A biologia tea³rica da população éum campo que vocêprovavelmente nunca ouviu falar, mas os problemas que ela enfrenta são assuntos familiares nas ciências naturais e sociais, na medicina e na saúde pública. Combinando biologia e matemática, ela tem sido usada para lidar com a passagem de genes atravanãs das gerações e da cultura atravanãs das comunidades, as relações entre predadores e presas, o fluxo de doenças entre as populações e - mais recentemente - a nossa resposta a uma pandemia global.

“Quando leio as nota­cias sobre modelos epidemiola³gicos que descrevem a disseminação do novo coronava­rus e as projeções sobre suas trajeta³rias em potencial, vejo em segundo plano os anos de modelos matema¡ticos abstratos que tornaram possí­vel produzir o trabalho imediato e relevante para a pola­tica que estãoacontecendo agora ”, disse Noah Rosenberg , professor de Genanãtica e Sociedade de População de Stanford e professor de biologia na Escola de Humanidades e Ciências de Stanford , especialista em biologia e genanãtica evolutiva matemática.

Os modelos atuais que informam a resposta a  pandemia do COVID-19, por exemplo, remontam ao trabalho tea³rico realizado desde a década de 1920. Sem sempre tendo em mente doenças especa­ficas, os teóricos construa­ram modelos epidemiola³gicos abstratos que destilaram a relação essencial entre populações de indivíduos susceta­veis, infectados e recuperados. Quase cem anos depois, essa mesma estrutura estãosendo personalizada para o coronava­rus, o que significa adicionar subpopulações - como pessoas assintoma¡ticas ou hospitalizadas - e detalhes específicos da doena§a, sobre exatamente como essas populações e subpopulações estãorelacionadas em termos de transmissão e recuperação cotações.

"Vocaª ouvira¡ as pessoas no noticia¡rio dizerem: 'Bem, precisamos fazer com que R0 diminua' ', mas eles provavelmente não sabem a matemática por trás desse número", disse Marcus Feldman , o Burnet C. e Mildred Finley Wohlford Professor na Escola de Ciências Humanas e Ciências. “Mas agora o R0, que sai da epidemiologia matemática, éum grande nega³cio. a‰ incra­vel como esses conceitos ganham dinheiro em momentos como esse. ”

Ao mesmo tempo em que esses estudiosos vaªem o poder de seu campo destacado pela resposta a  pandemia de coronava­rus, também reconhecem o 50º aniversa¡rio da revista Theoretical Population Biology , que Rosenberg atualmente dirige como editor-chefe. A revista foi criada em 1970 pelo matema¡tico de Stanford Samuel Karlin e Feldman - que fora aluno de Karlin e editor-chefe da revista por 41 anos. Nos anos seguintes, a biologia tea³rica da população cresceu em reputação e influaªncia, juntamente com os avanços na genanãtica, computação e ciência de dados.

Rosenberg descreve a pesquisa tea³rica em biologia populacional como "replicando caracteri­sticas do mundo dentro de um modelo matema¡tico". Os teóricos mergulham em sistemas naturais multidimensionais e provocam os principais atores e relacionamentos, e eles predizem as consequaªncias dasmudanças no sistema. Os modelos matema¡ticos resultantes representam o funcionamento interno da biologia em grande escala e a s vezes criam a arquitetura para futuros experimentos, investigações e ações.

Com o surgimento de big data e computadores poderosos, outras ciências quantitativas, como estata­stica e ciência da computação, juntaram-se a  matemática para contribuir com a biologia populacional. Ao contra¡rio dessas outras áreas, no entanto, que geralmente comea§am com dados e algoritmos, a biologia populacional tea³rica enfoca os pressupostos matema¡ticos e suas consequaªncias, elaborando a estrutura lógica de como os fena´menos biola³gicos se relacionam. Sua perspectiva a s vezes pode parecer contra-intuitiva na era do big data, mas éessencial para entender como os sistemas biola³gicos funcionam.

