Stuart Kauffman - Stuart Kauffman

Stuart Kauffman
Stuart Kauffman v dubnu 2010
narozený	( 1939-09-28 )28.září 1939 (věk 81)
Alma mater	Dartmouth College Oxford University University of California, San Francisco
Známý jako	NK model , původ života , genové regulační sítě , možná sousední, připravená říše
Ocenění	Wiener Medal (1969) Marshall Scholar MacArthur Fellow
Vědecká kariéra
Instituce	University of Chicago University of Pennsylvania University of Calgary

Stuart Alan Kauffman (narozený 28. září 1939) je americký lékař, teoretický biolog a výzkumník komplexních systémů, který studuje původ života na Zemi. Byl profesorem na University of Chicago , University of Pennsylvania a University of Calgary . V současné době je emeritním profesorem biochemie na University of Pennsylvania a přidruženou fakultou Institutu pro systémovou biologii . Je držitelem řady ocenění, včetně MacArthur Fellowship a Wiener Medal .

On je nejlépe známý pro argumentovat, že složitost biologických systémů a organismů by mohla vyplývat jak hodně od sebeorganizace a daleko od rovnovážné dynamiky jako od darwinovského přirozeného výběru , jak je diskutováno v jeho knize Origins of Order (1993). V letech 1967 a 1969 použil náhodné booleovské sítě ke zkoumání generických samoorganizujících se vlastností genových regulačních sítí a navrhl, že buněčné typy jsou dynamickými atraktory v genových regulačních sítích a že diferenciaci buněk lze chápat jako přechody mezi atraktory. Nedávné důkazy naznačují, že buněčné typy u lidí a jiných organismů jsou atraktory. V roce 1971 navrhl, že zygota nemusí mít během vývoje přístup ke všem atraktorům buněčného typu ve své genové regulační síti a že některé z vývojově nepřístupných typů buněk mohou být typy rakovinných buněk. To naznačovalo možnost „terapie diferenciace rakoviny“. Také navrhoval Samoorganizované vzniku společně autokatalytické sad z polymerů , konkrétně peptidů , za vzniku molekulárního reprodukce, která našli experimentální podporu.

Vzdělávání a raná kariéra

Kauffman promoval na Dartmouthu v roce 1960, v roce 1963 mu na univerzitě v Oxfordu (kde byl Marshall Scholar ) udělen titul BA (Hons) a v roce 1968 dokončil lékařský titul (MD) na Kalifornské univerzitě v San Francisku . stáž, přestěhoval se do vývojové genetiky fruitfly, pořádal schůzky nejprve na Chicagské univerzitě v letech 1969 až 1973, National Cancer Institute v letech 1973 až 1975 a poté na University of Pennsylvania v letech 1975 až 1994, kde se stal profesorem z biochemie a biofyziky .

Kariéra

Kauffman se stal známým díky svému spojení s Santa Fe Institute (neziskový výzkumný ústav věnující se studiu komplexních systémů ), kde byl v letech 1986 až 1997 rezidenční fakultou, a díky práci na modelech v různých oblastech biologie . Jednalo se například o autokatalytické sady v původ života výzkumu, genových regulačních sítí ve vývojové biologie a fitness krajiny v evoluční biologii . S Marcem Ballivetem je Kauffman zakladatelem širokých biotechnologických patentů v kombinatorické chemii a aplikované molekulární evoluci , poprvé vydaných ve Francii v roce 1987, v Anglii v roce 1989 a později v Severní Americe.

V roce 1996 zahájil Kauffman s Ernstem a Youngem BiosGroup , ziskovou společnost se sídlem v Santa Fe v Novém Mexiku , která na obchodní problémy aplikovala metodologii komplexních systémů . BiosGroup získala společnost NuTech Solutions na začátku roku 2003. NuTech koupila společnost Netezza v roce 2008 a později společnost IBM.

Od roku 2005 do roku 2009 uspořádal Kauffman společné jmenování na univerzitě v Calgary v biologických vědách, fyzice a astronomii. Byl také mimořádným profesorem na katedře filozofie na univerzitě v Calgary . Byl předsedou iCORE (Informatics Research Circle of Excellence) a ředitelem Institutu pro biokomplexitu a informatiku. Kauffman byl také pozván, aby pomohl zahájit iniciativu Věda a náboženství na Harvardské božské škole ; v roce 2009 působil jako hostující profesor.

