¿Se puede entender la vida con Matemáticas?

Cuando pensamos en Biología, probablemente imaginamos células observadas al microscopio, animales, plantas, ecosistemas, genes o el funcionamiento del cuerpo humano. Si pensamos en Matemáticas, en cambio, aparecen números, ecuaciones, funciones, gráficas o estadísticas. A primera vista pueden parecer dos disciplinas bastante alejadas entre sí: una estudia la vida y la otra trabaja con números y relaciones abstractas. Sin embargo, basta con observar un poco más de cerca para descubrir que las matemáticas se han convertido en una herramienta fundamental para comprender muchos de los fenómenos que estudia la Biología.

Esta relación resulta especialmente importante cuando estudiamos los ecosistemas. En la naturaleza, las especies no viven aisladas, sino que interactúan constantemente entre ellas y con el entorno. El aumento de una población de depredadores puede provocar la disminución de sus presas y, a su vez, esa reducción puede terminar afectando posteriormente al número de depredadores. Los científicos utilizan modelos matemáticos para intentar representar estas relaciones y comprender cómo pueden evolucionar las diferentes poblaciones. Las ecuaciones permiten convertir un sistema natural extremadamente complejo en un modelo que podemos estudiar, aunque siempre teniendo presente que ningún modelo puede reproducir perfectamente toda la realidad.

Las matemáticas también tienen una enorme importancia en genética. Cuando estudiamos cómo se transmiten determinadas características de una generación a otra aparecen inmediatamente conceptos relacionados con la probabilidad. Podemos calcular la posibilidad de que una descendencia herede determinados alelos o estudiar cómo se distribuyen ciertas características dentro de una población. Lo que comenzó con los experimentos de Mendel y sus famosos guisantes terminó abriendo un campo en el que probabilidades, proporciones y análisis estadísticos ayudan a comprender algunos de los mecanismos fundamentales de la herencia.

Pero la Biología actual va mucho más allá de observar organismos o realizar experimentos en un laboratorio. Hoy somos capaces de obtener cantidades gigantescas de información sobre el ADN de los seres vivos. Un genoma contiene millones o incluso miles de millones de elementos que deben ser comparados, clasificados y analizados. Resultaría imposible estudiar semejante cantidad de información simplemente observándola, por lo que áreas como la bioinformática combinan Biología, Informática, Estadística y Matemáticas para encontrar patrones dentro de enormes conjuntos de datos.

La estadística es precisamente una de las herramientas matemáticas más importantes para cualquier investigador en Biología. Imaginemos que queremos saber si un determinado tratamiento produce un efecto sobre el crecimiento de unas plantas. No sería suficiente con observar que una de ellas ha crecido más que otra. Necesitaríamos realizar experimentos con diferentes muestras, recoger los resultados, comparar los datos y determinar si las diferencias observadas son suficientemente consistentes o podrían deberse simplemente al azar. Las herramientas estadísticas permiten precisamente analizar esos resultados y obtener conclusiones basadas en evidencias.

Algo parecido ocurre cuando estudiamos enfermedades y epidemias. Para comprender cómo se propaga una enfermedad dentro de una población necesitamos conocer cuántas personas pueden contagiarse, cómo se producen los contactos, durante cuánto tiempo puede transmitirse la infección o qué efecto tienen determinadas medidas de prevención. Con toda esa información pueden construirse modelos matemáticos que ayuden a estudiar diferentes escenarios y comprender mejor cómo puede evolucionar una epidemia. Las matemáticas no nos dicen exactamente qué ocurrirá con cada persona, pero permiten analizar tendencias y tomar decisiones utilizando la información disponible.

Incluso el propio cuerpo humano puede estudiarse mediante modelos matemáticos. La evolución de la concentración de una sustancia en la sangre, el crecimiento de determinadas células, los ritmos biológicos o muchos procesos fisiológicos pueden representarse mediante funciones. En todos estos casos, las matemáticas permiten describir cómo cambia una determinada variable con el tiempo y estudiar relaciones que pueden resultar difíciles de detectar únicamente mediante la observación.

Esta unión entre disciplinas ha provocado que actualmente existan profesionales que trabajan precisamente en la frontera entre las Matemáticas y la Biología. Biólogos computacionales, bioestadísticos, especialistas en bioinformática, genetistas, epidemiólogos e investigadores utilizan programación, estadística y modelos matemáticos para estudiar problemas relacionados con la salud, el medioambiente, la evolución o la genética. Para muchas de estas profesiones, trabajar con datos y comprender las herramientas matemáticas resulta tan importante como conocer los propios procesos biológicos que están investigando.

Todo esto permite mirar de otra manera algunos contenidos que estudiamos en clase. Las funciones dejan de ser únicamente expresiones que tenemos que representar sobre unos ejes cuando descubrimos que pueden ayudarnos a estudiar cómo crece una población. La probabilidad adquiere otro significado cuando la utilizamos para comprender la herencia genética, y la estadística deja de ser simplemente una colección de medias, tablas y gráficos cuando descubrimos que permite decidir si los resultados de una investigación científica aportan realmente evidencias.

Quizá esa sea una de las conexiones más interesantes entre las Matemáticas y la Biología. La naturaleza es extraordinariamente compleja y no podemos reducir la vida a unas cuantas ecuaciones, pero las matemáticas nos proporcionan herramientas para encontrar patrones dentro de esa complejidad, formular hipótesis, analizar enormes cantidades de información y comprender mejor algunos de los procesos que ocurren continuamente a nuestro alrededor.

Por eso, cuando observamos una célula, estudiamos la evolución de una especie, investigamos nuestro ADN o intentamos comprender cómo se extiende una enfermedad, puede parecer que estamos hablando exclusivamente de Biología. Sin embargo, detrás de muchas de las preguntas que los científicos intentan responder aparecen números, probabilidades, estadísticas, funciones y modelos. Una vez más, las matemáticas nos demuestran que no viven únicamente dentro de los libros de texto: también pueden ayudarnos a comprender algo tan complejo y fascinante como la propia vida.