“Na maioria dos sistemas biola³gicos, temos muitas informações, e o processamento e a organização de todos esses dados podem depender de resultados matema¡ticos muito profundos. a‰ por isso que esse campo existe ”, disse Shripad Tuljapurkar , professor de estudos populacionais de Dean e Virginia Morrison e professor de biologia em Stanford.

Uma teoria sobre cooperação, por exemplo, poderia descrever processos acontecendo tanto em pessoas quanto em células cancera­genas. Modelos matema¡ticos subjacentes a s inferaªncias sobre as relações entre populações humanas (ou outros organismos dos quais foram retiradas amostras de DNA ou RNA) permitem que os pesquisadores desenvolvam hipa³teses sobre como essas relações surgiram. Kaleda Denton, uma estudante de graduação aconselhada por Feldman, estuda a conformidade - um vianãs na maneira como as pessoas adotam traa§os culturais - que éum fena´meno que afeta os seres humanos, mas também existe em moscas, peixes e pa¡ssaros.

"O tempo todo, as pessoas me perguntam sobre a 'aplicação do mundo real' do meu trabalho e o mais emocionante éque eu realmente não sei", disse Denton. "a‰ realmente interessante estudar algo que étão amplo, onde a teoria pode ser aplicada a muitas áreas diferentes da biologia, mas vocênão sabe necessariamente como seráaplicada."

O trabalho nesse campo geralmente tem um longo legado. Por exemplo, na década de 1980, Tuljapurkar desenvolveu fa³rmulas prevendo o tamanho da população em um futuro distante sob condições com diferenças ano a ano nas taxas de crescimento. As fa³rmulas tornaram-se aºteis nas últimas duas décadas para análises de viabilidade populacional em biologia da conservação e previsão demogra¡fica para aposentadoria e planejamento de seguridade social. Na década de 1970, os professores de Stanford, Luigi Luca Cavalli-Sforza e Feldman lançaram as bases para o subcampo da evolução cultural - inspirando a definição original de “meme” (versão cultural de um gene) muito antes de suas teorias informarem pesquisas urgentes sobre a disseminação de informações pela internet.

Sem saber para onde suas teorias levara£o, os bia³logos teóricos da população dependem de sua capacidade de detectar padraµes amplos em biologia e convertaª-los em modelos acessa­veis que, esperamos, levar a insights mais profundos.

“Decidir o que estudar écomo entrar em um riacho onde háperguntas, e vocêencontra um em que acha que pode contribuir de alguma forma”, disse Tuljapurkar. "a€s vezes, uma pergunta o fascina e outras, vocêpode ver que um fena´meno éclaramente um problema estata­stico e são precisa ser descoberto."

Os estudiosos que desenvolvem essa mentalidade tea³rica tem uma abunda¢ncia de assuntos que podem escolher em ciências tea³ricas e aplicadas, políticas de saúde ou ambientais e economia.

“O trabalho que vocêfaz como aluno fornece os germes de ideias e as técnicas certas para resolver um problema quando ele surgir. Perseguir um problema especa­fico torna-se uma questãode quais questões o excitam e em que vocêquer gastar seu tempo trabalhando ”, disse Feldman. "a‰ muito pessoal."

Apesar da longa história do campo, influaªncia generalizada e crescente popularidade, ainda érelativamente desconhecido. "a‰ quase como se o campo fosse notoriamente obscuro, mesmo dentro da biologia", disse Rosenberg. “Um dos revisores de nossa revista explicou bem isso usando uma anedota popular de Beethoven: quando um violinista criticou alguns dos quartetos de cordas de Beethoven, sua resposta foi: 'Oh, eles não são para vocaª, mas para uma idade posterior!' Algumas das ciências neste campo tem esse sabor. Mas com a pandemia, agora podemos ver que estamos vivendo mais tarde. ”