Стюарт Кауфман - Stuart Kauffman

Стюарт Кауфман
Stuart Kauffman.jpg
Стюарт Кауфман в апреле 2010 года
Родившийся (1939-09-28) 28 сентября 1939 г. (возраст 81)
Альма-матерДартмутский колледж
Оксфордский университет
Калифорнийский университет в Сан-Франциско
ИзвестенМодель НК, происхождение жизни, сети регуляции генов, смежная возможная, сбалансированная область
НаградыВинера медаль (1969)
Маршалл стипендиат
MacArthur Fellow
Научная карьера
УчрежденияЧикагский университет
Пенсильванский университет
Университет Калгари

Стюарт Алан Кауфман (родился 28 сентября 1939 г.) - американский врач, биолог-теоретик, и сложные системы исследователь, изучающий происхождение жизни на земле. Он был профессором в Чикагский университет, Пенсильванский университет, и Университет Калгари. Он в настоящее время заслуженный профессор биохимии Пенсильванского университета и филиал факультета Институт системной биологии. Имеет ряд наград, в том числе Стипендия Макартура и Винера медаль.

Он наиболее известен тем, что утверждает, что сложность биологических систем и организмов может быть результатом самоорганизация и далеких от равновесия динамик по дарвиновскому естественный отбор, как обсуждалось в его книге Истоки порядка (1993). В 1967 г.[1] и 1969 г.[2] он использовал случайный логические сети исследовать общие свойства самоорганизации генных регуляторных сетей, предположив, что типы клеток являются динамическими аттракторами в генных регуляторных сетях и что дифференцировку клеток можно понимать как переходы между аттракторами. Недавние данные свидетельствуют о том, что типы клеток человека и других организмов являются аттракторами.[3][4] 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.[5] Это наводило на мысль о возможности «терапии дифференциации рака». Он также предложил самоорганизованное возникновение коллективных автокаталитические наборы из полимеры, конкретно пептиды, за происхождение молекулярного воспроизводства,[6][7] которые нашли экспериментальную поддержку.[8][9]

Образование и начало карьеры

Кауфман окончил Дартмут в 1960 г. получил степень бакалавра (с отличием) Оксфордский университет (где он был Маршалл стипендиат ) в 1963 году и получил степень доктора медицины в Калифорнийский университет в Сан-Франциско в 1968 году. После прохождения стажировки переехал в генетика развития плодовой мухи, сначала назначив встречу в Чикагский университет с 1969 по 1973 год, Национальный институт рака с 1973 по 1975 год, а затем в Пенсильванский университет с 1975 по 1994, где он дослужился до профессора биохимия и биофизика.

Карьера

Кауфман стал известен благодаря своей связи с Институт Санта-Фе (некоммерческий исследовательский институт, занимающийся изучением сложные системы ), где он был преподавателем в резиденции с 1986 по 1997 год, и в ходе своей работы модели в различных областях биология. К ним относятся автокаталитические наборы в происхождение жизни исследование, сети регуляции генов в биология развития, и фитнес-пейзажи в эволюционная биология. Вместе с Марком Балливетом Кауфман владеет основополагающими патентами в области биотехнологии в комбинаторная химия и применил молекулярная эволюция, впервые выпущенный во Франции в 1987 году,[10] в Англии в 1989 году, а затем в Северной Америке.[11][12]

В 1996 г. Эрнст энд Янг, Кауфман начал BiosGroup, а Санта-Фе, Нью-Мексико -основанная коммерческая компания, подавшая сложные системы методология решения бизнес-задач. BiosGroup была приобретена Решения NuTech в начале 2003 года. NuTech был куплен Netezza в 2008 году, а позже - IBM.[13][14][15]

С 2005 по 2009 год Кауфман занимал совместное назначение в Университет Калгари в биологических науках, физике и астрономии. Он также был адъюнкт-профессором кафедры философии в Университет Калгари. Он был председателем iCORE (Научно-исследовательский кружок передового опыта в области информатики) и директором Института биокомплексности и информатики. Кауфман также был приглашен помочь запустить инициативу «Наука и религия» в Гарвардская школа богословия; в 2009 году работал приглашенным профессором.

