三、數(shù)學(xué)與生物科學(xué)

三、數(shù)學(xué)與生物科學(xué)三、數(shù)學(xué)與生物科學(xué)三、數(shù)學(xué)與生物科學(xué)資料僅供參考文件編號：2022年4月三、數(shù)學(xué)與生物科學(xué)版本號：A修改號：1頁次：1.0審核：批準(zhǔn):發(fā)布日期：數(shù)學(xué)與生物科學(xué)在生物方面的動物捕食，我們可以利用數(shù)學(xué)模型建立捕食和被捕食間的競爭模型，就是數(shù)學(xué)在生物學(xué)方面的應(yīng)用。1.生物數(shù)學(xué)和DNA生物學(xué)家告訴人們說，一個生物的全基因組序列蘊藏著這一生物的起源、進化、發(fā)育等所有與遺傳性狀有關(guān)的信息。所有這些重要信息都寫在由4種堿基(A、T、G、C)組成的基因組DNA那條長長的雙鏈上。大自然各種生靈的千變?nèi)f化僅僅是由ATGC四個字母排列的變化導(dǎo)致?？梢娕帕惺亲罨镜模帕兄邪鴺O為豐富的信息。而在排列決定構(gòu)象、構(gòu)象決定功能的過程中就有不少數(shù)學(xué)問題?，F(xiàn)在知道構(gòu)成基因的DNA序列中很大部分是非編碼序列，即所謂的“垃圾DNA”，怎么區(qū)分編碼和非編碼序列？這就用到了數(shù)學(xué)，各種算法計算，通過比較，用已經(jīng)認(rèn)識的東西來比較還不認(rèn)識的東西。在語言學(xué)角度看，這些所謂的“垃圾DNA”與人類語言有相似處，即語言的冗余度[4]。要認(rèn)識這種語言可能涉及到很多數(shù)學(xué)問題，如數(shù)理語言、數(shù)理邏輯，甚至密碼學(xué)。而且已經(jīng)有人，如陳潤生教授等提出用密碼學(xué)方法來分析DNA。再如從基因變化預(yù)測疾病。我們知道有些基因突變是正常和必需的，有些突變則會致病。研究基因突變需要用到概率論等，從基因突變預(yù)測疾病則涉及到概率統(tǒng)計。自然科學(xué)每一個主要學(xué)科領(lǐng)域的革命性進展都或多或少地從數(shù)學(xué)那里得到力量，隨著數(shù)學(xué)越來越多地介入生命科學(xué)，給生命科學(xué)本身的發(fā)展帶來意想不到的結(jié)果。2.數(shù)學(xué)方法與醫(yī)學(xué)診斷X射線計算機斷層掃描儀（簡稱CT）被認(rèn)為是放射醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一次革命性突破。其原理是基于不同的物質(zhì)有不同的X射線衰減系數(shù)。如果能夠確定人體的衰減系數(shù)的分布，就能重建其斷層或三維圖像。但通過x射線透射，只能測量到人體的直線上的x射線衰減系數(shù)的平均值（是一積分）。當(dāng)直線變化時，此平均值（依賴于某參數(shù)）也隨之變化。能否通過這個平均值求出整個衰減系數(shù)的分布呢？人們利用數(shù)學(xué)中的拉東變換（拉東變換是奧地利數(shù)學(xué)家拉東在數(shù)學(xué)研究中首先推導(dǎo)出建立圖像的理論。）解決了這個問題，如今拉東變換已經(jīng)成為CT理論的核心。計算機數(shù)值診斷是醫(yī)學(xué)中應(yīng)用數(shù)學(xué)方法的另一個典型例子，即利用數(shù)學(xué)的信息理論、數(shù)據(jù)處理技術(shù)以及電子計算機這個強有力的工具，對病患者的癥狀表現(xiàn)和各種化驗及檢驗指標(biāo)進行數(shù)學(xué)加工和分析，作出疾病的定量診斷結(jié)果。數(shù)值診斷依賴于大量的歷史診斷記錄和對這些資料的數(shù)學(xué)處理方式。已診斷的病例越多，癥狀資料越詳細(xì)，處理方式越得當(dāng)，就越能得到較確切的診斷結(jié)果。由此可見，數(shù)學(xué)對資料的分析與管理給醫(yī)學(xué)診斷帶來了便利。3.數(shù)學(xué)模型與動物身上顏色借助數(shù)學(xué)模型方法，數(shù)學(xué)生物學(xué)家們解釋了為什么處于哺乳動物體積分布譜兩端的大象和老鼠身上的顏色比較均勻一致，而體型不特別大也不特別太小的動物（如斑馬、金錢豹等），它們身上的花紋就會很不尋常