الإحصاء الحيوي: التاريخ ومجال الدراسة والتطبيقات - مادة الاحياء - 2025

في الإحصاء الحيوي هو العلم الذي هو جزء من الإحصاءات، وتطبيقها على غيرها من التخصصات في مجال البيولوجيا والطب، في المقام الأول.

علم الأحياء مجال واسع النطاق مسؤول عن دراسة التنوع الهائل لأشكال الحياة الموجودة على الأرض - الفيروسات والحيوانات والنباتات وما إلى ذلك - من وجهات نظر مختلفة.

المصدر: pixabay.com

الإحصاء الحيوي هو أداة مفيدة للغاية يمكن تطبيقها على دراسة هذه الكائنات ، بما في ذلك التصميم التجريبي ، وجمع البيانات لإجراء الدراسة وملخص النتائج التي تم الحصول عليها.

وبالتالي ، يمكن تحليل البيانات بطريقة منهجية ، مما يؤدي إلى الحصول على استنتاجات ذات صلة وموضوعية. بنفس الطريقة ، يحتوي على أدوات تسمح بالتمثيل الرسومي للنتائج.

للإحصاء الحيوي سلسلة واسعة من التخصصات الفرعية في البيولوجيا الجزيئية ، وعلم الوراثة ، والدراسات الزراعية ، وأبحاث الحيوانات - سواء في الميدان أو في المختبر ، أو العلاجات السريرية عند البشر ، من بين أمور أخرى.

التاريخ

في منتصف القرن السابع عشر ، ظهرت النظرية الإحصائية الحديثة مع إدخال نظرية الاحتمالية ونظرية الألعاب والفرص ، التي طورها مفكرون من فرنسا وألمانيا وإنجلترا. تعتبر نظرية الاحتمالية مفهومًا نقديًا ، وتعتبر "العمود الفقري" للإحصاءات الحديثة.

فيما يلي بعض أبرز المساهمين في مجال الإحصاء الحيوي والإحصاء بشكل عام:

جيمس برنولي

كان برنولي عالمًا وعالم رياضيات سويسريًا مهمًا في عصره. يُنسب إلى برنولي الرسالة الأولى عن نظرية الاحتمالات والتوزيع ذي الحدين. نشر ابن أخيه تحفته الفنية عام 1713 بعنوان Ars Conjectandi.

يوهان كارل فريدريش جاوس

يعد Gauss أحد أبرز العلماء في مجال الإحصاء. منذ سن مبكرة ، أثبت أنه طفل معجزة ، مما جعله معروفًا في المجال العلمي منذ أن كان مجرد طالب صغير في المدرسة الثانوية.

كان أحد أهم مساهماته في العلوم هو العمل Disquisitiones arithmeticae ، الذي نُشر عندما كان Gauss يبلغ من العمر 21 عامًا.

في هذا الكتاب ، يعرض العالم الألماني نظرية الأعداد ، والتي تجمع أيضًا نتائج سلسلة من علماء الرياضيات مثل فيرمات ، أويلر ، ولاجرانج ، وليجيندر.

بيير تشارلز ألكسندر لويس

تُنسب الدراسة الأولى للطب التي تضمنت استخدام الأساليب الإحصائية إلى الطبيب بيير تشارلز ألكسندر لويس ، وهو مواطن فرنسي. لقد طبق المنهج العددي على الدراسات المتعلقة بمرض السل ، وكان له تأثير كبير على طلاب الطب في ذلك الوقت.

حفزت الدراسة الأطباء الآخرين على استخدام الأساليب الإحصائية في أبحاثهم ، والتي أثرت بشكل كبير التخصصات ، وخاصة تلك المتعلقة بعلم الأوبئة.

فرانسيس جالتون

كان فرانسيس جالتون شخصية لها مساهمات متعددة في العلوم ، ويعتبر مؤسس القياسات الحيوية الإحصائية. كان غالتون ابن عم عالم الطبيعة البريطاني تشارلز داروين ، وكانت دراساته مبنية على مزيج من نظريات ابن عمه مع المجتمع ، فيما سمي بالداروينية الاجتماعية.

كان لنظريات داروين تأثير كبير على غالتون ، الذي شعر بالحاجة إلى تطوير نموذج إحصائي يضمن استقرار السكان.

