Рафаэль Лаос-Бельтра: Том 28. Математика жизни. Численные модели в биологии и экологии.

В начале XX века Россия напоминала бурлящий котел. Глубокий экономический кризис и социальное недовольство, возникшие после поражения в русско-японской войне 1904–1905 годов и начала Первой мировой войны с Германией в 1914 году, привели к Октябрьской революции. Из-за этих событий физик-теоретик украинского происхождения Николай Рашевский(1899–1972) , который сегодня считается создателем математической биологии, вместе с супругой Эмилией покинул страну. Сменив несколько государств, в 1924 году Рашевские осели в США.

Оказавшись на американской земле, Рашевский приступил к работе в исследовательской лаборатории компании Westinghouse, где занялся изучением деления клеток. Таким образом, деление клеток впервые было рассмотрено с точки зрения физики и математики — подобный подход в те годы считался невероятно передовым.

В 1934 году Николай Рашевский (или, как его стали называть к этому времени, Николас Рашевски) получил должность старшего преподавателя кафедры физиологии Чикагского университета. Вскоре благодаря этому ученому произошли два события, имевшие большое значение для развития математической биологии.

В 1938 году была опубликована его первая научная статья по биоматематике, знаменитая «Биофизическая математика: физико-математические основы биологии».

В 1939 году Рашевски создал первый научный журнал, посвященный исследованиям в математической биологии, — The Bulletin of Mathematical Biology («Вестник математической биологии»).

С тех пор математическая биология прошла долгий и непростой путь, пока наконец не обрела статус полноценной научной дисциплины.

Николас Рашевскиосновал Общество математической биологии, а в 1939 году стал редактором первого журнала по этой дисциплине. Первоначальное название журнала — The Bulletin of Mathematical Biophysics («Вестник математической биофизики») — позднее сменилось на The Bulletin of Mathematical Biology («Вестник математической биологии»).

В последующие годы Рашевски занимался теоретической работой и применил теорию множеств и логику высказываний в исследованиях биологических систем. Он изучал различные общества и способы организации живых существ, а также иерархии, которые они образуют. Сегодня ответы на стоявшие перед ним вопросы кажутся очевидными: рассмотрим, к примеру, последовательность молекулы —> клетки —> ткани —> органы —> системы —> индивид —> популяция. Рашевски создал теорию биологических отношений — реляционную биологию, а также ввел понятие «множество организмов». Все эти открытия до недавнего времени оставались незамеченными большинством биологов, которых в основном интересовали полевые исследования или работа в лаборатории. Подлинный размах и возможности теоретического аппарата, терпеливо выстроенного Рашевски, стали очевидны лишь с возникновением так называемой биологии сложных систем. А развитие этой дисциплины, в свою очередь, было бы невозможным без распространения компьютеров.

Наверное, одной из важнейших особенностей первого этапа развития математической биологии, который мы будем дальше называть этапом зарождения биоматематики, стало влияние на нее физики. Это неудивительно, если учесть, что в 1921 году Рашевски преподавал теорию относительности в Праге. Подобно Эйнштейну, посвятившему последние годы жизни работе над «единой теорией», в 1960-е Рашевски пытался создать единую теорию биологии. Он мечтал выразить на языке математики биологические принципы, описывающие жизнь во всех ее проявлениях, будь то растения, животные или микроорганизмы.

Подобно другим физикам того времени, например Шрёдингеру, Рашевски также задавался вопросом: что такое жизнь? К сожалению, полет его фантазии оборвал сердечный приступ в 1972 году, а ответ на этот вопрос до сих пор не получен, хотя со смерти ученого прошло уже много лет.

Австрийская банкнота с портретом Эрвина Шрёдингера(1887–1961), лауреата Нобелевской премии по физике 1933 года и автора книги «Что такое жизнь?», опубликованной в 1944 году и оказавшей огромное влияние на развитие биологии.

В отличие от теоретического направления математической биологии, пионером которого был Рашевски, работы других ученых, например Карла Людвига фон Берталанфи, носили более прикладной характер. Фон Берталанфи родился в Австрии в 1901 году, учился в университетах Инсбрука и Вены, работал в Лондонском университете, различных канадских институтах, а закончил карьеру в Университете штата Нью-Йорк. Он внезапно умер от сердечного приступа в том же 1972 году, что и его коллега Рашевски. Хотя основным вкладом фон Берталанфи в науку стала общая теория систем, о которой мы поговорим позже, ему принадлежат и различные открытия в математической биологии. Так, в 1938 году он сформулировал знаменитое уравнение роста, которое в наши дни применяется в рыбоводческих хозяйствах.