Роберт Розен (биолог-теоретик) - Robert Rosen (theoretical biologist)

Роберт Розен (27 июня 1934 г. - 28 декабря 1998 г.) Американец теоретический биолог и профессор Биофизика в Университет Далхаузи.^[1]

Карьера

Розен родился 27 июня 1934 г. в г. Brownsville (часть Бруклин ), в Нью-Йорк. Он изучал биологию, математику, физику, философию и историю; в частности, история науки. В 1959 году он получил докторскую степень в области реляционной биологии, получив специализацию в более широкой области: Математическая биология под руководством профессора Николай Рашевский на Чикагский университет. Он оставался в Чикагском университете до 1964 года.^[2] позже перешел в Университет Буффало, ныне известный как Государственный университет Нью-Йорка (SUNY) - в Буффало на должности доцента, одновременно занимая должность в Центре теоретической биологии.

Его годичный творческий отпуск в 1970 году в качестве приглашенного научного сотрудника в офисе Роберта Хатчинса. Центр изучения демократических институтов в Санта Барбара, Калифорния была плодотворной, что привело к концепции и развитию того, что он позже назвал Системы упреждения Теория сама по себе является следствием его более обширной теоретической работы по относительной сложности. В 1975 году он покинул SUNY в Буффало и принял должность в Университет Далхаузи, в Галифакс, Новая Шотландия, в качестве профессора-исследователя Киллама на кафедре физиологии и биофизики, где он оставался до своего досрочного выхода на пенсию в 1994 году.^[3] У него остались жена, дочь Джудит Розен и двое сыновей.

Он служил президентом Общество общих системных исследований, (теперь известный как ISSS), в 1980-81 гг.

Исследование

Исследования Розена касались самых фундаментальных аспектов биологии, в частности вопросов «Что такое жизнь?». и «Почему живые организмы живы?». Вот несколько основных тем его работ:

• разработка конкретного определения сложность на основе теоретико-категорийный модели автономных живых организмов
• развивающийся Сложная системная биология с точки зрения реляционной биологии и квантовой генетики
• разработка строгого теоретического обоснования живых организмов как «упреждающих систем»

Розен считал, что современная модель физики, которая, как он показал, основана на Декартово и Ньютоновский формализм, пригодный для описания мира механизмов, был недостаточен для объяснения или описания поведения биологических систем. Розен утверждал, что основной вопрос "Что такое жизнь?"не могут быть адекватно рассмотрены изнутри научного основания, которое редукционистский. Приближаясь к организмам с помощью редукционистских научных методов и практик, приносят в жертву функциональную организацию живых систем ради изучения частей. По словам Розена, все не может быть повторно захвачено после того, как биологическая организация был уничтожен. Предлагая прочную теоретическую основу для изучения биологической организации, Розен считал, что биология не является просто подмножеством уже известной физики, а может дать глубокие уроки для физики, а также для науки в целом.^[4]

Работа Розена сочетает в себе сложную математику с потенциально радикально новыми взглядами на природу живых систем и науки. Его называли «Ньютоном биологии». ^[5] Его работа, основанная на теории множеств, также была сочтена противоречивой, вызывая опасения, что некоторые из используемых им математических методов могут не иметь адекватных доказательств. Посмертная работа Розена Очерки самой жизни (2000), а также недавние монографии^[6][7] ученик Розена Алоизиус Луи прояснил и объяснил математическое содержание работы Розена.

Реляционная биология

В работе Розена была предложена методология, которую необходимо разработать в дополнение к нынешним редукционистским подходам к науке. молекулярные биологи. Он назвал эту методологию Реляционная биология. Реляционный это термин, который он правильно приписывает своему наставнику Николай Рашевский, опубликовавший несколько работ о важности теоретико-множественных соотношений^[8] в биологии до первых докладов Розена по этому вопросу. Реляционный подход Розена к биологии является расширением и расширением трактовки Николасом Рашевским п- отношения внутри и между организменными наборами, которые он развивал за два десятилетия как представление как биологических, так и социальных «организмов».

