Стюарт Кауфман - Stuart Kauffman

Стюарт Кауфман
Стюарт Кауфман.jpg
Стюарт Кауфман в апреле 2010 года
Родился ( 1939-09-28 )28 сентября 1939 г. (81 год)
Альма-матер Дартмутский колледж
Оксфордского университета
Калифорнийского университета, Сан-Франциско
Известен Модель NK , происхождение жизни , сети регуляции генов , возможные смежные области, уравновешенная область
Награды Медаль Винера (1969)
стипендиат Маршалла
Макартура
Научная карьера
Учреждения Университет Чикаго,
Университет Пенсильвании,
Университет Калгари

Стюарт Алан Кауфман (родился 28 сентября 1939 г.) - американский врач, биолог-теоретик и исследователь сложных систем , изучающий происхождение жизни на Земле. Он был профессором Чикагского университета , Университета Пенсильвании и Университета Калгари . В настоящее время он является почетным профессором биохимии Пенсильванского университета и дочерним факультетом Института системной биологии . Он имеет ряд наград, в том числе стипендию Макартура и медаль Винера .

Он наиболее известен тем, что утверждает, что сложность биологических систем и организмов может быть результатом как самоорганизации и далекой от равновесия динамики, так и дарвиновского естественного отбора , как это обсуждалось в его книге « Происхождение порядка» (1993). В 1967 и 1969 годах он использовал случайные булевы сети для исследования общих свойств самоорганизации регуляторных сетей генов, предположив, что типы клеток являются динамическими аттракторами в сетях регуляции генов и что дифференцировку клеток можно понимать как переходы между аттракторами. Последние данные свидетельствуют о том, что типы клеток человека и других организмов являются аттракторами. В 1971 году он предположил, что зигота может быть не в состоянии получить доступ ко всем аттракторам клеточного типа в своей регуляторной сети генов во время развития и что некоторые из недоступных для развития типов клеток могут быть типами раковых клеток. Это наводило на мысль о возможности «терапии дифференциации рака». Он также предложил самоорганизованное возникновение коллективного автокатализирующих наборов из полимеров , в частности , пептидов , для возникновения молекулярной репродукции, которые нашли экспериментальное подтверждение.

Образование и начало карьеры

Кауфман окончил Дартмут в 1960 году, получил степень бакалавра (с отличием) Оксфордского университета (где он был стипендиатом Маршалла ) в 1963 году и получил медицинскую степень (MD) в Калифорнийском университете в Сан-Франциско в 1968 году. В интернатуре он перешел на генетику развития плодовой мухи, занимая сначала встречи в Чикагском университете с 1969 по 1973 год, в Национальном онкологическом институте с 1973 по 1975 год, а затем в Пенсильванском университете с 1975 по 1994 год, где он дослужился до профессора. по биохимии и биофизики .

Карьера

Кауфман стал известен благодаря сотрудничеству с Институтом Санта-Фе (некоммерческий исследовательский институт, занимающийся изучением сложных систем ), где он работал преподавателем с 1986 по 1997 год, а также благодаря своей работе над моделями в различных областях биологии . К ним относятся автокаталитические наборы в исследованиях происхождения жизни , сети регуляции генов в биологии развития и ландшафты приспособленности в эволюционной биологии . Вместе с Марком Балливетом Кауфман владеет основополагающими патентами в области биотехнологии в области комбинаторной химии и прикладной молекулярной эволюции , впервые выданных во Франции в 1987 году, в Англии в 1989 году, а затем в Северной Америке.

В 1996 году вместе с « Эрнст энд Янг» Кауфман основал BiosGroup , коммерческую компанию из Санта-Фе , штат Нью-Мексико, которая применяла комплексную системную методологию для решения бизнес-задач. BiosGroup была приобретена NuTech Solutions в начале 2003 года. NuTech была куплена Netezza в 2008 году, а позже - IBM.