В январе 2009 года Кауфман стал заслуженным профессором Финляндии (FiDiPro) в Технологический университет Тампере, Отдел обработки сигналов. Назначение закончилось в декабре 2012 года. Предметом исследовательского проекта FiDiPro является разработка отложенных стохастические модели из генетические регуляторные сети на основе экспрессия гена данные на одиночная молекула уровень.

В январе 2010 года Кауфман присоединился к Вермонтский университет факультет, где он продолжил свою работу в течение двух лет в Центре сложных систем UVM.[16] С начала 2011 года по апрель 2013 года Кауфман регулярно вносил вклад в энергетический ядерный реактор Блог 13.7, Космос и культура,[17] с различными темами, от наук о жизни, системной биологии и медицины до духовности, экономики и права.[17] Он также был постоянным автором Edge.org.[18]

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.[19]

В 2014 году Кауфман, Самули Нииранен и Габор Ваттай получили учредительный патент.[20] на уравновешенное царство (см. ниже), очевидно новое «состояние материи», обратимо парящее между квантовой и классической сферами.[21]

В 2015 году его пригласили помочь инициировать общую дискуссию о переосмыслении экономического роста для Объединенные Нации.[22] Примерно в то же время он провел исследование с Оксфордский университет профессор Теппо Фелин.[23]

Фитнес-пейзажи

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

Модель Кауфмана NK определяет комбинаторный фазовое пространство, состоящий из каждой строки (выбранной из заданного алфавита) длины . Для каждой строки в этом пространстве поиска скаляр значение (называемое фитнес ) определено. Если расстояние метрика определяется между строками, результирующая структура представляет собой пейзаж.

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

и вклад каждого локуса в целом зависит от значения другие локусы:

куда другие локусы, на которых зависит от.

Следовательно, фитнес-функция это отображение между строками длины K + 1 и скаляры, которые в более поздних работах Вайнбергера называют «вкладом в фитнес». Такие вклады пригодности часто выбираются случайным образом из некоторого заданного распределения вероятностей.

В 1991 году Вайнбергер опубликовал подробный анализ[24] случая, когда а вклады в пригодность выбираются случайным образом. Его аналитическая оценка количества локальных оптимумов позже оказалась ошибочной.[нужна цитата ] Однако численные эксперименты, включенные в анализ Вайнбергера, подтверждают его аналитический результат о том, что ожидаемая пригодность строки обычно распределяется со средним значением приблизительнои отклонение примерно.

Признание и награды

Кауфман провел Стипендия Макартура между 1987–1992 гг. Он также имеет почетную степень в области науки Лувенского университета (1997 г.); Он был награжден золотой медалью Мемориала Норберта Винера за кибернетику в 1973 году, золотой медалью Accademia dei Lincei в Риме в 1990 году, премии Троттера за информацию и сложность в 2001 году и премии Герберта Саймона за сложные системы в 2013 году. Он стал членом Королевское общество Канады в 2009.

Работает

Кауфман наиболее известен тем, что утверждает, что сложность биологических систем и организмов может быть результатом такой же самоорганизация и далеких от равновесной динамики по дарвиновской естественный отбор (Видеть Истоки 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 г. Самоорганизация в биологических системах.[25] Книга Роджера Сэнсома 2011 года Гениальные гены: как сети регуляции генов эволюционируют для контроля развития представляет собой расширенную критику модели самоорганизации Кауфмана в отношении сетей регуляции генов.[26]

Заимствование из спин-стекло модели в физике, Кауфман изобрел фитнес-ландшафты "N-K", которые нашли применение в биологии.[27] и экономика.[28][29] В соответствующей работе Кауфман и его коллеги исследовали докритическое, критическое и супракритическое поведение в экономических системах.[30]

Работа Кауфмана переводит его биологические открытия на проблема разума и тела и проблемы нейробиологии, предлагающие атрибуты новой «уравновешенной области», которая бесконечно колеблется между квантовая когерентность и классичность. Он опубликовал эту тему в своей статье «Отвечая Декарту: за пределами Тьюринга».[31] Вместе с Джузеппе Лонго и Маэлем Монтевилем он написал (январь 2012 г.) «Никаких побуждающих законов, но возможность эволюции биосферы»,[32] который утверждал, что эволюция не является «следствием закона», как физика.