Реляционная биология Розена утверждает, что организмы, да и все системы, обладают определенным качеством, которое называется организация что не является частью языка редукционизма, как, например, в молекулярная биология, хотя он все чаще используется в системная биология. Это связано не только с чисто структурными или материальными аспектами. Например, организация включает в себя все отношения между материальными частями, отношения между эффектами взаимодействия материальных частей и отношения со временем и окружающей средой, и это лишь некоторые из них. Многие люди резюмируют этот аспект сложные системы^[9] говоря, что целое больше, чем сумма частей. Отношения между частями и между эффектами взаимодействий в некотором смысле следует рассматривать как дополнительные «реляционные» части.

Розен сказал, что организация должны быть независимы от материальных частиц, которые, казалось бы, составляют живая система. Как он выразился:

Человеческое тело полностью меняет материал, из которого оно состоит примерно каждые 8 ​​недель, через метаболизм, репликация и ремонт. Тем не менее, вы все еще являетесь собой - со всеми своими воспоминаниями, вашей личностью ... Если наука настаивает на погоне за частицами, они будут следовать за ними прямо через организм и совсем скучаю по организму.

— Роберт Розен (как сказал его дочери, г-же Джудит Розен^[2])

Подход Розена к абстрактной реляционной биологии фокусируется на определении живых организмов, и все сложные системы, с точки зрения их внутренних организация в качестве открытые системы которые не могут быть сведены к их взаимодействующим компонентам из-за множественных отношений между метаболическими, репликационными и репарационными компонентами, которые управляют сложной биодинамикой организма.

Он сознательно выбрал «самый простой» графики и категории для его представлений систем восстановления метаболизма в небольших категориях множеств, наделенных только дискретной «эффективной» топологией множеств, рассматривая этот выбор как наиболее общий и менее ограничительный. Однако оказывается, что эффективные следствия ${ displaystyle (M {,} R)}$системы^{[требуется разъяснение ]} "закрыты для эффективного дела"^[10], и поэтому не могут рассматриваться в строгом математическом смысле как подкатегории категория последовательных машин или автоматы: в прямом противоречии с французским философом Декарт 'предположение, что все животные - только тщательно продуманные машины или механизмы. Розен заявил: "Я утверждаю, что единственное решение таких проблем [границы субъект-объект и что составляет объективность] в признании того, что замкнутые цепи причинно-следственной связи «объективны»; то есть законные объекты научного исследования. Это категорически запрещено в любой машине или механизме."^[11] Демонстрация Розена «эффективного замыкания» заключалась в том, чтобы представить этот явный парадокс в механистической науке, что, с одной стороны, организмы определяются такими причинными замыканиями, а с другой стороны, механизм их запрещает; поэтому нам необходимо пересмотреть наше понимание природы. Механистическая точка зрения преобладает даже сегодня в большей части общей биологии и большей части науки, хотя некоторые утверждают, что больше не социология и психология где редукционистские подходы потерпели неудачу и потеряли популярность с начала 1970-х годов. Однако эти области еще не достигли консенсуса по поводу того, каким должен быть новый взгляд, как и в большинстве других дисциплин, которые изо всех сил пытаются сохранить различные аспекты «машинной метафоры» для живых и сложных систем.

Сложность и сложные научные модели

Разъяснение различия между простым и сложные научные модели в последующие годы стала главной целью опубликованных отчетов Розена. Розен утверждал, что моделирование лежит в основе науки и мысли. Его книга Системы упреждения^[12] подробно описывает то, что он назвал модельное отношение. Он показал глубокие различия между истинным модельным отношением и симуляция, последнее не основано на таком модельном соотношении.

В математическая биология он известен как создатель класса реляционных моделей жизни организмы, называется ${ displaystyle (M {,} R)}$системы, которые он разработал, чтобы уловить минимальные возможности материала система потребуется, чтобы быть одним из самых простых функциональные организмы которые обычно называют «живыми». В такой системе ${ displaystyle M}$ обозначает метаболический и ${ displaystyle R}$ обозначает подсистемы «ремонта» простого организма, например, активные молекулы «репарации» РНК. Таким образом, его способ определения или «определения» жизни в любой данной системе - это функциональный, а не материальный режим; хотя в своих опубликованных отчетах 1970-х он динамические реализации простейшего ${ displaystyle (M {,} R)}$системы с точки зрения ферментов (${ displaystyle M}$), РНК (${ displaystyle R}$), и функциональный, дублирующий ДНК (его ${ displaystyle beta}$-маппинг).

