Брайан Гудвин

Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. Поиск источников:  «Брайан Гудвин»  -  новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR ( декабрь 2016 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить это сообщение-шаблон )

Брайан Гудвин в 1992 году

Брайан Кэри Гудвин (25 марта 1931 - 15 июля 2009) был канадским математиком и биологом , почетным профессором Открытого университета и основателем теоретической биологии и биоматематики. Он ввел использование сложных систем и генеративных моделей в биологии развития . Он предположил, что редукционистский взгляд на природу не может объяснить сложные особенности, спорно предлагая структуралистскую теорию о том, что морфогенетические поля могут заменять естественный отбор в движущей силе эволюции . ^[1]Он также был видным членом движения Третьей культуры . ^[2]

Биография [ править ]

Брайан Гудвин родился в Монреале , Квебек , Канада, в 1931 году. Он изучал биологию в Университете Макгилла, а затем эмигрировал в Великобританию , получив стипендию Родса для изучения математики в Оксфорде. Он получил докторскую степень в Эдинбургском университете, защищая диссертацию «Исследования по общей теории развития и эволюции» ^[3] под руководством Конрада Хэла Уоддингтона . Затем он переехал в Сассекс университета до 1983 года , когда он стал полным профессором в Открытом университете в Милтон Кейнсдо выхода на пенсию в 1992 году. Вместе с другими исследователями он стал важной фигурой в раннем развитии математической биологии . Он был одним из участников знаменитых встреч, которые проходили между 1965 и 1968 годами на вилле Сербеллони, организованной Фондом Рокфеллера , на тему «К теоретической биологии». В семинаре участвовали, среди других ключевых ученых, Конрад Уоддингтон , Джек Коуэн , Майкл Конрад , Джим Бернс , Кристофер Зееман , Ричард Левонтин , Роберт Розен , Стюарт Кауфман , Джон Мейнард Смит , Рене Том.и Льюис Вольперт . В результате переговоров и дискуссий на конференции вышел четырехтомный отчет о мероприятии, который в то время стал основным справочным материалом в этой области.

После этого он преподавал в Колледже Шумахера в Девоне , Великобритания , где сыграл важную роль в поступлении в колледж магистра гуманитарных наук в области холистической науки. Незадолго до смерти он стал одним из основателей колледжа Шумахера. Гудвин также занимал должность исследователя в Массачусетском технологическом институте и долгое время посещал несколько учреждений, включая UNAM в Мехико. Он был одним из основателей Института Санта-Фе в Нью-Мексико, где он также был членом научного совета в течение нескольких лет. ^{[4] [5]}

Брайан Гудвин умер в больнице в 2009 году после операции в результате падения с велосипеда. ^{[6] У} Гудвина остались его третья жена Кристель и дочь Линн.

Генные сети и развитие [ править ]

Вскоре после того, как Франсуа Жакоб и Жак Моно разработали свою первую модель регуляции генов, Гудвин предложил первую модель генетического осциллятора, показав, что регуляторные взаимодействия между генами допускают периодические колебания. Вскоре после того, как эта модель была опубликована, он также сформулировал общую теорию сложных сетей регуляции генов, используя статистическую механику.. В своей простейшей форме осциллятор Гудвина включает в себя единственный ген, который сам себя подавляет. Уравнения Гудвина изначально были сформулированы в терминах консервативных (гамильтоновых) систем, таким образом, не принимая во внимание диссипативные эффекты, необходимые для реалистичного подхода к регуляторным явлениям в биологии. С тех пор было разработано много версий. В простейшей (но реалистичной) формулировке учитываются три переменные: X, Y и Z, указывающие концентрации РНК , белка и конечного продукта, образующего петлю отрицательной обратной связи . Уравнения

${\ displaystyle {\ frac {dX} {dt}} = {k_ {1} \ over K_ {1} + Z ^ {n}} - k_ {2} X}$

${\ displaystyle {\ frac {dY} {dt}} = k_ {3} X-k_ {4} Y}$

${\ displaystyle {\ frac {dZ} {dt}} = k_ {5} Y-k_ {6} Z}$

а замкнутые колебания могут возникать при n> 8 и вести себя предельными циклами : после возмущения состояния системы она возвращается к своему предыдущему аттрактору. Простая модификация этой модели, добавление других терминов, вводящих дополнительные шаги в аппарате транскрипции, позволяет находить колебания для меньших значений n. Модель Гудвина и ее расширения на протяжении многих лет широко использовались в качестве основного скелета для других моделей колебательного поведения, включая циркадные часы , деление клеток или системы физиологического контроля.

