UNA INTRODUCCION AL USO DE MODELOS EN BIOLOGIA

TEMA 4.6. MÉTODOS EN BIOLOGÍA TEÓRICA Y
MODELIZACIÓN
1. INTRODUCCION AL USO DE MODELOS EN BIOLOGIA
 En el mundo real, cuando tratamos de interpretar un
fenómeno estamos observando sólo una parte de la
realidad, no conocemos el conjunto de la verdad.
 Cada investigador puede recopilar información sobre
diferentes aspectos de esa misma realidad, y plantea
hipótesis que son consistentes sólo con la parte de la
realidad que ha observado.
 El proceso no es infalible, aunque poner en común las
distintas observaciones e hipótesis planteadas nos puede
dar pistas para aproximarnos a la realidad que estamos
estudiando y pretendemos llegar a conocer.
En esencia, lo que hacemos para interpretar la realidad
que queremos estudiar es crear un MODELO (una
descripción) de un SISTEMA.
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4.6. MÉTODOS EN BIOLOGÍA TEÓRICA Y MODELIZACIÓN
 DEFINICIONES:
1. MODELO: Representación o descripción de una realidad
compleja (“un sistema”) en términos simples
2. SISTEMA: colección de objetos interrelacionados
3. OBJETO: unidad elemental sobre la que podemos hacer
observaciones, pero cuya estructura interna nos es
desconocida o no existe (“caja negra”).
4. DESCRIPCIÓN: señal que debe ser decodificada o
interpretada
 Utilizamos modelos para comunicar nuestra visión del
mundo.
 Los objetos que componen un sistema y las relaciones
entre ellos se definen por conveniencia, simplemente
porque nos son útiles.
 ¿CÓMO PODEMOS REPRESENTAR UN SISTEMA?
La forma más simple sería:
Entrada o
Input
Objeto
Salida o
Output
Ejemplo: input = cantidad de fertilizante
objeto = planta
output = crecimiento neto
No sabemos realmente cómo el input genera el output,
dado que no comprendemos exactamente el objeto.
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4.6. MÉTODOS EN BIOLOGÍA TEÓRICA Y MODELIZACIÓN
 USOS DE LOS MODELOS TEÓRICOS
Un modelo siempre debe ser menos complejo que el problema
real, es una aproximación abstracta de la realidad con
consideraciones y simplificaciones que hacen más manejable
el problema y permiten evaluar eficientemente las alternativas
de solución.
1. USOS GENERALES
 ENTENDER (SÍNTESIS): cuando conocemos el
input y el output y queremos determinar a partir de
ellos cómo funciona el objeto
 PREDECIR (ANÁLISIS): conocemos el input y el
objeto y queremos determinar cúal será el output.
 CONTROL (INSTRUMENTACIÓN): conocemos el
objeto y el output y queremos establecer el input
necesario para conseguir una condición concreta.
2. USOS RELACIONADOS:
 Utilización de modelos como marco conceptual a fin
de organizar o coordinar la investigación empírica
(ej. diseño experimental a partir de un modelo
preexistente)
 Mecanismo para sintetizar y resumir grandes
cantidades de datos (ej. todas las relaciones entre
dos variables x e y se reducen al modelo y = a + bx)
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4.6. MÉTODOS EN BIOLOGÍA TEÓRICA Y MODELIZACIÓN
2. CLASIFICACIÓN DE LOS MODELOS
1. CONCEPTUALES O VERBALES: descripciones en el
lenguaje convencional
2. DIAGRAMÁTICOS: representaciones gráficas de
ciertos objetos y sus relaciones (ej. diagrama del Ciclo
de Krebs)
3. FÍSICOS: construcción física de algo que asemeja el
objeto o sistema real (ej. modelo a escala reducida de
un coche para probar su aerodinámica)
4. FORMALES: descripción matemática, en general en
forma de ecuaciones
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4.6. MÉTODOS EN BIOLOGÍA TEÓRICA Y MODELIZACIÓN
 ALGUNOS TIPOS DE MODELOS MATEMÁTICOS
1. ¿Incluyen una representación matemática explícita de los
mecanismos implicados?
SI: Modelos mecanísticos
NO: Modelos descriptivos o fenomenológicos
2. ¿Incluyen una representación matemática de los estados
futuros del sistema?
SI: Modelos dinámicos
(ej. cantidad de espacio recorrido, a partir del
conocimiento de la velocidad del animal)
NO: Modelos estáticos
(ej. modelo de regresión lineal que relaciona dos
variables)
3. ¿Representan el tiempo como un continuo?
SI: Modelos continuos
NO: Modelos discretos
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4.6. MÉTODOS EN BIOLOGÍA TEÓRICA Y MODELIZACIÓN
4. ¿Se representa de forma matemática explícita el espacio?
SI: Modelos espacialmente heterogéneos
- Discretos: espacio representado en bloques, cada
uno de ellos homogéneo
- Continuos: cada punto en el espacio es distinto
NO: Modelos espacialmente homogéneos
5. ¿Permite los modelos acontecimientos aleatorios?
SI: Modelos estocásticos
NO: Modelos determinísticos
6. ¿Se obtienen las soluciones mediante argumentos
matemáticos y no por aproximación?
SI: Modelos analíticos
NO: Modelos por simulación o aproximación numérica
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4.6. MÉTODOS EN BIOLOGÍA TEÓRICA Y MODELIZACIÓN
3. PROPIEDADES DESEADAS EN LOS MODELOS
1. REALISMO: el grado en el que la estructura del
modelo se corresponde con el mundo real.
2. PRECISIÓN: cuánto se acercan las predicciones del
modelo (output) a lo observado en el mundo real.
3. GENERALIDAD: el número de situaciones o sistemas
a los cuáles aplica el modelo
 Ningún modelo puede maximizar las tres propiedades
simultáneamente, porque están en contradicción:
- MUCHO REALISMO = POCO GENERAL
o bien
- MUCHO REALISMO + MUY GENERAL = MUY IMPRECISO
 Debemos sacrificar una u otra dependiendo del uso
que queramos darle al modelo:
 ENTENDER: maximizar la Generalidad, aunque
sacrifiquemos la Precisión.
 PREDECIR: No requiere gran Generalidad.
Maximizar la Precisión, y conseguir bastante
Realidad
 CONTROL: Necesitamos mucha Realidad, pero
menos Precisión (podemos ir introduciendo
correcciones), e incluso menos Generalidad.
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4.6. MÉTODOS EN BIOLOGÍA TEÓRICA Y MODELIZACIÓN
4. MALOS USOS DE LOS MODELOS
 Un modelo es una herramienta, y puede usarse
incorrectamente.
 Los usos de los modelos dependen del grado de
conocimiento existente y de la calidad de los datos
obtenidos
 El uso de los modelos en condiciones inapropiadas
puede conducir a conclusiones terriblemente erróneas y
puede ser difícil (sobre todo si la matemática es
compleja) saber cuándo nos hemos desviado de la
realidad, creando el error.
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