Биометрия — это прикладная наука, которая использует методы математики и статистического анализа массовых явлений применительно к биологическим объектам (представителям всех царств живой природы).
Биометрия как область знания
Можно отметить тот факт, что в настоящее время понятие термина «биометрия» не до конца сформировано. Иногда его отождествляют с математической статистикой, вариационной статистикой в биологии. Это происходит потому, что в данных областях знаний используются такие методы как вегетационные и полевые опыты, агрономические наблюдения.
Постепенно биометрия превратилась в описательную науку точного характера, основанную на измерениях. Вследствие этого возникла необходимость в применении методов математической статистики для решения актуальных биологических задач.
Следует отметить тот факт, что биометрия преследует исключительно биологические цели, адаптируя методы математической статистики к специфике биологических исследований.
Предмет и методы биометрии
Предметом биометрии может служить любой биологический объект. В результате наблюдения за ним фиксируются некие количественные и качественные показатели. Методы биометрии применяются в опытном деле. Математические исследования необходимы для того, чтобы обеспечить правильную оценку объектов, имеющих различную и изменчивую природу.
Например, число зерен в колосьях одного и того же сорта пшеницы на одной и той же делянке может быть совершенно различным. Объективную информацию можно в подобном случае можно получить только при использовании результатов учета, анализа, определенной статистической обработки.
Варьирование – это свойство живых организмов отличаться друг от друга внутри однородной совокупности.
Анализ варьирования является актуальным методом биометрии и отражает различия живых организмов в группе.
Среди вариационных признаков пшеницы можно отметить:
- высоту растения;
- продуктивная кустистость;
- стекловидность и площадь листьев.
В зависимости от всех этих параметров формируются различные объемы урожая.
Все числовые выражения биологических признаков и изменения их величин, которые анализируются в биометрии, называются вариантами.
Все биометрические данные принято делить на два класса:
- физиологические или относящиеся к форме тела. Например, к таким данным относят: отпечатки пальцев, ДНК, распознавание лица, ладонь руки, запах или голос;
- поведенческие, которые связаны с поведением человека. К ним относят: речь или походку.
Ключевыми понятиями биометрии можно назвать:
- «генеральную совокупность»;
- «выборку».
Генеральная совокупность – это совокупность всех объектов (единиц), относительно которых предполагается делать выводы при изучении конкретной задачи.
Выборка – это часть генеральной совокупности элементов, которая охватывается экспериментом (наблюдением, опросом).
История биометрии
Как и любая другая наука, биометрия имеет богатую историю развития. Она возникла в 19 веке, но ее корни уходят еще в работы Декарта, который ввел понятие переменная величина. Также в 17 веке зародились такие науки, как:
- теория вероятности;
- математическая статистика.
Эти науки легли в основу создания теории выборочного метода. При этом основная задача исследователей сводилась к тому, чтобы доказать теоретическую часть выборки и судить о состоянии целой популяции организмов. Большие достижения в данной области были достигнуты А. Кетле. Он сформулировал вывод о том, что при помощи математических методов возможно выявить статистические закономерности, действующие в массовой среде.
Ученый Пирсон развивал учение о различные кривые распределения, которые встречаются в биологии. Он ввел в науку понятие среднего квадратичного отклонения. Сам термин «биометрия» в научном обиходе был использован Ф. Гальтоном. Ученый основал журнал «Биометрика» в 1901 году. 20 век дополнил эту область знаний математико-статистическими методами, а также биометрия стала использовать методику дифференциального и интегрального исчисления. Все эти методы применялись в ходе исследования численности организмов, даже группы патогенных особей.
Также большой вклад в развитие биометрии внесла теория «малой выборки». Она была обоснована В. Госсетом, который оперировал выборками небольшого объема и открыл закон применения к малым выборкам распределения среднего объема по этим выборкам.
Также существенный вклад в дальнейшее развитие биометрии Р.Э. Фишер, который разработал метод дисперсионного анализа и ввел в биометрию понятие «степень свободы». В России также большой вклад в развитие биометрии внесли А.В. Леонтович, А.И. Чупров, Н.А. Плохинский, Г.Ф. Лакин.
Многие ученые сегодня утверждают, что биометрия становится по своей сути биоматематикой. В настоящее время значительно возросла роль методов математической статистики в биологических исследованиях, агрономии. Возможности биометрии многократно увеличились благодаря компьютеризации и внедрению технологических инноваций во все области знаний.
Таким образом, биометрия является весьма перспективной областью междисциплинарного знания, она расширяет границы многих наук, взаимодействует с генетикой, медициной, селекцией и др., например, биометрия помогает генетике в процессе исследования механизма появления мутантных генов, приводящих к гибели животных.
Данные биометрии показывают, что доля аномальных генов у гетерозиготных генов значительно больше, чем у гомозиготных. Обнаружение таких генов начинается с изучения родословных животных в ряду поколений и проходит анализ генов у их близкородственных видов. Подобное синтетическое единство, находящееся внутри биологического знания, делает возможности науки более соответствующими современным запросам.
