Stuart Kauffman - Stuart Kauffman

Stuart Kauffman
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Stuart Kauffman em abril de 2010
Nascer ( 1939-09-28 )28 de setembro de 1939 (81 anos)
Alma mater Dartmouth College
Oxford University
University of California, São Francisco
Conhecido por Modelo NK , origem da vida , redes regulatórias de genes , possível adjacente, reino equilibrado
Prêmios Medalha Wiener (1969)
Marshall Scholar
MacArthur Fellow
Carreira científica
Instituições University of Chicago
University of Pennsylvania
University of Calgary

Stuart Alan Kauffman (nascido em 28 de setembro de 1939) é um médico americano, biólogo teórico e pesquisador de sistemas complexos que estuda a origem da vida na Terra. Ele foi professor da University of Chicago , University of Pennsylvania e University of Calgary . Ele é atualmente professor emérito de bioquímica na Universidade da Pensilvânia e docente afiliado do Instituto de Biologia de Sistemas . Ele recebeu vários prêmios, incluindo uma MacArthur Fellowship e uma Medalha Wiener .

Ele é mais conhecido por argumentar que a complexidade dos sistemas biológicos e organismos pode resultar tanto da auto-organização e da dinâmica longe do equilíbrio quanto da seleção natural darwiniana , como discutido em seu livro Origins of Order (1993). Em 1967 e 1969, ele usou redes booleanas aleatórias para investigar propriedades genéricas de auto-organização de redes regulatórias de genes, propondo que os tipos de células são atratores dinâmicos em redes regulatórias de genes e que a diferenciação celular pode ser entendida como transições entre atratores. Evidências recentes sugerem que tipos de células em humanos e outros organismos são atratores. Em 1971, ele sugeriu que um zigoto pode não ser capaz de acessar todos os atratores de tipo de célula em sua rede reguladora de genes durante o desenvolvimento e que alguns dos tipos de células inacessíveis no desenvolvimento podem ser tipos de células cancerosas. Isso sugeriu a possibilidade de "terapia de diferenciação do câncer". Ele também propôs o surgimento auto-organizado de conjuntos coletivamente autocatalíticos de polímeros , especificamente peptídeos , para a origem da reprodução molecular, que encontraram suporte experimental.

Educação e início de carreira

Kauffman formou-se em Dartmouth em 1960, recebeu o BA (Hons) pela Universidade de Oxford (onde foi Marshall Scholar ) em 1963 e completou um diploma de medicina (MD) na University of California, San Francisco em 1968. Após concluir o seu estágio, mudou-se para a genética do desenvolvimento da mosca da fruta, ocupando cargos primeiro na Universidade de Chicago de 1969 a 1973, no Instituto Nacional do Câncer de 1973 a 1975 e depois na Universidade da Pensilvânia de 1975 a 1994, onde se tornou professor de bioquímica e biofísica .

Carreira

Kauffman ficou conhecido por sua associação com o Santa Fe Institute (um instituto de pesquisa sem fins lucrativos dedicado ao estudo de sistemas complexos ), onde foi residente do corpo docente de 1986 a 1997, e por seu trabalho com modelos em várias áreas da biologia . Estes incluíram conjuntos autocatalíticos na origem da pesquisa da vida , redes reguladoras de genes na biologia do desenvolvimento e paisagens de aptidão na biologia evolutiva . Com Marc Ballivet, Kauffman detém as patentes fundadoras da biotecnologia em química combinatória e evolução molecular aplicada , emitidas pela primeira vez na França em 1987, na Inglaterra em 1989 e, posteriormente, na América do Norte.

Em 1996, com Ernst and Young , Kauffman fundou a BiosGroup , uma empresa com fins lucrativos sediada em Santa Fé , Novo México, que aplicava metodologia de sistemas complexos a problemas de negócios. O BiosGroup foi adquirido pela NuTech Solutions no início de 2003. A NuTech foi comprada pela Netezza em 2008 e, posteriormente, pela IBM.

