Stuart Kauffman - Stuart Kauffman

Stuart Kauffman
Stuart Kauffman v dubnu 2010
narozený	(1939-09-28) 28. září 1939 (věk 81)
Alma mater	Dartmouth College Oxfordská univerzita University of California, San Francisco
Známý jako	Model NK, původ života, genové regulační sítě, přilehlé možné, připravená oblast
Ocenění	Wienerova medaile (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 složité systémy výzkumný pracovník, který studuje původ života na Zemi. Byl profesorem na University of Chicago, University of Pennsylvania, a University of Calgary. V současné době je emeritní profesor biochemie na University of Pennsylvania a přidružená fakulta na Ústav pro systémovou biologii. Má řadu ocenění včetně a MacArthurovo společenství a a Wienerova medaile.

On je nejlépe známý pro argumentovat, že složitost biologických systémů a organismů by mohla vyplývat tolik z sebeorganizace a daleko od rovnovážné dynamiky jako od darwinovského přírodní výběr, jak je popsáno v jeho knize Počátky řádu (1993). V roce 1967^[1] a 1969^[2] použil náhodně booleovské sítě zkoumat generické samoorganizující se vlastnosti genových regulačních sítí a navrhovat, aby buněčné typy byly dynamickými atraktory v genových regulačních sítích a aby buněčnou diferenciaci bylo možné chápat jako přechody mezi atraktory. Nedávné důkazy naznačují, že buněčné typy u lidí a jiných organismů přitahují.^[3][4] V roce 1971 navrhl, že zygota nemusí mít během vývoje přístup ke všem atraktorům buněčných typů ve své regulační síti genů a že některé z vývojově nepřístupných typů buněk mohou být typy rakovinných buněk.^[5] To naznačuje možnost „diferenciační léčby rakoviny“. Navrhl také samoorganizovaný vznik kolektivu autokatalytické sady z polymery konkrétně peptidy, pro počátek molekulární reprodukce,^[6][7] kteří našli experimentální podporu.^[8][9]

Vzdělání a časná kariéra

Kauffman vystudoval Dartmouth v roce 1960 mu byl udělen titul BA (Hons) Oxfordská univerzita (kde byl Marshall Scholar ) v roce 1963, a dokončil lékařský titul (M.D.) na University of California, San Francisco v roce 1968. Po absolvování stáže se přestěhoval do vývojová genetika ovocné mušky, schůzky pořádat nejprve na University of Chicago v letech 1969 až 1973, National Cancer Institute v letech 1973 až 1975 a poté v University of Pennsylvania od roku 1975 do roku 1994, kde se stal profesorem biochemie a biofyzika.

Kariéra

Kauffman se stal známým díky svému spojení s Institut Santa Fe (neziskový výzkumný ústav věnovaný studiu složité systémy ), kde byl rezidentem na fakultě v letech 1986 až 1997, a dále pracoval na modely v různých oblastech biologie. Mezi ně patří autokatalytické sady v původ života výzkum, genové regulační sítě v vývojová biologie, a fitness krajiny v evoluční biologie. S Marcem Ballivetem je Kauffman držitelem zakládajících širokých biotechnologických patentů kombinatorická chemie a aplikovat molekulární evoluce, poprvé vydáno ve Francii v roce 1987,^[10] v Anglii v roce 1989 a později v Severní Americe.^[11][12]

V roce 1996, s Ernst a Young, Začal Kauffman BiosGroup, a Santa Fe, Nové Mexiko -zisková společnost, která se přihlásila složité systémy metodologie řešení obchodních problémů. BiosGroup získal Řešení NuTech počátkem roku 2003. Společnost NuTech byla koupena společností Netezza v roce 2008 a později IBM.^[13][14][15]

Od roku 2005 do roku 2009 měl Kauffman společné jmenování na University of Calgary v biologických vědách, fyzice a astronomii. Byl také mimořádným profesorem na katedře filozofie na VŠE University of Calgary. Byl předsedou iCORE (Informatics Research Circle of Excellence) a ředitelem Institutu pro biokomplexitu a informatiku. Kauffman byl rovněž vyzván, aby pomohl zahájit iniciativu Věda a náboženství na adrese Harvardská škola božství; v roce 2009 působil jako hostující profesor.

V lednu 2009 se Kauffman stal finským významným profesorem (FiDiPro) na Tampere University of Technology, Oddělení zpracování signálu. Jmenování skončilo v prosinci 2012. Předmětem výzkumného projektu FiDiPro je vývoj opožděných stochastické modely z genetické regulační sítě na základě genová exprese údaje na jediná molekula úroveň.