Биология развития [ править ]

В области биологии развития Гудвин исследовал самоорганизацию в формировании паттернов , используя тематические исследования от одноклеточных (таких как Acetabularia ) до многоклеточных организмов, включая раннее развитие у дрозофилы . Он предположил, что морфогенетические поля , определенные в терминах пространственного распределения химических сигналов (морфогенов), могут формировать паттерн и формировать эмбрион. Таким образом, геометрия и развитие были связаны математическим формализмом. Вместе со своим коллегой Линн Трейнор Гудвин разработал набор математических уравнений, описывающих изменения как физических границ в организме, так и химических градиентов.

Рассматривая механохимическое поведение кортикальной цитоплазмы (или цитогеля) растительных клеток, вязкоупругого материала, в основном состоящего из актиновых микрофиламентов и усиленного сетью микротрубочек, Goodwin & Trainor (1985) показали, как связывать кальций и механические свойства цитоплазмы. . Цитогель рассматривается как непрерывная вязкоупругая среда, в которой ионы кальция могут диффундировать и взаимодействовать с цитоскелетом. Модель состоит из двух нелинейных уравнений в частных производных, которые описывают эволюцию поля механической деформации и распределения кальция в цитогеле.

Было показано (Trainor & Goodwin, 1986), что в диапазоне значений параметров в этой системе могут возникать и развиваться нестабильности, приводящие к внутриклеточным паттернам деформации и концентрации кальция. В общем виде уравнения читаются так:

${\ displaystyle \ rho {\ partial ^ {2} \ xi \ over \ partial t ^ {2}} = {\ partial \ over \ partial x} \ left (P_ {1} (\ chi) {\ partial \ xi \ over \ partial x} \ right) + {\ partial \ over \ partial x} \ left (P_ {2} (\ chi) {\ partial ^ {2} \ xi \ over \ partial x \ partial t} \ right ) -P_ {3} (\ chi) -F_ {0} {\ partial \ chi \ over \ partial x}}$

${\displaystyle {\partial \chi \over \partial t}=\left(a_{0}+a{\partial \xi \over \partial x}\right)(K-\chi )-k_{1}(\beta +\chi )\chi ^{n}+D{\partial ^{2}\xi \over \partial x^{2}}}$

Эти уравнения описывают пространственно-временную динамику смещения от эталонного состояния и концентрации кальция соответственно. Здесь x и t - координаты пространства и времени соответственно. Эти уравнения могут применяться ко многим различным сценариям, а различные функции P (x) вводят конкретные механические свойства среды. Эти уравнения могут генерировать большое количество статических и динамических паттернов, от сложных геометрических мотивов до колебаний и хаоса (Briere 1994) ^{[ цитата не найдена ]} .

Структурализм [ править ]

Он также был решительным сторонником точки зрения, что гены не могут полностью объяснить сложность биологических систем. В этом смысле он стал одним из самых сильных защитников системного взгляда против редукционизма . Он предположил, что нелинейные явления и фундаментальные законы, определяющие их поведение, необходимы для понимания биологии и ее эволюционных путей. Его позицию в эволюционной биологии можно определить как структуралистскую . По мнению Гудвина, многие закономерности в природе являются побочным продуктом ограничений, налагаемых сложностью. Ограниченный репертуар мотивов, наблюдаемый в пространственной организации растений и животных (в некоторых масштабах), был бы, по мнению Гудвина, отпечатком роли, которую играют такие ограничения. Рольестественный отбор будет вторичным.

Эти мнения были весьма противоречивыми и привели Гудвина к конфликту со многими выдающимися дарвиновскими эволюционистами, в то время как некоторые физики сочли некоторые из его взглядов естественными. Физик Мюррей Гелл-Манн, например, признал, что «когда биологическая эволюция - основанная в основном на случайных вариациях генетического материала и естественного отбора - воздействует на структуру реальных организмов, она подчиняется законам физической науки, которые налагают важные ограничения. о том, как можно построить живое ". Ричард Докинз, бывший профессор общественного понимания науки в Оксфордском университете и известный дарвиновский эволюционист, признал: «Я не думаю, что есть много веских доказательств, подтверждающих [его тезис], но важно, чтобы кто-то вроде Брайана Гудвина говорил такое вещи, потому что она обеспечивает другую крайность, и правда, вероятно, находится где-то посередине ". Докинз также согласился с тем, что «это действительно интересная возможность, что основные законы морфологии допускают только определенный ограниченный диапазон форм». Со своей стороны, Гудвин отвергал не фундаментальный дарвинизм, а только его излишества.