V lednu 2009 se Kauffman stal finským významným profesorem (FiDiPro) na Tampere University of Technology , katedra zpracování signálu. Schůzka skončila v prosinci 2012. Předmětem výzkumného projektu FiDiPro je vývoj zpožděných stochastických modelů z genetických regulačních sítí založených na genové exprese údajů na jediné molekule úrovni.

V lednu 2010 nastoupil Kauffman na fakultu University of Vermont, kde pokračoval ve své práci dva roky v Centru komplexních systémů UVM. Od začátku roku 2011 do dubna 2013 byl Kauffman pravidelným přispěvatelem na NPR Blog 13.7, Kosmos a kultura, s tématy od biologických věd, systémové biologie a medicíny až po spiritualitu, ekonomiku a právo. Byl také pravidelným přispěvatelem na Edge.org .

V květnu 2013 nastoupil do Ústavu pro systémovou biologii v Seattlu ve Washingtonu. Po smrti své manželky Kauffman spoluzaložil Transforming Medicine: The Elizabeth Kauffman Institute.

V roce 2014 byl Kauffmanovi se Samuli Niiranenem a Gaborem Vattayem vydán zakládající patent na připravenou oblast (viz níže), což je zjevně nový „stav hmoty“, který se vratně vznáší mezi kvantovou a klasickou říší.

V roce 2015 byl pozván, aby pomohl zahájit obecnou diskusi o přehodnocení hospodářského růstu OSN . Přibližně ve stejnou dobu prováděl výzkum u profesora Teppo Felina z Oxfordské univerzity .

Fitness krajiny

Vizualizace dvou dimenzí NK fitness krajiny. Šipky představují různé mutační cesty, kterými by se populace mohla vyvíjet ve fitness prostředí.

Kauffmanův NK model definuje kombinatorický fázový prostor , skládající se z každého řetězce (vybraného z dané abecedy) délky . Pro každý řetězec v tomto vyhledávacím prostoru je definována skalární hodnota (nazývaná fitness ). Pokud je mezi řetězci definována metrika vzdálenosti , výsledná struktura je na šířku . ${\ displaystyle N}$

Hodnoty vhodnosti jsou definovány podle konkrétní inkarnace modelu, ale klíčovým rysem modelu NK je, že vhodnost daného řetězce je součet příspěvků z každého lokusu v řetězci: ${\ displaystyle S}$${\ displaystyle S_ {i}}$

${\ Displaystyle F (S) = \ sum _ {i} f (S_ {i}),}$

a příspěvek z každého lokusu obecně závisí na hodnotě ostatních lokusů: ${\ displaystyle K}$

${\ Displaystyle f (S_ {i}) = f (S_ {i}, S_ {1}^{i}, \ dots, S_ {K}^{i}), \,}$

kde jsou další lokusy, na kterých závisí kondice ? ${\ displaystyle S_ {j}^{i}}$${\ displaystyle S_ {i}}$

Funkce fitness je tedy mapováním mezi řetězci o délce K  + 1 a skaláry, což Weinbergerova pozdější práce nazývá „příspěvky pro fitness“. Tyto příspěvky pro fitness jsou často vybírány náhodně z určitého specifikovaného rozdělení pravděpodobnosti. ${\ Displaystyle f (S_ {i}, S_ {1}^{i}, \ tečky, S_ {K}^{i})}$

V roce 1991 publikoval Weinberger podrobnou analýzu případu, ve kterém a příspěvky na fitness jsou vybírány náhodně. Jeho analytický odhad počtu místních optim se později ukázal jako chybný. Numerické experimenty zahrnuté do Weinbergerovy analýzy však podporují jeho analytický výsledek, že očekávaná vhodnost řetězce je normálně rozdělena s průměrem přibližně a rozptylem přibližně . ${\ Displaystyle 1 << k \ leq N}$${\ Displaystyle \ mu+\ sigma {\ sqrt {{2 \ ln (k+1)} \ přes {k+1}}}}$${\ Displaystyle {{(k+1) \ sigma ^{2}} \ over {N [k+1+2 (k+2) \ ln (k+1)]}}}$

Uznání a ocenění

Kauffman držel MacArthur Fellowship v letech 1987-1992. Je také držitelem čestného titulu z vědy na univerzitě v Louvainu (1997); V roce 1973 mu byla udělena Zlatá medaile Norberta Wienera za kybernetiku, Zlatá medaile Accademia dei Lincei v Římě v roce 1990, Trotterova cena za informace a složitost v roce 2001 a cena Herberta Simona za komplexní systémy v roce 2013. Stal se člen Královské společnosti Kanady v roce 2009.