V lednu 2010 se Kauffman připojil k University of Vermont fakulty, kde pokračoval ve své práci dva roky v komplexním systémovém centru UVM.^[16] Od začátku roku 2011 do dubna 2013 byl Kauffman pravidelným přispěvatelem do NPR Blog 13.7, Kosmos a kultura,^[17] s tématy od věd o živé přírodě, biologie systémů a medicíny až po spiritualitu, ekonomiku a právo.^[17] Pravidelně také přispíval do Edge.org.^[18]

V květnu 2013 nastoupil do Institutu pro systémovou biologii v Seattlu ve Washingtonu. Po smrti své manželky spoluzaložil Kauffman společnost Transforming Medicine: The Elizabeth Kauffman Institute.^[19]

V roce 2014 byl Kauffmanovi se Samuli Niiranenem a Gaborem Vattayem vydán zakladatelský patent^[20] na připravená říše (viz níže), zdánlivě nový „stav hmoty“, který se vratně pohybuje mezi kvantovými a klasickými říšemi.^[21]

V roce 2015 byl pozván, aby pomohl zahájit obecnou diskusi o přehodnocení ekonomického růstu pro EU Spojené národy.^[22] Přibližně ve stejnou dobu prováděl výzkum University of Oxford profesor Teppo Felin.^[23]

Fitness krajiny

Vizualizace dvou dimenzí NK fitness krajiny. Šipky představují různé mutační cesty, kterými by populace mohla postupovat při vývoji ve fitness prostředí.

Kauffmanův model NK definuje a kombinační fázový prostor, skládající se z každého řetězce (vybraného z dané abecedy) délky ${ displaystyle N}$. Pro každý řetězec v tomto vyhledávacím prostoru a skalární hodnota (nazývaná zdatnost ) je definováno. Pokud vzdálenost metrický je definován mezi řetězci, výsledná struktura je a krajina.

Hodnoty zdatnosti jsou definovány podle konkrétní inkarnace modelu, ale klíčovým rysem modelu NK je, že zdatnost daného řetězce ${ displaystyle S}$ je součet příspěvků od každého místa ${ displaystyle S_ {i}}$ v řetězci:

${ displaystyle F (S) = součet _ {i} f (S_ {i}),}$

a příspěvek z každého místa obecně závisí na hodnotě ${ displaystyle K}$ další loci:

${ displaystyle f (S_ {i}) = f (S_ {i}, S_ {1} ^ {i}, tečky, S_ {K} ^ {i}), ,}$

kde ${ displaystyle S_ {j} ^ {i}}$ jsou další loci, na kterých je fitness ${ displaystyle S_ {i}}$ záleží.

Proto funkce fitness ${ displaystyle f (S_ {i}, S_ {1} ^ {i}, tečky, S_ {K} ^ {i})}$ je mapování mezi řetězci délky K. + 1 a skaláry, které Weinbergerova pozdější práce nazývá „příspěvky na fitness“. Tyto příspěvky na zdatnost se často vybírají náhodně z některého specifikovaného rozdělení pravděpodobnosti.

V roce 1991 zveřejnil Weinberger podrobnou analýzu^[24] případu, ve kterém ${ displaystyle 1 << k leq N}$ a příspěvky na fitness jsou vybrány náhodně. Ukázalo se, že jeho analytický odhad počtu místních optim byl chybný.^{[Citace je zapotřebí ]} Numerické experimenty obsažené ve Weinbergerově analýze však podporují jeho analytický výsledek, že očekávaná vhodnost řetězce je obvykle distribuována s průměrem přibližně${ displaystyle mu + sigma { sqrt {{2 ln (k + 1)} nad {k + 1}}}}$a rozptyl přibližně${ displaystyle {{(k + 1) sigma ^ {2}} nad {N [k + 1 + 2 (k + 2) ln (k + 1)]}}}$.

Uznání a ocenění

Kauffman držel a MacArthurovo společenství v letech 1987–1992. Je také držitelem čestného titulu v oboru vědy na univerzitě v Louvain (1997); V roce 1973 mu byla udělena zlatá medaile za kybernetiku Norberta Wienera, zlatou medaili 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 členem Royal Society of Canada v roce 2009.

Funguje

Kauffman je nejlépe známý tím, že tvrdí, že složitost biologických systémů a organismů může vycházet stejně sebeorganizace a daleko od rovnovážné dynamiky jako od darwinovského přírodní výběr (Vidět Počátky řádu, 1993, níže).

