícil” y es que resulta ser muy usual como docente de la especialidad de Física encontrarme estudiantes que sin conocer esta asignatura presentan cierto temor y predisposición hacia estas disciplinas llamadas las tres marías. Sin embargo, surgen en mi ciertas inquietudes, ¿Qué ocurre con Biología? ¿Acaso ella no es una ciencia natural o exacta como lo es Física y Química?

Resulta que Física es la ciencia que estudia los fenómenos naturales, las leyes que rigen el universo y los expresa mediante un lenguaje matemático; por otra parte, la Química es de igual manera una ciencia, que estudia la estructura, composición y propiedades de la materia, también se encarga de la relación con la energía y los cambios que ocurren mediante las llamadas “reacciones químicas” y allí se encuentra mucha matemática involucrada. Mientras que la Biología según el Diccionario Oxford Languages es la “Ciencia que estudia la estructura de los seres vivos y de sus procesos vitales”.

Esta es una definición muy general, ya que existen diferentes ramas de la Biología como lo son la Zoología, Anatomía, Fisiología, Taxonomía, Botánica, Microbiología, Bioquímica, Biofísica, Genética, Ecología, Bioinformática, Biomedicina y Biotecnología, entre otras; todas ellas relacionadas con los seres vivos (humanos, plantas y animales). Entonces, al ser ella una ciencia natural, ¿No necesita apoyarse en la matemática?

Pues la verdad, es que la relación más antigua que existe, es la de la física y la matemática, son tan antiguas como ellas mismas. Sin embargo, no podemos decir lo mismo de la relación entre la matemática y la biología, más bien resulta una relación muy moderna, tanto así, que formalmente esta relación tiene apenas un siglo. No obstante algunas partes de la Biología donde la influencia de la matemática ha sido bastante fuerte, que se han vuelto tan matemáticas como puedan la serlo la mecánica y la Física Teórica, nos referimos a la Biocinética, la Biofísica y la Genética de las Poblaciones.

Ahora bien, existen dos grandes categorías de problemas biológicos en los que interviene la matemática, uno de ellos es concerniente al funcionamiento de los seres vivos, el otro al comportamiento de los seres vivos; y es precisamente en la segunda categoría donde se emplea la aplicación de métodos de la Estadística y del Cálculo de probabilidades. De hecho una de las ramas de la estadística que más se utiliza en los estudios biológicos es el relacionado a la planificación e interpretación de las experiencias.

Es importante acotar, que los métodos estadísticos se han convertido tan importantes en la Biología, que este no nada más se utiliza en pruebas decisorias o de verosimilitud de una teoría biológica, sino que también para que los resultados obtenidos realizados en una experiencia determinada puedan ser discutidos, es necesario que estén realizados sobre una base estadística.

Por otra parte, si hablamos del funcionamiento del ser humano, nos enfocamos básicamente en la Biofísica, la cual se centra en la aplicación de los fenómenos biológicos mediante las leyes de la física, e incluso de la química y el empleo del método matemático. Por ejemplo, en la Biofísica se estudia la cinética de las enzimas, las teorías de la morfología y la división celular, los agregados de las células, la estructura y funcionamiento del sistema nervioso, entre otros.

Es importante resaltar, que la Biofísica es parte de la Física, y que por ende tiene características muy propias de ella. Un ejemplo es que los seres vivos siempre pueden asimilar dos formas de energía, una de ellas es la química y la otra la de las radiaciones, a las que transforman utilizando procesos como acústica, mecánica, entre otras. Otro aspecto importante a estudiar en la materia viva es su excitabilidad, que es allí donde radica la importancia que en la Biofísica presentan los fenómenos umbrales de cantidad, calidad y duración del estímulo, para que de esta manera pueda existir en el ser humano una respuesta por parte del ser vivo en forma de sensación, tal como una contracción muscular, secreción glandular, entre otra; y de umbrales diferenciales para que estímulos distintos produzcan sensaciones diferentes.

De igual manera, también es propicio mencionar la Genética de Poblaciones, la Biocinética y la Epidemiologia las cuales se encuentran tan matematizadas como puede estarlo la Física, Siendo las principales aplicaciones las siguientes:

• Crecimiento de Poblaciones
• Epidemias
• Contaminación radiobiológica
• Procesos de difusión en Genética de Poblaciones
• Percepción de las formas visuales
• Otros fenómenos biológicos

La verdad es que son muy extensas y variadas las ideas que a partir de la Física y la Matemática se introducen en las restantes ciencias, sobre todo en la Biología y aunque ella no posee una dependencia del 100% de la matemática, si se apoya de ella para demostrar y conocer muchos de sus fenómenos.

Herrero, M. (2009). Las Matemáticas y la Biología: Un comentario de textos. [Documento en linea] Disponible en:https://repositorio.uam.es/bitstream/handle/10486/679816/EM_23_5.pdf?sequence=1&isAllowed=y

Maravall, D. (2013). La Importancia de las Matemáticas para la Biología y la Agricultura. [Documento en linea] Disponible en: https://rac.es/ficheros/doc/01103.pdf