Piano nazionale Lauree Scientifiche - Triennio "2014-2016"

           Biomatematica                    

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Perché la Biomatematica?
Le relazioni ed intersezioni tra la Matematica e la Biologia, o più in generale le Scienze della Vita, sono antiche anche se spesso sconosciute. Basterebbe citare alcuni nomi dei personaggi coinvolti  per sottolineare questi importanti legami: Pitagora, Fibonacci, Cardano, Fourier, Gauss, von Helmholtz,  Riemann, Einstein, D'Arcy Thompson, Turing, Wiener, von Neumann. Sofisticati "strumenti" matematici sono stati utilizzati o sono emersi da applicazioni di carattere biologico, per esempio  lo sviluppo dello studio dei processi stocastici o dei metodi statistici a partire da problemi in genetica o epidemiologia. Certo, il dibattito riguardo l'utilità e l'applicabilità dei  modelli matematici in Biologia è aperto e non è raro imbattersi in argomenti "alla moda" che, pur essendo utili in alcuni ambiti, non possono essere "imposti" ovunque (anche alla Biologia). Inoltre il fatto che la conoscenza  ultima dei processi viventi sarà espressa nel linguaggio matematico non è sicuro ma, anzi, ritenuto da alcuni discutibile. Sicuramente è impossibile in un breve articolo riuscire a parlare delle varie influenze della Matematica sulla Biologia o viceversa: cercheremo di farlo attraverso alcuni esempi.  Occorre però osservare che, almeno fino ad oggi, la matematica è risultato uno strumento utile per compiere previsioni sul comportamento di alcuni modelli oppure ha fornito un utile linguaggio conciso per la descrizione di alcuni fenomeni. Contrariamente a quanto accaduto in altri ambiti, innanzi tutto in fisica teorica, la matematica non ha suggerito "spiegazioni" di fenomeni biologici.  La creatività matematica potrebbe però portare in dote anche alla biologia idee e spunti fecondi.   
Quali sono le aree considerate "importanti" della Biologia? Il National Research Council americano aveva identificato le seguenti (in ogni caso sono passati circa venti anni: è un elenco indicativo):
 Potrà sorprendere ma la Matematica ha influenzato quasi tutte queste aree. Più recentemente sono inoltre sorti settori nuovi e fortemente interdisciplinari, per esempio la Biologia Molecolare Computazionale.  Una delle grandi sfide in quest'ultimo campo di ricerca consiste nel costruire modelli per grandi  polimeri biologici (proteine, acidi nucleici, lipidi,…). In questo ambito  potremmo dire, anche se in modo un po’ superficiale, che il Biologo  descrive il disegno biochimico e cellulare, il Chimico riempie i dettagli atomici e molecolari, il Fisico estende il disegno a livello elettronico e di forze soggiacenti, il Matematico formula ed analizza appropriati modelli numerici ed algoritmi, l'Informatico e l'Ingegnere provvedono all'implementazione degli algoritmi e dei modelli (solitamente su computer ad alte prestazioni). Certo non si deve pensare ad una sorta di "catena di montaggio intellettuale" ma come una possibilità per una ricerca comune con una forte necessità interdisciplinare. In caso contrario si finirebbe con  l'immaginare una situazione tipica da barzelletta: "C'era una volta un matematico, un fisico, un biologo,…".  Vi sono anche casi in cui non è stata la Matematica ad interessarsi di "casi biologici" con tecniche o suggerimenti ma è stata la Biologia a fornire idee alla Matematica. Alcuni esempi: gli algoritmi genetici, le reti neurali, il DNA Computing. Un ulteriore esempio: "l'intelligenza di sciame": alcuni difficili problemi di ottimizzazione combinatoria sono stati affrontati partendo dall'osservazione del comportamento dei  cosiddetti insetti sociali, per esempio formiche o api.
Altri spunti interessanti si possono reperire dalle attività della Mathematics Awareness Week, 1999

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