Como la matemáticas se están convirtiendo en un componente cada vez más importante de los programas de pregrado de biología, se necesitaría un entendimiento más amplio del uso de modelos algebraicos, para la próxima generación de biólogos, que facilite nuevos avances en las ciencias de la vida, según investigadores de Sweet Briar College, y del Instituto de Bioinformática de Virginia (VBI) en Virginia Tech.
En el documento, "Mathematical Biology Education: Beyond Calculus", publicado el 31 de julio, en Science, el profesor Reinhard Laubenbacher, del VBI y la profesora de Ciencias Matemáticas, Raina Robeva, de Sweet Briar College, destacaron los modelos algebraicos como una de las diversas herramientas matemáticas necesarias en el desarrollo profesional de las jóvenes promesas científicas.
A pesar de esta crítica necesidad, los autores explican, que los modelos algebraicos han desempeñado un papel menos importante en los currículos que otros métodos.
Las futuras generaciones de biólogos utilizaran habitualmente las matemáticas y la informática para desarrollar hipótesis, diseñar experimentos y analizar los resultados.
Los modelos matemáticos de sonido son esenciales para este fin, y se utilizan actualmente en el campo de la biología de sistemas para entender las redes biológicas complejas.
Dos tipos de modelos matemáticos, en particular, se han estado utilizando con éxito en biología, para reproducir la estructura y dinámica de la red: modelos de tiempo continuo, derivados de ecuaciones diferenciales (modelos DE), que se centran en la cinética de las reacciones bioquímicas, aunque los modelos algebraicos de tiempo-discreto se construyen partiendo de funciones de variables de estado-finito, centrados en la lógica de las conexiones de variables de red.
Según Laubenbacher y Robeva, mientras que los modelos DE se han incluido con más frecuencia en los currículos de integración de matemáticas y biología, los modelos algebraicos también deberían considerarse como una importante formación de capacitación para estudiantes en todos los niveles educativos.
"Los modelos algebraicos de tiempo-discreto creados a partir de variables de estado-finito, como las redes booleanas, se utilizan cada vez más para modelos de una variedad de redes bioquímicas, incluyendo las metabólicas, como la regulatoria de genes, y en las redes de transducción de señales", explica Laubenbacher.
"A menudo, los investigadores no tienen suficiente cantidad de la información requerida para construir modelos cuantitativos detallados. Los modelos algebraicos necesitan menos información sobre el sistema para ser diseñados, lo que los hace muy útiles para casos en que la información cuantitativa está ausente.
Todo el trabajo que se dedica a su construcción puede utilizarse para construir modelos cinéticos detallados, cuando se dispone de información adicional. Además, los modelos algebraicos son mucho más intuitivos que los modelos de ecuaciones diferenciales, lo que los hace más fácilmente accesibles para los científicos".
El uso de modelos algebraicos es relativamente rápido, fácil y confiable para los estudiantes, a la hora de integrarlo como modelos matemáticos, en los cursos de las ciencias de la vida.
La creación de modelos algebraicos de redes bioquímicas requiere sólo una modesta sapiencia matemática, generalmente ya cursada. Sin las complejidades implicadas por enseñar a los estudiantes a construir modelos más complejos, los modelos algebraicos hacen que la introducción a los modelos matemáticos, en los cursos de ciencias de la vida, sean también más accesibles para los miembros del profesorado.
Según Robeva, "La cosa emocionante sobre modelos algebraicos, desde una perspectiva educativa, es que se pone de relieve ciertos aspectos de la moderna biología de hoy en día y que puede encajar fácilmente en los planes de estudios tanto de biología como de matemáticas.
A un nivel introductorio, se proporciona una rápida vía para la introducción de estudiantes de biología en la construcción y uso de modelos matemáticos dentro del contexto de los problemas contemporáneos, tales como la regulación de genes.
Y a un nivel más avanzado, el estudio y análisis de estos modelos que a menudo requieren sofisticadas teorías matemáticas.
Esto los hace perfecto para su inclusión en los cursos de matemáticas, donde la biología puede ofrecer un marco útil para muchas de las estructuras abstractas. Como educadores, debemos estar activamente buscando las mejores maneras de aprovechar esta oportunidad para avanzar en la biología matemática".
- Publicado en PhysOrg.com.
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