Работа Кауфмана размещена на сайте Physics ArXiv, в том числе «Вне тупика: разум / тело, квантовая механика, свобода воли, возможный панпсихизм, возможное решение квантовой загадки» (октябрь 2014 г.)[33] и «Квантовая критичность в происхождении жизни» (февраль 2015 г.).[21]

Кауфман внес свой вклад в зарождающуюся область кумулятивной технологической эволюции, представив математику смежный возможный.[34][35]

Опубликовал более 350 статей и 6 книг: Истоки порядка (1993), Дома во Вселенной (1995), Расследования (2000), Переосмысление священного (2008), Человечество в творческой вселенной (2016) и 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.[36]

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».[37]

Публикации

Избранные статьи
Книги

Примечания

  1. ^ Кауфман и Маккалок 1967.
  2. ^ Кауфман 1969.
  3. ^ Хуанг и Кауфман 2009.
  4. ^ Nykter et al. 2008 г..
  5. ^ Кауфман 1971b.
  6. ^ Кауфман 1971a.
  7. ^ Кауфман 2011.
  8. ^ Дадон, Вагнер и Ашкенасы, 2008 г..
  9. ^ Дадон и др. 2012 г..
  10. ^ EP 0229046A1, "Procédé d'obtention d'ADN, ARN, пептиды, полипептиды или протеины, обычная методика рекомбинации ADN" 
  11. ^ 5 723 323 США  «Способ идентификации стохастически генерируемого пептида, полипептида или белка, обладающего свойством связывания лиганда, и их композиций»
  12. ^ CA 1339937C, «Процедура получения ДНК, РНК-пептидов, полипептидов или белков методами рекомбинантной ДНК» 
  13. ^ «Решения NuTech для приобретения операций по разработке программного обеспечения BiosGroup». BusinessWire. 20 февраля 2003 г.. Получено 5 июля, 2015.
  14. ^ «Netezza Corporation приобретает NuTech Solutions». BusinessWire. 15 мая 2008 г.. Получено 5 июля, 2015.
  15. ^ «IBM приобретает Netezza». IBM News Room. IBM. 20 сентября 2010 г.. Получено 5 июля, 2015.
  16. ^ «Стюарт Кауфман, пионер сложных систем, присоединится к факультету UVM». Vermontbiz.com. Вермонтский деловой журнал. 30 сентября 2009 г.. Получено 28 апреля, 2015.
  17. ^ а б "Стюарт Кауфман". NPR.org. Получено 28 апреля, 2015.
  18. ^ "Стюарт А. Кауфман". Edge.org. Edge Foundation. Получено 28 апреля, 2015.
  19. ^ Кауфман и др. 2014b.
  20. ^ нас, «Использование систем со степенями свободы, балансирующими между полностью квантовыми и полностью классическими состояниями» 
  21. ^ а б Ваттай и др. 2015 г..
  22. ^ «Переосмысление экономического роста». Academicimpact.un.org. 11 мая 2015 года. Получено 26 мая, 2020.
  23. ^ Фелин, Теппо; Кауфман, Стюарт; Коппл, Роджер; Лонго, Джузеппе (2014). «Экономические возможности и эволюция: за пределами ландшафта и ограниченной рациональности» (PDF). Журнал стратегического предпринимательства. 8 (4): 269–282. Дои:10.1002 / sej.1184.
  24. ^ Вайнбергер, Эдвард (15 ноября 1991 г.). «Локальные свойства модели N-k Кауфмана: настраиваемый прочный энергетический ландшафт». Физический обзор A. 10. 44 (10): 6399–6413. Bibcode:1991PhRvA..44.6399W. Дои:10.1103 / Physreva.44.6399. PMID  9905770.
  25. ^ Камазин, Скотт; Денебург, Жан-Луи; Franks, Nigel R .; Снейд, Джеймс; Тераулаз, Гай; Бонабо, Эрик (2001). Самоорганизация в биологических системах. Принстонские исследования в сложности. Принстон, штат Нью-Джерси: Princeton University Press. стр.88–89, 283. Дои:10.2307 / j.ctvzxx9tx. ISBN  0691012113. JSTOR  j.ctvzxx9tx. OCLC  44876868.
  26. ^ Сансом, Роджер (2011). Гениальные гены: как эволюционируют сети регуляции генов для контроля развития. Жизнь и разум: философские вопросы биологии и психологии. Кембридж, Массачусетс: MIT Press. Дои:10.7551 / mitpress / 9780262195812.001.0001. ISBN  9780262195812. OCLC  694600461. Смотрите также: Рэй, Грегори А. (декабрь 2012 г.). «Адаптация и генные сети: Гениальные гены: как сети регуляции генов эволюционируют для контроля развития [рецензия на книгу] ". Бионаука. 62 (12): 1084–1085. Дои:10.1525 / bio.2012.62.12.10.
  27. ^ Кауфман и Джонсен, 1991 г..
  28. ^ Ривкин и Сиггельков 2002.
  29. ^ Felin et al. 2014 г..
  30. ^ Ханель, Кауфман и Турнер 2007.
  31. ^ Кауфман 2016.
  32. ^ Лонго, Монтевиль и Кауфман, 2012 г..
  33. ^ Кауфман 2014.
  34. ^ Tria, F .; Loreto, V .; Servedio, V. D. P .; Строгац, С. Х. (июль 2014 г.). «Динамика соотнесенных новинок». Научные отчеты. 4: 5890. Дои:10.1038 / srep05890. ЧВК  5376195. PMID  25080941.
  35. ^ Монечи, Бернардо; Руис-Серрано, Альваро; Триа, Франческа; Лорето, Витторио (июнь 2017 г.). «Волны новинок в расширении на соседнее возможное». PLoS ONE. 12 (6): e0179303. Дои:10.1371 / journal.pone.0179303. ЧВК  5464662. PMID  28594909.
  36. ^ Историю можно прочитать здесь: «Удивительная правдивая история Патрика С., Руперта Р., Слай С. и Гаса Дж. Протоклеток в их очень ранние годы» (PDF). 16 августа 2016 г. В архиве (PDF) с оригинала 27 мая 2020 г. Кауфман рассказывает историю 2017 года здесь: "Удивительная правдивая история Патрика, Руперта, Слая и Гаса". YouTube. 10 марта 2017 г.. Получено 26 мая, 2020. Анимированная версия находится здесь: «Истоки жизни и ее непреходящее чудо». YouTube. Анимация науки. 24 августа 2020. Стюарт Кауфман объясняет, как жизнь эволюционировала от своего более раннего происхождения около 3700 миллионов лет назад, через историю четырех протоклеток - Патрика, Руперта, Слая и Гаса. Он объясняет, почему наши знания о происхождении и раннем развитии жизни могут очень помочь нам понять наше истинное место в мире.
  37. ^ Кастнер, Рут Э .; Кауфман, Стюарт; Эпперсон, Майкл (2019). «Серьезно воспринимая Potentia Гейзенберга». Приключения в квантовой стране: исследование нашей невидимой реальности. Лондон; Хакенсак, штат Нью-Джерси: World Scientific. С. 223–237. arXiv:1709.03595. Дои:10.1142/9781786346421_0011. ISBN  978-1-78634-641-4. OCLC  1083673555. S2CID  4882205.