De 2005 a 2009, Kauffman teve um cargo conjunto na Universidade de Calgary em ciências biológicas, física e astronomia. Ele também foi professor adjunto do Departamento de Filosofia da Universidade de Calgary . Ele foi presidente do iCORE (Círculo de Excelência em Pesquisa em Informática) e diretor do Instituto de Biocomplexidade e Informática. Kauffman também foi convidado a ajudar a lançar a iniciativa Ciência e Religião na Harvard Divinity School ; atuando como professor visitante em 2009.

Em janeiro de 2009, Kauffman tornou-se Professor Distinto da Finlândia (FiDiPro) na Universidade de Tecnologia de Tampere , Departamento de Processamento de Sinais. A nomeação terminou em dezembro de 2012. O tema do projeto de pesquisa FiDiPro é o desenvolvimento de modelos estocásticos atrasados de redes regulatórias genéticas com base em dados de expressão gênica no nível de uma única molécula .

Em janeiro de 2010, Kauffman ingressou no corpo docente da University of Vermont, onde continuou seu trabalho por dois anos no Complex Systems Center da UVM. Do início de 2011 a abril de 2013, Kauffman foi um colaborador regular do NPR Blog 13.7, Cosmos and Culture, com tópicos que vão desde ciências da vida, biologia de sistemas e medicina, até espiritualidade, economia e direito. Ele também era um contribuidor regular do Edge.org .

Em maio de 2013, ele ingressou no Institute for Systems Biology, em Seattle, Washington. Após a morte de sua esposa, Kauffman foi cofundador da Transforming Medicine: The Elizabeth Kauffman Institute.

Em 2014, Kauffman com Samuli Niiranen e Gabor Vattay recebeu uma patente de fundação no reino equilibrado (veja abaixo), um aparentemente novo "estado da matéria" pairando reversivelmente entre os reinos quântico e clássico.

Em 2015, ele foi convidado a ajudar a iniciar uma discussão geral sobre como repensar o crescimento econômico para as Nações Unidas . Na mesma época, ele fez pesquisas com o professor da Universidade de Oxford , Teppo Felin .

Paisagens de fitness

Visualização de duas dimensões de um cenário de fitness NK. As setas representam vários caminhos mutacionais que a população pode seguir enquanto evolui no cenário de aptidão.
Artigo principal: cenário de fitness

O modelo NK de Kauffman define um espaço de fase combinatória , consistindo de cada string (escolhida em um determinado alfabeto) de comprimento . Para cada string neste espaço de busca, um valor escalar (chamado de aptidão ) é definido. Se uma métrica de distância for definida entre as strings, a estrutura resultante é uma paisagem .

Os valores de aptidão são definidos de acordo com a encarnação específica do modelo, mas a principal característica do modelo NK é que a aptidão de uma determinada string é a soma das contribuições de cada locus na string:

e a contribuição de cada locus em geral depende do valor de outros loci:

onde estão os outros locais dos quais depende a adequação de .

Conseqüentemente, a função de aptidão é um mapeamento entre cadeias de comprimento K  + 1 e escalares, que o trabalho posterior de Weinberger chama de "contribuições de aptidão". Essas contribuições de aptidão são frequentemente escolhidas aleatoriamente a partir de alguma distribuição de probabilidade especificada.

Em 1991, Weinberger publicou uma análise detalhada do caso em que e as contribuições de aptidão são escolhidas aleatoriamente. Sua estimativa analítica do número de ótimos locais mostrou-se mais tarde falha. No entanto, experimentos numéricos incluídos na análise de Weinberger apóiam seu resultado analítico de que a aptidão esperada de uma corda é normalmente distribuída com uma média de aproximadamente e uma variação de aproximadamente .

Reconhecimento e prêmios

Kauffman foi bolsista da MacArthur Fellowship entre 1987-1992. Ele também possui um diploma honorário em Ciências pela Universidade de Louvain (1997); Ele recebeu a Medalha de Ouro Memorial Norbert Wiener para Cibernética em 1973, a Medalha de Ouro da Accademia dei Lincei em Roma em 1990, o Prêmio Trotter de Informação e Complexidade em 2001 e o prêmio Herbert Simon para Sistemas Complexos em 2013. Ele se tornou um membro da Royal Society of Canada em 2009.