Однако он пошел еще дальше в этом направлении, заявив, что при изучении сложная система, один "можете выбросить дело и изучить организацию" изучить те вещи, которые необходимы для определения в целом целого класса систем. Однако это было воспринято слишком буквально некоторыми из его бывших учеников, которые не до конца усвоили предписание Роберта Розена о необходимости теории динамические реализации таких абстрактных компонентов в определенной молекулярной форме, чтобы замкнуть цикл моделирования^{[требуется разъяснение ]} для простейших функциональных организмов (таких как, например, одноклеточные водоросли или микроорганизмы ).^[13] Он поддержал это утверждение (которое он фактически приписал Николай Рашевский ), основанный на том факте, что живые организмы - это класс систем с чрезвычайно широким спектром материальных «ингредиентов», различными структурами, разными средами обитания, разными образами жизни и воспроизведение, и все же мы каким-то образом можем распознать их все как жизнь, или функциональные организмы, но не виталисты.

Его подход, как и последние теории организменных множеств Рашевского,^[14][15] подчеркивает биологическая организация над молекулярная структура в попытке обойти отношения между структурой и функциональностью которые важны для всех экспериментальных биологов, включая физиологи. Напротив, изучение конкретных материальных деталей любого данного организма или даже типа организмов расскажет нам только о том, как этот тип организмов «делает это». Такое исследование не подходит к тому, что является общим для всех функциональных организмов, то есть к «жизни». Следовательно, реляционные подходы к теоретической биологии позволили бы нам изучать организмы способами, сохраняющими те существенные качества, которые мы пытаемся изучить и которые являются общими только для них. функциональный организмы.

Подход Роберта Розена концептуально принадлежит к тому, что сейчас известно как Функциональная биология, а также Сложная системная биология, хотя в очень абстрактной математической форме.

Квантовая биохимия и квантовая генетика

Розен также поставил под сомнение то, что он считал многими аспектами господствующих интерпретаций биохимия и генетика. Он возражает против идеи, что функциональные аспекты биологических систем могут быть исследованы с помощью материального фокуса. Один пример: Розен оспаривает, что функциональные возможности биологически активного белок могут быть исследованы исключительно с использованием генетически кодируемой последовательности аминокислоты. Это происходит потому, что, по его словам, белок должен пройти процесс сворачивания, чтобы достичь своей характерной трехмерной формы, прежде чем он сможет стать функционально активным в системе. Но только аминокислотная последовательность генетически закодирован. Механизмы сворачивания белков до конца не изучены. Он пришел к выводу, основываясь на таких примерах, как этот, что фенотип не всегда можно напрямую отнести к генотип и что химически активный аспект биологически активного белка зависит не только от последовательности аминокислот, из которой он был построен: должны действовать некоторые другие важные факторы, которые он, однако, не пытался определить или определить.

Некоторые вопросы относительно математических аргументов Розена были подняты в статье, написанной Кристофером Ландауэром и Кирсти Л. Беллман.^[16] который утверждал, что некоторые математические формулировки, использованные Розеном, проблематичны с логической точки зрения. Однако, пожалуй, стоит отметить, что подобные вопросы уже давно поднимались Бертран Рассел и Альфред Норт Уайтхед в их знаменитых Principia Mathematica в связи с антиномии из теория множеств. Поскольку математическая формулировка Розена в его более ранних работах также была основана на теория множеств и категория наборов такие проблемы, естественно, снова всплыли на поверхность. Однако теперь эти вопросы были рассмотрены Робертом Розеном в своей недавней книге. Очерки самой жизни, опубликовано посмертно в 2000 г. Кроме того, такие основные проблемы математических формулировок ${ displaystyle (M {,} R)}$- системы были решены другими авторами еще в 1973 году с использованием Лемма Йонеды в теория категорий, и связанные функториальный построение категорий с (математической) структурой.^[17][18] Такой общий теоретико-категориальный расширение ${ displaystyle (M {,} R)}$-системы, которые избегают парадоксы теории множеств основаны на Уильям Ловер категориальный подход и его расширения многомерная алгебра. Математическое и логическое продолжение системы метаболической репликации к обобщенному ${ displaystyle (M {,} R)}$-системы, или G-MR, также включала серию признанных писем, которыми Роберт Розен обменивался с последними авторами в течение 1967–1980-х годов, а также письмами, которыми обменивались с Николасом Рашевским до 1972 года.