Рекомендации

  • Кьялво, Д. Р. (2013). «Критическая динамика мозга в большом масштабе». In Plenz D .; Niebur, E .; Шустер Х. Г. (ред.). Критичность в нейронных системах. 1. Вайли. ISBN  978-3-527-41104-7.CS1 maint: ref = harv (связь)
  • Дадон, З .; Вагнер, Н .; Ашкенасы, Г. (2008). «Дорога к неферментативным молекулярным сетям». Энгью. Chem. Int. Эд. 47 (33): 6128–6136. Дои:10.1002 / anie.200702552. PMID  18613152.CS1 maint: ref = harv (связь)
  • Дадон, З .; Вагнер, Н .; Cohen-Luria, R .; Ашкенасы, Г. (2012). «Сети реакции. 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 Gale, P. A .; Стид Дж. У. (ред.). Супрамолекулярная химия: от молекул до наноматериалов. John Wiley and Sons, Ltd. ISBN  978-0-470-74640-0.CS1 maint: ref = harv (связь)
  • Rivkin, J. W .; Сиггельков, Н. (май – июнь 2002 г.). «Организационные точки соприкосновения с пейзажами Нагорного Карабаха». Сложность. 7 (5): 31–43. Bibcode:2002Cmplx ... 7e..31R. Дои:10.1002 / cplx.10037. Получено 28 апреля, 2015.CS1 maint: ref = harv (связь)

дальнейшее чтение

внешняя ссылка