بفضل هذا الاهتمام ، طور جالتون نماذج الارتباط والانحدار ، والتي تستخدم على نطاق واسع اليوم ، كما سنرى لاحقًا.

رونالد فيشر

وهو معروف بأبي الإحصاء. يُعزى تطوير تحديث تقنيات الإحصاء الحيوي إلى رونالد فيشر ومعاونيه.

عندما نشر تشارلز داروين أصل الأنواع ، لم يكن لدى علم الأحياء تفسيرات دقيقة لميراث الشخصيات.

بعد سنوات ، مع إعادة اكتشاف أعمال جريجور مندل ، طورت مجموعة من العلماء التوليف الحديث للتطور ، من خلال دمج كل من مجموعتي المعرفة: نظرية التطور من خلال الانتقاء الطبيعي ، وقوانين الميراث..

جنبا إلى جنب مع فيشر ، Sewall G. Wright و JBS Haldane طوروا التوليف ووضعوا مبادئ علم الوراثة السكانية.

جلب التوليف معه إرثًا جديدًا في الإحصاء الحيوي ، وكانت التقنيات التي تم تطويرها أساسية في علم الأحياء. من بينها توزيع العينات ، التباين ، تحليل التباين والتصميم التجريبي. لهذه التقنيات مجموعة واسعة من الاستخدامات ، من الزراعة إلى علم الوراثة.

ماذا يدرس الإحصاء الحيوي؟ (مجال الدراسة)

الإحصاء الحيوي هو فرع من فروع الإحصاء يركز على تصميم وتنفيذ التجارب العلمية التي يتم إجراؤها على الكائنات الحية ، وعلى اكتساب وتحليل البيانات التي تم الحصول عليها من خلال التجارب المذكورة ، وعلى التفسير والعرض اللاحقين لمادة نتائج التحليلات.

نظرًا لأن العلوم البيولوجية تشتمل على سلسلة واسعة من أهداف الدراسة ، يجب أن يكون الإحصاء الحيوي متنوعًا بنفس القدر ، ويمكنه إشراك مجموعة متنوعة من الموضوعات التي يهدف علم الأحياء إلى دراسة أشكال الحياة ووصفها وتحليلها.

التطبيقات

تطبيقات الإحصاء الحيوي متنوعة للغاية. يعد تطبيق الأساليب الإحصائية خطوة جوهرية في المنهج العلمي ، لذلك يجب على أي باحث استخدام الإحصاء لاختبار فرضيات عمله.

علوم صحية

يستخدم الإحصاء الحيوي في المجال الصحي لإنتاج النتائج المتعلقة بالأوبئة ، والدراسات الغذائية ، من بين أمور أخرى.

كما أنها تستخدم مباشرة في الدراسات الطبية وفي تطوير علاجات جديدة. تتيح الإحصاءات إمكانية التمييز الموضوعي فيما إذا كان لعقار ما تأثيرات إيجابية أو سلبية أو محايدة على تطور مرض معين.

العلوم البيولوجية

بالنسبة لأي عالم أحياء ، تعتبر الإحصائيات أداة لا غنى عنها في البحث. مع استثناءات قليلة للأعمال الوصفية البحتة ، تتطلب التحقيقات في العلوم البيولوجية تفسير النتائج ، والتي من أجلها يكون تطبيق الاختبارات الإحصائية ضروريًا.

تسمح لنا الإحصائيات بمعرفة ما إذا كانت الاختلافات التي نلاحظها في الأنظمة البيولوجية ناتجة عن الصدفة ، أو إذا كانت تعكس اختلافات كبيرة يجب أخذها في الاعتبار.

بنفس الطريقة ، يسمح بإنشاء نماذج للتنبؤ بسلوك بعض المتغيرات ، من خلال تطبيق الارتباطات ، على سبيل المثال.

الاختبارات الأساسية

في علم الأحياء ، يمكن تحديد سلسلة من الاختبارات التي يتم إجراؤها بشكل متكرر في مجال البحث. يعتمد اختيار الاختبار المناسب على السؤال البيولوجي الذي يجب الإجابة عليه ، وعلى خصائص معينة للبيانات ، مثل توزيعها لتجانس التباينات.