Někteří biologové a fyzici pracující v oblasti Kauffmana zpochybnili Kauffmanova tvrzení o samoorganizaci a evoluci. Příkladem jsou některé komentáře v knize z roku 2001 Samoorganizace v biologických systémech.^[25] Kniha Rogera Sansoma z roku 2011 Geniální geny: Jak se vyvíjejí sítě regulace genů k řízení vývoje je rozšířená kritika Kauffmanova modelu samoorganizace ve vztahu k regulačním sítím genů.^[26]

Výpůjčky od točit sklo modely fyziky, Kauffman vynalezl fitness krajiny „N-K“, které našly uplatnění v biologii^[27] a ekonomie.^[28][29] V související práci Kauffman a jeho kolegové zkoumali podkritické, kritické a nadkritické chování v ekonomických systémech.^[30]

Kauffmanova práce převádí jeho biologické nálezy na problém mysli a těla a problémy v neurovědě, navrhující atributy nové „připravené říše“, která se mezi nimi pohybuje na neurčito kvantová koherence a klasičnost. O tomto tématu publikoval ve své práci „Answering Descartes: beyond Turing“.^[31] S Giuseppe Longo a Maëlem Montévilem napsal (leden 2012) „Žádná zákonná práva, ale podpora vývoje biosféry“,^[32] který tvrdil, že evoluce není „zákonitý“ jako fyzika.

Kauffmanova práce je zveřejněna na Fyzice ArXiv, včetně „Beyond the Stalemate: Mind / Body, Quantum Mechanics, Free Will, Možný panpsychismus, Možné řešení kvantové záhady“ (říjen 2014)^[33] a „Kvantová kritičnost na počátku života“ (únor 2015).^[21]

Kauffman přispěl k rozvíjející se oblasti kumulativního technologického vývoje zavedením matematiky sousední možné.^[34][35]

Publikoval přes 350 článků a 6 knih: Počátky řádu (1993), Doma ve vesmíru (1995), Vyšetřování (2000), Objevování posvátného (2008), Lidstvo v kreativním vesmíru (2016) a Svět za fyzikou (2019).

V roce 2016 napsal Kauffman dětský příběh „Patrick, Rupert, Sly & Gus Protocells“, příběh o neprokazatelné tvorbě výklenku v biosféře, který byl později vytvořen jako krátké animované video.^[36]

V roce 2017 při zkoumání konceptu, že realita se skládá z ontologicky reálných „možností“ (res potentia) a ontologicky reálných „skutečností“ (res extensa), se spoluautorem Kauffman spolu s Ruth Kastnerovou a Michaelem Eppersonem „Heisenberg's Potentia Seriously“.^[37]

Publikace

Vybrané články

• Kauffman, S. A .; McCulloch, W. S. (1967). "Náhodné sítě formálních genů. Čtvrtletní zpráva o pokroku 34". Výzkumná laboratoř elektroniky, Massachusetts Institute of Technology. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)CS1 maint: ref = harv (odkaz)
• 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.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
• Kauffman, S.A. (1971a). "Buněčná homeostáza, epigeneze a replikace v náhodně agregovaných makromolekulárních systémech". Journal of Kybernetics. 1: 71–96. doi:10.1080/01969727108545830.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
• Kauffman, S.A. (1971b). "Diferenciace maligních na benigní buňky". Journal of Theoretical Biology. 31 (3): 429–451. doi:10.1016/0022-5193(71)90020-8. PMID  5556142.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
• 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, S. A .; Johnsen, S (1991). „Společná evoluce na hranici chaosu: vázané krajiny krajiny, připravené státy a společné evoluční 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.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
• Kauffman, Stuart (2004). "Autonomní agenti". v Barrow, John D.; Davies, Paul C. W.; Harper, Charles L. Jr. (eds.). Věda a konečná realita: kvantová teorie, kosmologie a složitost. Cambridge University Press. ISBN  978-0521831130.
• Kauffman, Stuart (2004). "Prolegomenon k obecné biologii". v Dembski, William A.; Ruse, Michaele (eds.). Diskutující design: Od Darwina po 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, S. A .; Thurner, S. (2007). „Směrem k fyzice evoluce: Dynamika kritické rozmanitosti na hranách kolapsu a výbuchů diverzifikace“. Fyzický přehled E. 76 (3): 036110. Bibcode:2007PhRvE..76c6110H. doi:10.1103 / physreve.76.036110. PMID  17930309.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
• 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 .; Price, N. D .; Aldana, M .; Ramsey, S. A .; Kauffman, S. A .; Hood, L .; Yli-Harja, O .; Shmulevich, I. (2008). „Dynamika genové exprese v makrofágu vykazuje kritičnost“. Proc Natl Acad Sci USA. 105 (6): 1897–1900. Bibcode:2008PNAS..105.1897N. doi:10.1073 / pnas.0711525105. PMC  2538855. PMID  18250330.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
• 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.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
• Huang, S .; Kauffman, S.A. (2009). „Komplexní regulační sítě genů - od struktury k biologickým pozorovatelům: stanovení buněčného osudu“. V Meyers, R. A. (ed.). Encyclopedia of Complexity and Systems Science. Springer. ISBN  978-0-387-75888-6.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
• Kauffman, S.A. (2011). „Přístupy k původu života na Zemi“. Život. 1 (1): 34–48. doi:10,3390 / život1010034. PMC  4187126. PMID  25382055.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
• Longo, G .; Montévil, M .; Kauffman, S. (leden 2012). „Žádná zákonná ustanovení, ale umožnění vývoje biosféry“. arXiv:1201.2069 [q-bio.OT ].CS1 maint: ref = harv (odkaz)
• Kauffman, Stuart; Hill, Colin; Hood, Leroy; Huang, Sui (2014b). „Transformující medicína: manifest“. Scientific American Worldview. Archivovány od originál 13. července 2014. Citováno 28. dubna 2015.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
• Kauffman, Stuart (říjen 2014). „Beyond the Stalemate: Conscious Mind-Body - Quantum Mechanics - Free Will - Možný panpsychismus - Možná interpretace Kvantové Enigmy“. arXiv:1410.2127 [fyzika.hist-ph ].CS1 maint: ref = harv (odkaz)
• Felin, T .; Kauffman, S .; Koppl, R .; Longo, G. (prosinec 2014). „Ekonomická příležitost a evoluce: za krajinou a omezenou racionalitou“ (PDF). Deník strategického podnikání. 8 (4): 269–282. doi:10.1002 / sej.1184. SSRN  2197512.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
• Vattay, G .; Salahub, D .; Csaibai, I .; Nassmi, A .; Kauffman, S. (únor 2015). „Kvantová kritičnost na počátku života“. Journal of Physics: Conference Series. 626: 012023. arXiv:1502.06880. doi:10.1088/1742-6596/626/1/012023. S2CID  18439451.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
• Kauffman, S. (2016). „Answering Descartes: Beyond Turing“. v Cooper, S. Barry; Hodges, Andrew (eds.). Kdysi a budoucnost Turing. Cambridge University Press.CS1 maint: ref = harv (odkaz)