Funguje

Kauffman je nejlépe známý tím, že tvrdí, že složitost biologických systémů a organismů může vyplývat ze samoorganizace a dynamiky daleko od rovnováhy stejně jako z darwinovského přirozeného výběru (viz Origins of Order , 1993, níže).

Někteří biologové a fyzici pracující v Kauffmanově oblasti zpochybnili Kauffmanova tvrzení o sebeorganizaci a evoluci. Příkladem jsou některé komentáře v knize z roku 2001 Samoorganizace v biologických systémech . Kniha Rogera Sansoma z roku 2011 Ingenious Genes: How Gene Regulation Networks Evolve to Control Development je rozšířenou kritikou Kauffmanova modelu sebeorganizace ve vztahu k genovým regulačním sítím.

Kauffman, který si vypůjčil z modelů spinového skla ve fyzice, vynalezl fitness krajiny „NK“, které našly uplatnění v biologii a ekonomii. V související práci Kauffman a kolegové zkoumali podkritické, kritické a nadkritické chování v ekonomických systémech.

Kauffmanova práce převádí jeho biologická zjištění na problém mysli a těla a problémy v neurovědě a navrhuje atributy nové „připravené říše“, která se neomezeně pohybuje mezi kvantovou soudržností a klasikou . Na toto téma publikoval ve svém příspěvku „Answering Descartes: beyond Turing“. Spolu s Giuseppe Longem a Maëlem Montévilem napsal (leden 2012) „No Entailing Laws, But Enablement in the Evolution of the Biosphere“, který tvrdil, že evoluce není „zákonem spojený“ jako fyzika.

Kauffmanova práce je zveřejněna na Physics ArXiv , včetně „Beyond the Stalemate: Mind/Body, Quantum Mechanics, free Will, Possible Panpsychism, Possible solution to the Quantum Enigma“ (říjen 2014) a „Quantum Criticality at the Origin of Life“ (únor 2015).

Kauffman přispěl k vznikající oblasti kumulativní technologické evoluce zavedením matematiky sousedící možné .

Publikoval více než 350 článků a 6 knih: The Origins of Order (1993), At Home in the Universe (1995), Investigations (2000), Reinventing the Sacred (2008), Humanity in a Creative Universe (2016), and A World Beyond Physics (2019).

V roce 2016 napsal Kauffman dětský příběh „Patrick, Rupert, Sly & Gus Protocells“, příběh o nepředstavitelném výklenku v biosféře, který byl později vytvořen jako krátké animované video.

V roce 2017 zkoumal koncept, že realita se skládá jak z ontologicky reálných „možností“ (res potentia), tak z ontologicky reálných „skutečností“ (res extensa), spoluautorem Kauffman, spolu s Ruth Kastner a Michaelem Eppersonem, „Serialing Heisenberg's Potentia Serious“.

