Mathematical Models in Developmental Biology
作者：Jerome K.Percus, Stephen Childress
出版：高等教育出版社
索书号：Q132/P429/2022/Y
ISBN: 978-7-04-057034-2
藏书地点：武大外教中心
自然科学中的数学模型是一种数据的系统化，使得实验条件的变化可以通过少量模型参数的变化得到理想的反映。不用说，模型很少以这种方式开发。相反，它们是通过简化假设的潜在机制而构建的，它们最终的主要用途在于它们所提出的物理、化学和其他机制，这些机制随后容易得到实验验证。数学模型的优点是能够从名义上陌生的学科中汲取概念和技术，而随之而来的危险是，那些有助于现有学科独特性的特性可能由于缺乏普适性而被低估。
在本课程中，作者主要讨论从最初的单细胞卵细胞发展到多细胞动物。在过去的岁月里，自我矛盾的预形成概念很流行，在这种概念中，每个卵子都包含着最终会成长的成虫的缩影。想象如何放大和发展这个副本并不难，而且它也不是特别有趣。作者现在可以合理地确定，发育中的生物所使用的信息最初是以一种空间上无结构的形式存在的，而接下来的问题是如何解释后生现象，即动物从这种初始的无结构物质发展出高度复杂、高度可重复的空间结构。不应该以最极端的形式来理解这一点——在最初的卵中存在空间结构，它确实在随后的一些发育中起着重要作用，但它所产生的总信息对于定义发育过程所需要的信息量来说是很小的。数学模型层次的选择至关重要。它是否应该同时描述所有动物，动物类型以某种方式作为变量参数进入？这在早期开发中并不荒谬，所以我们会做一些类似的事情。相反，它是否应该“满足于”以一种统一的方式描述一个正在发育的动物身上可能发生的所有形态变化？这就是突变理论的目的，作者将在下一章中讨论。作者是否应该尝试描述单个卵的发育，还是应该对一群相似卵进行随机描述？随机方法确实是一个有用的工具。
在更详细的层面上：是否应该努力至少区分作为细胞类型标记的生化特性分化和模式形成的问题——以及由细胞和细胞外物质形成的组织的空间圈定——形态变化或形态发生的问题？我们当然会看到这在多大程度上是可行的。如果我们把细胞作为结构的单位来关注，那么我们要在多大程度上窥视潜在的生物化学才能控制它们的外在特性，在多大程度上我们可以用某种连续的准流体力学的方式来处理细胞群，也许是外部的生物化学场？我们能否利用细胞的力学特性作为某种中间连接，通过准分子相互作用来模拟细胞相互作用？这个问题列表和相关的模型类型可以毫不困难地扩大，甚至更容易地变成认识论。因此，作者将采取更为谨慎的路线，遵循发育生物学的传统阶段，在每个阶段都尽可能地组织现象学，但当必须追求特定类别生物的特定特性时，作者不会过度地挣扎。相当广泛的数学技术将不得不进入，很少会退出。
在1977-1978学年，作者承担了为柯朗数学科学研究所(CIMS)的研究生开设一门关于发育生物学数学模型的课程。在这门课程中介绍的大部分材料反映了当时最活跃的研究领域，主要涉及分叉和突变、生化模式形成和机械形态发生。然而，这门课程不可避免地朝着意想不到的方向发展，一些原创的研究也被纳入了讲座中。其他研究人员不时地要求复印当时油印的CIMS课堂笔记，最近出现了在目前的AMS课堂笔记系列中包括更新版本的兴趣。
在这些注释中所倡导的建模的性质和态度在其间的几年里发生了深刻的变化。在分子水平上对发育过程理解的迅速进展已经详细地揭示了30年前还只是高度推测的模型的机制。也许最戏剧性的变化发生在作者对图案形成的生化基础的理解上。随着作者对这些系统的了解不断扩大，在发育事件的分子指令和该事件最终结果的描述之间的中间水平上，数学建模的重要性似乎也有了新的认识。