اختبارات لمتغير واحد

اختبار بسيط هو مقارنة زوج t للطالب. يستخدم على نطاق واسع في المنشورات الطبية وفي الأمور الصحية. بشكل عام ، يتم استخدامه لمقارنة عينتين بحجم أصغر من 30. وهو يفترض المساواة في التباينات والتوزيع الطبيعي. هناك متغيرات للعينات المزدوجة أو غير الزوجية.

إذا كانت العينة لا تستوفي افتراض التوزيع الطبيعي ، فهناك اختبارات تُستخدم في هذه الحالات ، وتُعرف باسم الاختبارات اللامعلمية. بالنسبة لاختبار t ، فإن البديل اللامعلمي هو اختبار رتبة ويلكوكسون.

يتم أيضًا استخدام تحليل التباين (الذي يُختصر بـ ANOVA) على نطاق واسع ويسمح للمرء بتمييز ما إذا كانت عدة عينات تختلف اختلافًا كبيرًا عن بعضها البعض. مثل اختبار t للطالب ، فإنه يفترض المساواة في التباينات والتوزيع الطبيعي. البديل اللامعلمي هو اختبار Kruskal-Wallis.

إذا كنت تريد إنشاء علاقة بين متغيرين ، فسيتم تطبيق الارتباط. الاختبار البارامتري هو ارتباط بيرسون ، والاختبار اللامعلمي هو ارتباط رتبة سبيرمان.

اختبارات متعددة المتغيرات

من الشائع أن ترغب في دراسة أكثر من متغيرين ، لذا فإن الاختبارات متعددة المتغيرات مفيدة للغاية. وتشمل هذه دراسات الانحدار ، وتحليل الارتباط الكنسي ، والتحليل التمييزي ، وتحليل التباين متعدد المتغيرات (MANOVA) ، والانحدار اللوجستي ، وتحليل المكونات الرئيسية ، إلخ.

البرامج الأكثر استخداما

الإحصاء الحيوي هو أداة أساسية في العلوم البيولوجية. يتم إجراء هذه التحليلات بواسطة برامج متخصصة للتحليل الإحصائي للبيانات.

SPSS

يعد SPSS أحد أكثر البرامج استخدامًا في جميع أنحاء العالم ، في البيئة الأكاديمية. من بين مزاياها معالجة كميات كبيرة من البيانات والقدرة على إعادة تشفير المتغيرات.

S-plus و Statistica

S-plus هو برنامج آخر يستخدم على نطاق واسع ، والذي يسمح - مثل SPSS - بإجراء اختبارات إحصائية أساسية على كميات كبيرة من البيانات. تستخدم Statistica أيضًا على نطاق واسع ، وتتميز بمعالجتها البديهية وتنوع الرسومات التي تقدمها.

ر

اليوم ، يختار معظم علماء الأحياء إجراء تحليلهم الإحصائي في R. يتميز هذا البرنامج بتعدد استخداماته ، حيث يتم إنشاء حزم جديدة بوظائف متعددة كل يوم. على عكس البرامج السابقة ، في R ، يجب أن تجد الحزمة التي تقوم بإجراء الاختبار الذي تريد القيام به ، وتنزيلها.

على الرغم من أن R قد لا تبدو سهلة الاستخدام وسهلة الاستخدام ، إلا أنها توفر مجموعة متنوعة من الاختبارات والوظائف المفيدة لعلماء الأحياء. بالإضافة إلى ذلك ، هناك حزم معينة (مثل ggplot) تسمح بتصور البيانات بطريقة احترافية للغاية.

المراجع

1. بالي ، ج. (2017) أساسيات الإحصاء الحيوي: دليل للممارسين الطبيين. جايبي براذرز للنشر الطبي.
2. Hazra، A.، & Gogtay، N. (2016). الوحدة 1 من سلسلة الإحصاء الحيوي: أساسيات الإحصاء الحيوي. المجلة الهندية للأمراض الجلدية، 61 (1) ، 10.
3. ساها ، آي ، وبول ، ب. (2016). أساسيات الإحصاء الحيوي: للطلاب الجامعيين وطلاب الدراسات العليا في العلوم الطبية والعلوم الطبية الحيوية والباحثين. ناشرون أكاديميون.
4. Trapp، RG، & Dawson، B. (1994). الإحصاء الحيوي الأساسي والسريري. أبليتون ولانج.
5. تشاو ، واي. ، وتشين ، دي جي (2018). آفاق جديدة للإحصاء الحيوي والمعلوماتية الحيوية. سبرينغر.