I corpi umani sani sono bravi a regolare:le nostre temperature rimangono intorno ai 98,6 gradi Fahrenheit, non importa quanto sia calda o fredda la temperatura intorno a noi. I livelli di zucchero nel nostro sangue rimangono abbastanza costanti, anche quando beviamo un bicchiere di succo. Manteniamo la giusta quantità di calcio nelle nostre ossa e fuori dal resto del nostro corpo.

Non potremmo sopravvivere senza quel regolamento, chiamato omeostasi. E quando i sistemi si guastano, i risultati possono causare malattie o, A volte, Morte.

Nelle presentazioni al meeting annuale dell'American Association for the Advancement of Science, i ricercatori hanno sostenuto che la matematica può aiutare a spiegare e prevedere tali guasti, potenzialmente offrendo nuovi modi di trattare i sistemi per prevenirli o risolverli quando le cose vanno male. L'incontro si è tenuto praticamente all'inizio di quest'anno a causa della pandemia di COVID-19.

L'omeostasi "è un fenomeno biologico e i sistemi biologici non funzionerebbero senza di essa, " disse Marty Golubitsky, uno dei relatori e un illustre professore di scienze naturali e matematiche presso l'Ohio State University. "E se tu avessi dettagliato, modelli matematici precisi, potresti esplorare numericamente quei sistemi, trova i luoghi in cui questo controllo avviene davvero, e poi potresti stimare come le cose vanno male e come potresti essere in grado di correggerlo."

Gli scienziati hanno una buona conoscenza delle ragioni biologiche per cui avviene tale regolazione:alcuni sistemi nei nostri corpi devono rimanere costanti per funzionare e mantenere in vita i nostri corpi. La matematica dietro di esso, anche se, è meno certo.

Ma comprendere l'omeostasi, compresa la previsione dei suoi cambiamenti e il calcolo dei modi per mantenere il corpo regolato nonostante i guasti nei sistemi del corpo che gestiscono tali regolamenti, potrebbe essere un modo per fornire cure mediche mirate alle persone che ne hanno bisogno, ha detto Janet Best, co-autore di alcune delle ricerche alla base delle presentazioni e professore di matematica presso l'Ohio State.

"Questo fa parte della medicina di precisione, " ha detto il migliore, che è anche co-direttore del Mathematical Biosciences Institute dell'Ohio State. "Le persone sono diverse, e hai bisogno di un modello che possa funzionare su persone diverse. E pensiamo che sia quello che abbiamo sviluppato qui".

I ricercatori dell'MBI e di altre istituzioni che studiano come la matematica e la biologia si intersecano hanno costruito modelli per spiegare come il corpo mantiene l'omeostasi in una varietà di sistemi. Al centro di questi modelli c'è un grafico, un concetto matematico che cerca di spiegare come gli oggetti si relazionano tra loro. (Se hai studiato algebra o geometria al liceo, probabilmente hai imparato alcune delle basi della teoria dei grafi.)

Golubitsky e Best hanno affermato che la teoria dei grafi può aiutare a spiegare e prevedere i cambiamenti dell'omeostasi nel corpo. quella spiegazione, dicono, potrebbe essere utile per i biologi e altri che cercano modi per intervenire quando l'omeostasi si rompe. Questa rottura causa una serie di problemi:troppo glucosio nel sangue di una persona, Per esempio, o non abbastanza calcio nelle ossa.

Le presentazioni dell'AAAS si sono concentrate sia su un grafico che modella il modo in cui il corpo regola i livelli di dopamina attraverso l'omeostasi, sia su come la teoria dei grafi aiuta a identificare le proprietà dei grafici che possono aiutare a prevedere l'omeostasi. Golubitsky e Best hanno descritto come la dopamina e gli enzimi che la scompongono possono essere rappresentati come una formula matematica associata a un grafico.

Hanno mostrato che, calcolando le variazioni nei nodi, potrebbe essere possibile calcolare o prevedere i cambiamenti nei livelli di dopamina. Questo approccio potrebbe essere esteso ad altri sistemi, Golubitsky ha detto, anche se sono necessari studi futuri per saperlo con certezza. Lo studio è già in corso, Egli ha detto.

"L'omeostasi è un'area abbastanza importante in biologia che se la matematica può contribuire a qualcosa, è un successo, " Egli ha detto.