Publikace

Vybrané články

• Kauffman, SA; McCulloch, WS (1967). „Náhodné sítě formálních genů. Čtvrtletní zpráva o pokroku 34“. Výzkumná laboratoř elektroniky, Massachusetts Institute of Technology. Citační deník vyžaduje |journal=( nápověda )
• Kauffman, Stuart (1969). „Metabolická stabilita a epigeneze v náhodně konstruovaných genetických sítích“. Journal of Theoretical Biology . 22 (3): 437–467. doi : 10,1016/0022-5193 (69) 90015-0 . PMID  5803332 .
• Kauffman, SA (1971a). „Buněčná homeostáza, epigeneze a replikace v náhodně agregovaných makromolekulárních systémech“. Journal of Cybernetics . 1 : 71–96. doi : 10,1080/01969727108545830 .
• Kauffman, SA (1971b). „Diferenciace maligních na benigní buňky“. Journal of Theoretical Biology . 31 (3): 429–451. doi : 10,1016/0022-5193 (71) 90020-8 . PMID  5556142 .
• Kauffman, Stuart (srpen 1991). „Antichaos a adaptace“ (PDF) . Scientific American . 265 (2): 78–84. Bibcode : 1991SciAm.265b..78K . doi : 10,1038/scientificamerican0891-78 . PMID  1862333 . Citováno 28. dubna 2015 .
• Kauffman, SA; Johnsen, S (1991). „Koevoluce na pokraji chaosu: Společné fitness krajiny, připravené státy a spoluevoluční laviny“ (PDF) . Journal of Theoretical Biology . 149 (4): 467–505. CiteSeerX  10.1.1.502.3299 . doi : 10,1016/s0022-5193 (05) 80094-3 . PMID  2062105 .
• Kauffman, Stuart (2004). „Autonomní agenti“. V Barrow, John D .; Davies, Paul CW ; Harper, Charles L. Jr. (eds.). Věda a konečná realita: kvantová teorie, kosmologie a složitost . Cambridge University Press. ISBN 978-0521831130.
• Kauffman, Stuart (2004). „Prolegomenon obecné biologie“. V Dembski, William A .; Ruse, Michael (eds.). Diskutující design: Od Darwina k DNA . Cambridge University Press. ISBN 978-1139459617.
• Kauffman, Stuart A. (12. listopadu 2006). „Beyond Reductionism: Reinventing The Sacred“ . Edge.com . Edge Foundation . Citováno 28. dubna 2015 .
• Hanel, R .; Kauffman, SA; Thurner, S. (2007). „Směrem k fyzice evoluce: dynamika kritické rozmanitosti na hraně kolapsu a výbuchu diverzifikace“. Physical Review E . 76 (3): 036110. Bibcode : 2007PhRvE..76c6110H . doi : 10,1103/physreve.76.036110 . PMID  17930309 .
• Kauffman, Stuart (7. května 2008). „Proč lidstvo potřebuje boha tvořivosti“ . Nový vědec . 198 (2655): 52–53. doi : 10,1016/s0262-4079 (08) 61171-9 . Citováno 28. dubna 2015 .
• Nykter, M .; Cena, ND; Aldana, M .; Ramsey, SA; Kauffman, SA; Hood, L .; Yli-Harja, O .; Shmulevich, I. (2008). „Dynamika genové exprese v kritičnosti projevu makrofágů“ . Proč Natl Acad Sci USA . 105 (6): 1897–1900. Bibcode : 2008PNAS..105.1897N . doi : 10,1073/pnas.0711525105 . PMC  2538855 . PMID  18250330 .
• Huang, S .; Hu, L .; Kauffman, S .; Zhang, W .; Shmulevich, I. (2009). „Použití atraktorů osudu buněk k odhalení transkripční regulace diferenciace neutrofilů HL60“ . Biologie systémů BMC . 3 : 20. doi : 10,1186/1752-0509-3-20 . PMC  2652435 . PMID  19222862 .
• Huang, S .; Kauffman, SA (2009). „Komplexní regulační sítě genů - od struktury k biologickým pozorovatelným: stanovení osudu buněk“. V Meyers, RA (ed.). Encyklopedie složitosti a systémové vědy . Springer. ISBN 978-0-387-75888-6.
• Kauffman, SA (2011). „Přístupy ke vzniku života na Zemi“. Život . Sv. 1 č. 1. s. 34–48. doi : 10,3390/život1010034 . PMC  4187126 . PMID  25382055 .
• Longo, G .; Montévil, M .; Kauffman, S. (leden 2012). „Žádné zákonitosti, ale umožnění vývoje biosféry“. arXiv : 1201,2069 [ q-bio.OT ].
• Kauffman, Stuart; Hill, Colin; Karkulka, Leroy; Huang, Sui (2014b). „Transformující se medicína: Manifest“ . Scientific American Worldview . Archivováno od originálu 13. července 2014 . Citováno 28. dubna 2015 .
• Kauffman, Stuart (říjen 2014). „Za patovou situací: Vědomá mysl -tělo - kvantová mechanika - svobodná vůle - možný panpsychismus - možná interpretace kvantové hádanky“. arXiv : 1410.2127 [ fyzika.hist -ph ].
• Felin, T .; Kauffman, S .; Koppl, R .; Longo, G. (prosinec 2014). „Ekonomická příležitost a evoluce: Za krajinou a ohraničenou racionalitou“ (PDF) . Strategický podnikatelský deník . 8 (4): 269–282. doi : 10.1002/sej.1184 . SSRN  2197512 .
• Vattay, G .; Salahub, D .; Csaibai, I .; Nassmi, A .; Kauffman, S. (únor 2015). „Kvantová kritičnost na počátku života“. Journal of Physics: Conference Series . 626 (1): 012023. arXiv : 1502.06880 . Bibcode : 2015JPhCS.626a2023V . doi : 10,1088/1742-6596/626/1/012023 . S2CID  18439451 .
• Kauffman, S. (2016). „Odpověď Descartes: Beyond Turing“. In Cooper, S. Barry ; Hodges, Andrew (eds.). Turing jednou a budoucností . Cambridge University Press.