Прием [ править ]

Биолог Герт Кортоф похвалил исследование Гудвина, отметив, что он пытался «улучшить дарвинизм с научной точки зрения». ^[7] Дэвид Б. Уэйк также положительно оценил исследование Гудвина, назвав его «вдумчивым ученым, одним из величайших несогласных с ортодоксальными взглядами современной эволюционной, генетической биологии и биологии развития». ^[8]

Гудвин утверждал, что естественный отбор был «слишком слабой силой», чтобы объяснить эволюцию, и действовал только как механизм фильтрации. Он утверждал, что современная эволюционная биология не смогла дать объяснения теории биологической формы и проигнорировала важность морфогенеза в эволюции. Он утверждал, что создал новую эволюционную теорию на замену неодарвинизма. В критическом обзоре биолог Кэтрин С.К. Прайс отметила, что, хотя ему удалось предоставить альтернативу мутации как единственному источнику вариаций, он не смог предоставить альтернативу естественному отбору как механизму адаптации. ^[9]Прайс утверждал, что «обсуждение эволюции Гудвином необъективно, недостаточно разработано и плохо информировано», и что он искажал дарвинизм, использовал аргументы соломенного человека и игнорировал исследования популяционной генетики . ^[9]

Биолог-эволюционист Гюнтер П. Вагнер описал структурализм Гудвина как « маргинальное движение в эволюционной биологии». ^[10]

Публикации [ править ]

Книги

• 1963. Временная организация в Cells Academic Press, Лондон 1963, ISBN  1376206161
• 1989. Теоретическая биология: эпигенетический и эволюционный порядок для сложных систем с Питером Сондерсом, Edinburgh University Press, 1989, ISBN 0-85224-600-5 
• 1994. Машиностроение цитоскелета в биологии развития (Международный обзор цитологии) , с Кван У. Чон и Ричард Дж. Гордон, Academic Press, Лондон 1994, ISBN 0-12-364553-0 
• 1996. Форма и трансформация: генеративные и реляционные принципы в биологии , Cambridge Univ Press, 1996.
• 1997. Как леопард изменил свои пятна: эволюция сложности , Scribner, 1994, ISBN 0-02-544710-6 (нем.: Der Leopard, der seine Flecken verliert , Piper, München 1997, ISBN 3-492-03873-5 )  
• 2001. Признаки жизни: как сложность пронизывает биологию , с Рикаром В. Соле, Basic Books, 2001, ISBN 0-465-01927-7 
• 2007. Nature's Due: исцеление нашей фрагментированной культуры , Floris Books, 2007, ISBN 0-86315-596-0 

Избранные научные труды

• Goodwin, BC 1965, "Колебательное поведение в процессах ферментативного контроля", Adv. Enz. Рег. 3: 425-428.
• Гудвин BC 1978, "Когнитивный взгляд на биологический процесс". J Soc Biol Structures 1: 117-125
• Гордон Д.М., Гудвин Б.К. и Трейнор ЛЕХ 1992, "Параллельно распределенная модель поведения колоний муравьев", J. Theor. Биол. 156, 293-307.
• 1997, "Временная организация и дезорганизация в организмах". в: Chronobiology International 14 (5): 531-536 1997.
• Goodwin BC, 1978 "Когнитивный взгляд на биологический процесс", J. Soc. Биол. Struct. 1, 117-125.
• 2000, «Жизнь формы. Новые паттерны морфологической трансформации». в: Comptes rendud de la Academie des Science III 323 (1): 15-21 JAN 2000
• Гудвин BC (2000). Жизнь формы. Возникающие паттерны морфологической трансформации. Comptes rendus de l'academie des sciencies III - Sciences de la vie-life Sciences 323 (1): 15-21.
• Гудвин BC. (1997) Временная организация и дезорганизация организмов. Международная хронобиология 14 (5): 531-536
• Соле, Р., О. Мирамонтес и Гудвин, Британская Колумбия. (1993) «Порядок и хаос в муравьиных обществах». J. Theor. Биол. 161: 343
• Мирамонтес, О., Р. Соле и BC, Гудвин (1993), Коллективное поведение случайно активируемых мобильных клеточных автоматов. Physica D 63: 145-160.
• Jaeger, J. и Goodwin BC 2001, "Модель клеточного осциллятора для формирования периодических структур" J. Theor. Биол. 213, 71–181.
• 2002, «В тени культуры». в: «Следующие пятьдесят лет: наука в первой половине двадцать первого века» под редакцией Джона Брокмана, Vintage Books, МАЙ 2002, ISBN 0-375-71342-5 
• Гудвин Б. 2005, "Значение в эволюции" J. Biol. Phys. Chem. 5, 51–56.

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• Новая наука о качествах: беседа с Брайаном Гудвином
• Интервью с профессором Брайаном Гудвином