С 2005 по 2009 год Кауфман занимал совместную должность в Университете Калгари в области биологических наук, физики и астрономии. Он также был адъюнкт-профессором факультета философии Университета Калгари . Он был председателем iCORE (Исследовательский кружок передового опыта в области информатики) и директором Института биокомплексности и информатики. Кауфман также был приглашен помочь запустить инициативу «Наука и религия» в Гарвардской школе богословия ; в 2009 году работал приглашенным профессором.

В январе 2009 года Кауфман стал заслуженным профессором Финляндии (FiDiPro) Технологического университета Тампере , факультет обработки сигналов. Назначение закончилась в декабре 2012 года Предметом исследовательского проекта FiDiPro является разработка запаздывающих стохастических моделей в генетических регуляторных сетей на основе экспрессии генов данных на одной молекулы уровне.

В январе 2010 года Кауфман поступил на факультет Университета Вермонта, где в течение двух лет продолжил свою работу в Центре сложных систем UVM. С начала 2011 года по апрель 2013 года Кауфман был постоянным участником блога NPR 13.7 «Космос и культура», посвященного различным темам, от наук о жизни, системной биологии и медицины до духовности, экономики и права. Он также был постоянным автором Edge.org .

В мае 2013 года он присоединился к Институту системной биологии в Сиэтле, Вашингтон. После смерти жены Кауфман стал соучредителем Transforming Medicine: The Elizabeth Kauffman Institute.

В 2014 году Кауфман с Самули Нииранен и Габор Ваттай получили патент на основание сбалансированной области (см. Ниже), очевидно новое «состояние материи», обратимо колеблющееся между квантовым и классическим царствами.

В 2015 году его пригласили помочь инициировать общую дискуссию о переосмыслении экономического роста в Организации Объединенных Наций . Примерно в то же время он проводил исследования с профессором Оксфордского университета Теппо Фелином .

Фитнес-пейзажи

Визуализация двух измерений фитнес-ландшафта NK. Стрелки представляют различные мутационные пути, по которым может следовать популяция, развиваясь в сфере фитнеса.

Модель Кауфмана NK определяет комбинаторное фазовое пространство , состоящее из каждой строки (выбранной из заданного алфавита) длины . Для каждой строки в этом пространстве поиска определяется скалярное значение (называемое пригодностью ). Если между строками задана метрика расстояния , результирующая структура будет ландшафтом .

Значения пригодности определяются в соответствии с конкретным воплощением модели, но ключевой особенностью модели NK является то, что пригодность данной строки является суммой вкладов от каждого локуса в строке:

и вклад каждого локуса в целом зависит от ценности других локусов:

где другие локусы, от которых зависит приспособленность .

Следовательно, функция приспособленности - это отображение между строками длины K  + 1 и скалярами, которые в более поздней работе Вайнбергера называются «вкладом в приспособленность». Такие вклады пригодности часто выбираются случайным образом из некоторого заданного распределения вероятностей.

В 1991 году Вайнбергер опубликовал подробный анализ случая, когда вклады в пригодность выбираются случайным образом. Его аналитическая оценка количества локальных оптимумов позже оказалась ошибочной. Однако численные эксперименты, включенные в анализ Вайнбергера, подтверждают его аналитический результат о том, что ожидаемая пригодность строки обычно распределяется со средним значением приблизительно и дисперсией приблизительно .

Признание и награды

Кауфман проводил стипендию Макартура в период с 1987 по 1992 год. Он также имеет почетную степень в области естественных наук Лувенского университета (1997 г.); Он был награжден золотой медалью Мемориала Норберта Винера за кибернетику в 1973 году, золотой медалью Академии деи Линчеи в Риме в 1990 году, премией Троттера за информацию и сложность в 2001 году и премией Герберта Саймона за сложные системы в 2013 году. Член Королевского общества Канады в 2009 году.

Работает

Кауфман наиболее известен тем, что утверждает, что сложность биологических систем и организмов может быть результатом как самоорганизации и далекой от равновесия динамики, так и дарвиновского естественного отбора (см. « Происхождение порядка» , 1993, ниже).

