Ian Stewart - Las matemáticas de la vida

L a teoría y la práctica matemática han ido siempre de la mano, desde los tiempos en que los primeros humanos grababan marcas en los huesos para registrar las fases de la Luna, a la actual búsqueda del bosón de Higgs usando el Gran colisionador de hadrones. El Cálculo de Isaac Newton nos dio información sobre el firmamento y, durante los tres últimos siglos, sus sucesores han desarrollado toda la física matemática: calor, luz, sonido, mecánica de fluidos, y más tarde la relatividad y la teoría cuántica. El pensamiento matemático se ha convertido en el paradigma central de las ciencias físicas.

Hasta hace muy poco, las ciencias naturales eran diferentes. En ellas, las matemáticas eran a lo sumo un sirviente. Se usaban para llevar a cabo cálculos rutinarios y comprobar la relevancia de los patrones estadísticos en los datos. No contribuían demasiado a un entendimiento conceptual o a su comprensión. No inspiraban grandes teorías o grandes experimentos. La mayoría del tiempo, bien podrían no existir.

Hoy, esta imagen está cambiando. Los descubrimientos modernos en biología han planteado una gran cantidad de preguntas importantes y muchas de ellas es poco probable que se respondan sin una aportación matemática significativa. La variedad de ideas matemáticas que se usan ahora en las ciencias naturales es enorme y las demandas en biología están estimulando la creación de unas matemáticas completamente nuevas, específicamente orientadas a los procesos de la vida. Los matemáticos y los biólogos de hoy en día trabajan juntos en algunos de los problemas científicos más difíciles a los que la raza humana se ha enfrentado nunca, incluyendo la naturaleza y el origen de la vida en sí mismo.

La biología será el gran campo a abordar matemáticamente del siglo XXI .

Las matemáticas de la vida celebra la rica variedad de conexiones que ya existen entre matemáticas y biología, desde el Proyecto Genoma Humano, pasando por la estructura de los virus y la organización de las células, a la forma y el comportamiento de organismos enteros y su interrelación en el ecosistema global. También mostrará cómo las matemáticas pueden arrojar una nueva luz sobre asuntos difíciles relacionados con la evolución, donde muchos procesos importantes o requieren mucho tiempo de observación, o sucedieron hace cientos de millones de años y han dejado solo un rastro misterioso.

Inicialmente, la biología trataba sobre las plantas y los animales. Luego, fue sobre las células. Ahora es principalmente sobre moléculas complejas. Para reflejar estos cambios en el pensamiento científico sobre el enigma de la vida, el libro empieza desde un conocimiento general y continúa con un recorrido histórico que condujo a los biólogos a centrarse cada vez más fuertemente en las estructuras microscópicas de los seres vivos, culminando con el ADN, la «molécula de la vida».

La mayoría del material discutido en el primer tercio del libro es, por tanto, sobre biología. Sin embargo, las matemáticas hacen una aparición temprana, planteando preguntas, desde la época victoriana a nuestros días, sobre la geometría de las plantas, para ilustrar cómo la biología ha motivado nuevas ideas matemáticas. Una vez el trasfondo biológico se ha establecido, las matemáticas se convierten en la parte central, desarrollándose desde una escala atómica hasta volver a alcanzar un nivel con el cual nos sentimos más cómodos, el nivel en el que todos nosotros vivimos. El mundo con hierba, árboles, ovejas, vacas, gatos, perros... y gente.

Las matemáticas que intervienen son muy variadas: probabilidad, dinámica, teoría del caos, simetría, redes, mecánica, elasticidad e incluso teoría de nudos. La mayoría de las aplicaciones que se discuten aquí son corrientes dominantes en la biología matemática: la estructura y función de las moléculas complejas que coordinan los procesos complejos de la vida, la forma de los virus, los juegos evolutivos que condujeron a la enorme diversidad de la vida en este planeta y que todavía ocurren hoy, las funciones del sistema nervioso y el cerebro, y la dinámica de los ecosistemas. También he incluido capítulos de la naturaleza de la vida y la posible existencia de formas de vida alienígenas.

La interacción entre matemáticas y biología es una de las áreas más apasionantes de las ciencias. Ya ha recorrido un largo camino en un corto período de tiempo. Solo el futuro nos mostrará cuán lejos se puede llegar. Pero una cosa os garantizo: va a ser una carrera excitante.

Ian Stewart

Coventry, septiembre de 2010