Идеи Розена находят все большее признание в теоретической биологии, и в настоящее время ведется ряд дискуссий.^{[19][20][21][22]}

Сама жизнь а также его последующая книга Очерки самой жизни, обсудите также довольно критически некоторые вопросы квантовой генетики, такие как те, которые были введены Эрвином Шредингером в его знаменитой книге 1945 года. Что такое жизнь?^[23]

Публикации

Розен написал несколько книг и много статей. Вот некоторые из его опубликованных книг:

• 1970, Теория динамических систем в биологии Нью-Йорк: Wiley Interscience.
• 1970, Принципы оптимальности, Rosen Enterprises
• 1978, Основы измерения и представления природных систем, Elsevier Science Ltd,
• 1985, Системы предвосхищения: философские, математические и методологические основы. Pergamon Press.
• 1991, Сама жизнь: всестороннее исследование природы, происхождения и создания жизни, Издательство Колумбийского университета

Опубликовано посмертно:

• 2000, Очерки самой жизни, Издательство Колумбийского университета.
• 2003, Системы упреждения; Философские, математические и методологические основы, Rosen Enterprises
• 2003, Розенновская сложность, Розен Энтерпрайзис.
• 2003, Пределы границ науки, Rosen Enterprises
• 2012, Системы упреждения; Философские, математические и методологические основы, 2-е издание, Springer

Рекомендации

дальнейшее чтение

• Баяну, И. С. (2006). "Работа Роберта Розена и комплексная системная биология". Аксиоматы. 16 (1–2): 25–34. Дои:10.1007 / s10516-005-4204-z. S2CID  4673166.
• Баяну, И. (1970). "Органические суперкатегории: II. О многостабильных системах" (PDF). Бюллетень математической биофизики. 32 (4): 539–561. Дои:10.1007 / bf02476770. PMID  4327361.
• Баяну, И. (2006). "Работа Роберта Розена и комплексная системная биология". Аксиоматы. 16 (1–2): 25–34. Дои:10.1007 / s10516-005-4204-z. S2CID  4673166.
• Эльзассер, M.W .: 1981, "Форма логики, подходящая для биологии", В: Роберт, Розен, изд., Успехи в теоретической биологии, Объем 6, Academic Press, Нью-Йорк и Лондон, стр. 23–62.
• Кристофер Ландауэр и Кирсти Л. Беллман Теоретическая биология: организмы и механизмы
• Рашевский, Н. (1965). «Представление организмов в терминах (логических) предикатов». Бюллетень математической биофизики. 27 (4): 477–491. Дои:10.1007 / bf02476851. PMID  4160663.
• Рашевский, Н. (1969). «Очерк единого подхода к физике, биологии и социологии». Бюллетень математической биофизики. 31 (1): 159–198. Дои:10.1007 / bf02478215. PMID  5779774.
• Розен, Р. (1960). «Теоретико-квантовый подход к генетическим проблемам». Бюллетень математической биофизики. 22 (3): 227–255. Дои:10.1007 / bf02478347.
• Розен, Р. (1958a). «Реляционная теория биологических систем». Бюллетень математической биофизики. 20 (3): 245–260. Дои:10.1007 / bf02478302.
• Розен, Р. (1958b). «Представление биологических систем с точки зрения теории категорий». Бюллетень математической биофизики. 20 (4): 317–341. Дои:10.1007 / bf02477890.
• "Воспоминания Николая Рашевского". (Конец) 1972 г. Роберт Розен.
• Розен, Роберт (2006). «Автобиографические воспоминания Роберта Розена». Аксиоматы. 16 (1–2): 1–23. Дои:10.1007 / s10516-006-0001-6. S2CID  122095161.

внешняя ссылка

• Веб-сайт Panmere о сложности Розенна: "Веб-сайт Джудит Розен предоставляет бесплатную биографическую информацию, обсуждения работы ее отца, а также бесплатные перепечатки работ Роберта Розена.".
• Роберт Розен: Хорошо поставленный вопрос и ответ на него: чем организмы отличаются от машин? Эссе Дональда К. Микулецки.
• Роберт Розен: 27 июня 1934 г. - 30 декабря 1998 г. пользователя Aloisius Louie.