Некоторые биологи и физики, работающие в области Кауфмана, подвергли сомнению утверждения Кауфмана о самоорганизации и эволюции. Показательный пример - некоторые комментарии в книге 2001 года « Самоорганизация в биологических системах» . Книга Роджера Сэнсома 2011 года « Гениальные гены: как сети регуляции генов развиваются для управления развитием» представляет собой развернутую критику модели самоорганизации Кауфмана по отношению к сетям регуляции генов.

Заимствуя спиновые стеклянные модели в физике, Кауфман изобрел фитнес-ландшафты "NK", которые нашли применение в биологии и экономике. В связанной работе Кауфман и его коллеги исследовали докритическое, критическое и супракритическое поведение в экономических системах.

Работа Кауфмана переводит его биологические открытия на проблему разума и тела и проблемы нейробиологии, предлагая атрибуты новой «уравновешенной области», которая бесконечно колеблется между квантовой когерентностью и классичностью . Он опубликовал на эту тему в своей статье «Отвечая Декарту: за пределами Тьюринга». Вместе с Джузеппе Лонго и Маэлем Монтевилем он написал (январь 2012 г.) «Никаких закономерностей, но возможности в эволюции биосферы», в котором утверждалось, что эволюция не является «закономерностью», как физика.

Работа Кауфмана опубликована на Physics ArXiv , в том числе «Вне тупика: разум / тело, квантовая механика, свобода воли, возможный панпсихизм, возможное решение квантовой загадки» (октябрь 2014 г.) и «Квантовая критичность в происхождении жизни» (февраль) 2015).

Кауфман внес свой вклад в зарождающуюся область кумулятивной технологической эволюции, представив математику смежного возможного .

Он опубликовал более 350 статей и 6 книг: «Истоки порядка» (1993 г.), « Дома во Вселенной» (1995 г.), « Исследования» (2000 г.), « Новое изобретение священного» (2008 г.), « Человечество в творческой вселенной» (2016 г.) и А. Мир за пределами физики (2019).

В 2016 году Кауфман написал детский рассказ «Патрик, Руперт, Хитрый и Гас Protocells», рассказ о создании непреодолимой ниши в биосфере, который позже был снят в виде короткого анимационного видео.

В 2017 году, исследуя концепцию, согласно которой реальность состоит как из онтологически реальных «возможных» (res Potentia), так и онтологически реальных «актуальных» (res extensa), Кауфман в соавторстве с Рут Кастнер и Майклом Эпперсоном написал книгу «Принимая Potentia Гейзенберга серьезно».

Публикации

Избранные статьи
Книги

Примечания

использованная литература

  • Кьялво, Д.Р. (2013). «Критическая динамика мозга в большом масштабе». In Plenz D .; Niebur, E .; Шустер HG (ред.). Критичность в нейронных системах . 1 . Вайли. ISBN 978-3-527-41104-7.
  • Дадон, З .; Вагнер, Н .; Ашкенасы, Г. (2008). «Дорога к неферментативным молекулярным сетям». Энгью. Chem. Int. Эд . 47 (33): 6128–6136. DOI : 10.1002 / anie.200702552 . PMID  18613152 .
  • Дадон, З .; Вагнер, Н .; Cohen-Luria, R .; Ашкенасы, Г. (2012). «Реакционные сети. Результаты Вагнера и Асккенази (2008) демонстрируют, что молекулярная репликация не обязательно должна основываться на репликации матрицы ДНК или РНК, что по-прежнему является доминирующей точкой зрения на происхождение жизни». В Гейле, штат Пенсильвания; Стид JW (ред.). Супрамолекулярная химия: от молекул до наноматериалов . ISBN компании John Wiley and Sons, Ltd. 978-0-470-74640-0.
  • Ривкин, JW; Сиггельков, Н. (май – июнь 2002 г.). "Организационные точки соприкосновения с пейзажами Нагорного Карабаха" . Сложность . 7 (5): 31–43. Bibcode : 2002Cmplx ... 7e..31R . DOI : 10.1002 / cplx.10037 . Проверено 28 апреля 2015 года .

дальнейшее чтение

внешние ссылки