作者在准备这本书时所面临的问题是，如何让人们了解最初的课程，同时也要努力使材料与时俱进，或者为以后的研究提供参考。事实上，作者在1977年选择的材料，虽然在当时可能还算及时，但很难说完全预见了随后几十年的工作。作者还想把其中一位作者(Percus) 2006年在Courant研究所的部分课堂讲稿纳入其中，这进一步扩展和扩展了材料。因此，它似乎更倾向于保留原始讲座的大部分内容，将它们适当地分组为专著格式，同时添加一些注释以提供到较新的文献的链接，并忽略在这期间出现的更精致的版本。有几个题目因为与笔记的主要兴趣无关而被省略了。虽然不能提供最先进的综述，但作者希望这个结果对对这一令人兴奋的应用研究领域感兴趣的数学家有用。
《发育生物学中的数学模型》一书于2022年由高等教育出版社出版，作者为Jerome K.Percus和Stephen Childress。
《发育生物学中的数学模型》一书，作者展现了发育生物学研究领域中的一些最新研究，讨论的主题主要包括模拟生物发展的简介，突变理论，模式形成，差异粘附和形态发生，运动的起源，趋化性，细胞增殖，脊椎动物的躯体形成，隔间，昆虫胚胎的分割。
《发育生物学中的数学模型》是生物学实验室不可或缺的工具用书，适用于发育生物学和生物信息学等相关专业的研究生和研究人员高年级本科生、研究生，也可作为教师的教学和科研参考书，亦可对对系统生物学感兴趣的计算机科学的研究生和研究人员有用。
《发育生物学中的数学模型》一书作为发育生物学专业研究读物，内容饱满详实、语言浅显易懂，除此之外，还包括一些其他的特点：
1.本书主要介绍了模拟生物发展，突变理论，模式形成，差异粘附和形态发生，运动的起源，趋化性，细胞增殖，脊椎动物的躯体形成，昆虫胚胎的分割，内容全面充实，读者能够从本书了解发育生物学中的数学模型的相关内容。
2.这本书中介绍的大部分材料反映了当时最活跃的研究领域，主要涉及分叉和突变、生化模式形成和机械形态发生。本书末尾的注释中所倡导的建模的性质和态度在其间的几年里发生了深刻的变化。在分子水平上对发育过程理解的迅速进展已经详细地揭示了30年前还只是高度推测的模型的机制。
3.这本书还想把其中一位作者(Percus) 2006年在Courant研究所的部分课堂讲稿纳入其中，这进一步扩展和扩展了材料。同时添加一些注释以提供到较新的文献的链接。
总的说来，《发育生物学中的数学模型》一书为想要了解发育生物学中的应用到的数学模型的人员提供了清晰的导读路径，作为发育生物学和生物信息学领域的一本前沿研究图书，是一本值得为想要涉足该领域的人员推荐的专业书籍。
本书目录：
前言
第1章 简介
1.1. 模拟生物发展
1.2. 早期阶段：简要概述
1.3. 一个例子：胚腔的形成
第二章 突变理论
2.1. 基本元素
2.2. 分类及应用
2.3. 局部结构的全局含义
第三章 模式形成
3.1. 生物模式
3.2. 反应-扩散系统:不均匀性的开端
3.3. 非齐次稳态
3.4. 多稳态机制
3.5. 一些应用程序
第四章 差异粘附和形态发生
4.1. 差动粘附分选细胞
4.2. 细胞聚集物的流变性
4.3. 形态动力学元素
第五章 运动的起源
5.1. 粘附的化学和几何
5.2. 平衡与稳定
5.3. 两栖动物的原肠形成
5.4. 薄层中的细胞运动
5.5. 黏附驱动结构动力学研究
5.6. 细胞基质粘附
5.7. 想象椎间盘外翻
第六章 趋化性
6.1. 开始黏菌聚集
6.2. 趋化性的其他方面
第七章 细胞增殖
7.1. 均匀的群体
7.2. 细胞分裂的环境控制
7.3. 干细胞动力学
7.4. 溶胶-凝胶转换
7.5. 介观的观点
7.6. 图灵动态分辨率
第八章 脊椎动物的躯体形成
8.1. 基本振荡
8.2. 时滞振子
8.3. 生化夹带和生化波
8.4. 时钟，波阵面，和体节凝结
第9章 隔间
9.1. 证据及其意义
9.2. 分区的非线性理论
第十章 昆虫胚胎的分割
10.1. 原型反应-扩散：一个组分
10.2. 预置模式激活
10.3. 反应扩散的进一步方面
10.4. 生长模式:雏肢芽
10.5. 昆虫影像盘
补充笔记
参考书目
索引
胡萌欣 武汉大学生命科学学院 博士