Trabalho

Kauffman é mais conhecido por argumentar que a complexidade dos sistemas biológicos e organismos pode resultar tanto da auto-organização e da dinâmica fora do equilíbrio quanto da seleção natural darwiniana (ver Origins of Order , 1993, abaixo).

Alguns biólogos e físicos que trabalham na área de Kauffman questionaram as afirmações de Kauffman sobre auto-organização e evolução. Um caso em questão são alguns comentários no livro de 2001, Self-Organization in Biological Systems . O livro de 2011 de Roger Sansom Genes Ingeniosos: Como as Redes de Regulação Genética Evoluem para o Desenvolvimento do Controle é uma crítica extensa ao modelo de auto-organização de Kauffman em relação às redes regulatórias de genes.

Pegando emprestado os modelos de spin glass da física, Kauffman inventou paisagens de fitness "NK", que encontraram aplicações em biologia e economia. Em trabalhos relacionados, Kauffman e colegas examinaram o comportamento subcrítico, crítico e supracrítico nos sistemas econômicos.

O trabalho de Kauffman traduz suas descobertas biológicas para o problema mente-corpo e questões da neurociência, propondo atributos de um novo "reino equilibrado" que paira indefinidamente entre a coerência quântica e a clássica . Ele publicou sobre esse assunto em seu artigo "Respondendo a Descartes: além de Turing". Com Giuseppe Longo e Maël Montévil, ele escreveu (janeiro de 2012) "Não há leis que envolvam, mas habilitação na evolução da biosfera", que argumentava que a evolução não é "implícita por lei" como a física.

O trabalho de Kauffman foi publicado no Physics ArXiv , incluindo "Além do impasse: mente / corpo, mecânica quântica, livre arbítrio, panpsiquismo possível, solução possível para o enigma quântico" (outubro de 2014) e "crítica quântica na origem da vida" (fevereiro 2015).

Kauffman contribuiu para o campo emergente da evolução tecnológica cumulativa ao introduzir uma matemática do possível adjacente .

Publicou mais de 350 artigos e 6 livros: The Origins of Order (1993), At Home in the Universe (1995), Investigations (2000), Reinventing the Sacred (2008), Humanity in a Creative Universe (2016) e A World Beyond Physics (2019).

Em 2016, Kauffman escreveu uma história infantil, "Patrick, Rupert, Sly & Gus Protocells", uma narrativa sobre a criação de nichos imprestáveis ​​na biosfera, que foi posteriormente produzida como um pequeno vídeo de animação.

Em 2017, explorando o conceito de que a realidade consiste em "possíveis" ontologicamente reais (res potentia) e "reais" ontologicamente reais (res extensa), Kauffman foi coautor, com Ruth Kastner e Michael Epperson, "Taking Heisenberg's Potentia Seriously".

Publicações

Artigos selecionados
Livros

Notas

Referências

  • Chialvo, DR (2013). "Dinâmica crítica do cérebro em grande escala". Em Plenz D .; Niebur, E .; Schuster HG (eds.). Criticality in Neural Systems . 1 . Wiley. ISBN 978-3-527-41104-7.
  • Dadon, Z .; Wagner, N .; Ashkenasy, G. (2008). "The Road to Non-Enzymatic Molecular Networks". Angew. Chem. Int. Ed . 47 (33): 6128–6136. doi : 10.1002 / anie.200702552 . PMID  18613152 .
  • Dadon, Z .; Wagner, N .; Cohen-Luria, R .; Ashkenasy, G. (2012). "Reaction Networks. Wagner e Askkenazy (2008) resultados demonstram que a replicação molecular não precisa ser baseada em DNA ou RNA template replicação, ainda a visão dominante para a origem da vida". Em Gale, PA; Steed JW (eds.). Supramolecular Chemistry: From Molecules to Nanomaterials . John Wiley and Sons, Ltd. ISBN 978-0-470-74640-0.
  • Rivkin, JW; Siggelkow, N. (maio-junho de 2002). "Pontos de aderência organizacionais em paisagens NK" . Complexidade . 7 (5): 31–43. Bibcode : 2002Cmplx ... 7e..31R . doi : 10.1002 / cplx.10037 . Recuperado em 28 de abril de 2015 .

Leitura adicional

links externos