Knihy

• Kauffman, Stuart (1993). The Origins of Order: Self Organisation and Selection in Evolution . Oxford University Press. ISBN 978-0-19-507951-7.
• Kauffman, Stuart (1995). Doma ve vesmíru: Hledání zákonů sebeorganizace a složitosti . Oxford University Press. ISBN 978-0195111309.
• Kauffman, Stuart (2000). Vyšetřování . Oxford University Press. ISBN 978-0199728947.
• Kauffman, Stuart (2008). Znovuobjevení posvátného: nový pohled na vědu, rozum a náboženství . Základní knihy. ISBN 978-0-465-00300-6.
• Kauffman, Stuart (2016). Lidstvo v kreativním vesmíru . Oxford University Press. ISBN 978-0-19-939045-8.
• Kauffman, Stuart (2019). Svět za fyzikou . Oxford University Press. ISBN 978-0-19-087133-8.

Poznámky

Reference

• Chialvo, DR (2013). „Kritická dynamika mozku ve velkém“. V Plenz D .; Niebur, E .; Schuster HG (eds.). Kritičnost v neurálních systémech . 1 . Wiley. ISBN 978-3-527-41104-7.
• Dadon, Z .; Wagner, N .; Ashkenasy, G. (2008). „Cesta k neenzymatickým molekulárním sítím“. Angew. Chem. Int. Ed . 47 (33): 6128–6136. doi : 10.1002/anie.200702552 . PMID  18613152 .
• Dadon, Z .; Wagner, N .; Cohen-Luria, R .; Ashkenasy, G. (2012). "Reakční sítě. Výsledky Wagnera a Askkenazyho (2008) ukazují, že molekulární replikace nemusí být založena na replikaci DNA nebo RNA templátu, stále dominantní názor na původ života". V Gale, PA; Steed JW (eds.). Supramolekulární chemie: Od molekul k nanomateriálům . John Wiley and Sons, Ltd. ISBN 978-0-470-74640-0.
• Rivkin, JW; Siggelkow, N. (květen – červen 2002). „Organizační lepení bodů na NK krajiny“ . Složitost . 7 (5): 31–43. Bibcode : 2002Cmplx ... 7e..31R . doi : 10,1002/cplx.10037 . Citováno 28. dubna 2015 .

Další čtení

• Di Bernardo, Mirko (2011). I sentieri evolutivi della complessità biologica nell'opera di SA Kauffman (in Italian). Milano: Mimesis. ISBN 978-8857504131.
• Goldstein, Jeffrey A. (2008). „Recenze knihy Reinventing the Sacred: A New View of Science, Reason, and Religion , by Stuart Kauffman“. Emergence: Složitost a organizace . 10 (3): 117–130.
• Horgan, John (4. února 2015). „Hledač Stuart Kauffman o svobodné vůli, Bohu, ESP a dalších záhadách“ . Scientific American . Citováno 28. dubna 2015 .
• MacKenzie, Dana (únor 2002). „Věda o překvapení“ . Objevte . 23 (2): 59–63.
• Rizzo, Francesco (2017). „Kauffman lettore di Wittgenstein“ (v italštině). Palermo: Università degli studi di Palermo. Citační deník vyžaduje |journal=( nápověda )

externí odkazy

• Paulson, Steve (9. listopadu 2008). „Bůh dost“ . Salon . Citováno 28. dubna 2015 .
• „Thinker of Untold Dreams: Portrét Stuarta Kauffmana“ . Vimeo .
• „Tvar historie“ . YouTube . Beseda v New England Complex Systems Institute, 28. ledna 2019.