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 samoorganizace a složitosti. Oxford University Press. ISBN  978-0195111309.
• Kauffman, Stuart (2000). Vyšetřování. Oxford University Press. ISBN  978-0199728947.
• Kauffman, Stuart (2008). Reinventing the Sacred: A New View of Science, Reason and Religion. 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, D. R. (2013). "Kritická dynamika mozku ve velkém měřítku". In Plenz D .; Niebur, E .; Schuster H. G. (eds.). Kritičnost v neuronových systémech. 1. Wiley. ISBN  978-3-527-41104-7.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
• Dadon, Z .; Wagner, N .; Ashkenasy, G. (2008). „Cesta k neenzymatickým molekulárním sítím“. Angew. Chem. Int. Vyd. 47 (33): 6128–6136. doi:10.1002 / anie.200702552. PMID  18613152.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
• 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 templátu DNA nebo RNA, stále dominující pohled na původ života“. In Gale, P. A .; Steed J. W. (eds.). Supramolekulární chemie: Od molekul k nanomateriálům. John Wiley and Sons, Ltd. ISBN  978-0-470-74640-0.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
• Rivkin, J. W .; Siggelkow, N. (květen – červen 2002). „Organizační body na NK krajiny“. Složitost. 7 (5): 31–43. Bibcode:2002Cmplx ... 7e..31R. doi:10.1002 / cplx.10037. Citováno 28. dubna 2015.CS1 maint: ref = harv (odkaz)

Další čtení

• Di Bernardo, Mirko (2011). I sentieri evolutivi della complessità biologica nell'opera di S. A. Kauffman (v italštině). Milano: Mimesis. ISBN  978-8857504131.
• Goldstein, Jeffrey A. (2008). "Knižní recenze Reinventing the Sacred: A New View of Science, Reason and Religion, autor: Stuart Kauffman ". Vznik: Složitost a organizace. 10 (3): 117–130.
• Horgan, John (4. února 2015). „Hledač Stuart Kauffman o svobodné vůli, Bože, ESP a dalších tajemstvích“. Scientific American. Citováno 28. dubna 2015.
• MacKenzie, Dana (únor 2002). „The Science of Surprise“. Objevit. 23 (2): 59–63.
• Rizzo, Francesco (2017). „Kauffman lettore di Wittgenstein“ (v italštině). Palermo: Università degli studi di Palermo. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)

externí odkazy

• Paulson, Steve (9. listopadu 2008). "Bůh dost". Salon. Citováno 28. dubna 2015.
• „Myslitel nevyřčených snů: Portrét Stuarta Kauffmana“. Vimeo.
• "Tvar historie". Youtube. Přednáška v New England Complex Systems Institute, 28. ledna 2019.