Стюарт Кауфман

Стюарт Кауфман
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.

• 1 Образование и начало карьеры
• 2 Карьера
• 3 Фитнес-пейзажи
• 4 Признание и награды
• 5 Работ
  • 5.1 Публикации
• 6 Примечания
• 7 ссылки
• 8 Дальнейшее чтение
• 9 Внешние ссылки

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.

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.

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 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. ${\ displaystyle N}$

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: ${\ displaystyle S}$${\ displaystyle S_ {i}}$

${\ Displaystyle F (S) = \ сумма _ {я} f (S_ {я}),}$

и вклад каждого локуса в целом зависит от ценности других локусов: ${\ displaystyle K}$

${\ displaystyle f (S_ {i}) = f (S_ {i}, S_ {1} ^ {i}, \ dots, S_ {K} ^ {i}), \,}$

где другие локусы, от которых зависит приспособленность. ${\ Displaystyle S_ {j} ^ {i}}$${\ displaystyle S_ {i}}$

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. ${\ displaystyle f (S_ {i}, S_ {1} ^ {i}, \ dots, S_ {K} ^ {i})}$

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. ${\ Displaystyle 1 lt;lt; к \ leq N}$${\ displaystyle \ mu + \ sigma {\ sqrt {{2 \ ln (k + 1)} \ над {k + 1}}}}$${\ Displaystyle {{(к + 1) \ сигма ^ {2}} \ над {N [к + 1 + 2 (к + 2) \ ln (к + 1)]}}}$

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.

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

• Кауфман, С.А.; Маккаллох, WS (1967). «Случайные сети формальных генов. Ежеквартальный отчет о прогрессе 34». Исследовательская лаборатория электроники Массачусетского технологического института. Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
• Кауфман, Стюарт (1969). «Метаболическая стабильность и эпигенез в случайно построенных генетических сетях». Журнал теоретической биологии. 22 (3): 437–467. DOI : 10.1016 / 0022-5193 (69) 90015-0. PMID   5803332.
• Кауфман, С.А. (1971a). «Клеточный гомеостаз, эпигенез и репликация в случайно агрегированных макромолекулярных системах». Журнал кибернетики. 1: 71–96. DOI : 10.1080 / 01969727108545830.
• Кауфман, С.А. (1971b). «Дифференциация злокачественных и доброкачественных клеток». Журнал теоретической биологии. 31 (3): 429–451. DOI : 10.1016 / 0022-5193 (71) 90020-8. PMID   5556142.
• Кауфман, Стюарт (август 1991). «Антихаос и адаптация» (PDF). Scientific American. 265 (2): 78–84. Bibcode : 1991SciAm.265b..78K. DOI : 10.1038 / Scientificamerican0891-78. PMID   1862333. Проверено 28 апреля 2015 года.
• Кауфман, С.А.; Йонсен, S (1991). «Совместная эволюция к краю хаоса: совместные фитнес-пейзажи, равновесные состояния и коэволюционные лавины» (PDF). Журнал теоретической биологии. 149 (4): 467–505. CiteSeerX   10.1.1.502.3299. DOI : 10.1016 / s0022-5193 (05) 80094-3. PMID   2062105.
• Кауфман, Стюарт (2004). «Автономные агенты». В Барроу, Джон Д. ; Дэвис, Пол CW ; Харпер, Чарльз Л. Младший (ред.). Наука и конечная реальность: квантовая теория, космология и сложность. Издательство Кембриджского университета. ISBN   978-0521831130.
• Кауфман, Стюарт (2004). «Пролегомен к общей биологии». В Дембски, Уильям А. ; Рус, Майкл (ред.). Обсуждение дизайна: от Дарвина к ДНК. Издательство Кембриджского университета. ISBN   978-1139459617.
• Кауфман, Стюарт А. (12 ноября 2006 г.). «За пределами редукционизма: переосмысление священного». Edge.com. Edge Foundation. Проверено 28 апреля 2015 года.
• Hanel, R.; Кауфман, С.А.; Тернер, С. (2007). «На пути к физике эволюции: критическая динамика разнообразия на грани коллапса и всплесков диверсификации». Physical Review E. 76 (3): 036110. Bibcode : 2007PhRvE..76c6110H. DOI : 10.1103 / physreve.76.036110. PMID   17930309.
• Кауфман, Стюарт (7 мая 2008 г.). «Почему человечеству нужен Бог творчества». Новый ученый. 198 (2655): 52–53. DOI : 10.1016 / s0262-4079 (08) 61171-9. Проверено 28 апреля 2015 года.
• Nykter, M.; Цена, без даты; Алдана, М.; Ramsey, SA; Кауфман, С.А.; Капюшон, L.; Или-Харджа, О.; Шмулевич, И. (2008). "Динамика экспрессии генов в критичности макрофагов". Proc Natl Acad Sci USA. 105 (6): 1897–1900. Bibcode : 2008PNAS..105.1897N. DOI : 10.1073 / pnas.0711525105. PMC   2538855. PMID   18250330.
• Huang, S.; Hu, L.; Kauffman, S.; Zhang, W.; Шмулевич, И. (2009). «Использование аттракторов клеточных судеб для раскрытия регуляции транскрипции дифференцировки нейтрофилов HL60». BMC Systems Biology. 3: 20. DOI : 10,1186 / 1752-0509-3-20. PMC   2652435. PMID   19222862.
• Huang, S.; Кауфман, С.А. (2009). «Сложные генные регуляторные сети - от структуры к биологическим наблюдаемым: определение клеточной судьбы». В Мейерс, РА (ред.). Энциклопедия сложности и системологии. Springer. ISBN   978-0-387-75888-6.
• Кауфман, С.А. (2011). «Подходы к происхождению жизни на Земле». Жизнь. Vol. 1 шт. 1. С. 34–48. DOI : 10,3390 / life1010034. PMC   4187126. PMID   25382055.
• Longo, G.; Montévil, M.; Кауфман, С. (январь 2012 г.). «Никаких побуждающих законов, но возможность эволюции биосферы». arXiv : 1201.2069 [ q-bio.OT ].
• Кауфман, Стюарт; Хилл, Колин; Худ, Лерой; Хуанг, Суй (2014b). «Трансформирующая медицина: манифест». Scientific American Worldview. Архивировано из оригинального 13 июля 2014 года. Проверено 28 апреля 2015 года.
• Кауфман, Стюарт (октябрь 2014 г.). «Вне тупика: сознательный разум-тело - квантовая механика - свободная воля - возможный панпсихизм - возможная интерпретация квантовой загадки». arXiv : 1410.2127 [ Physics.hist -ph ].
• Фелин, Т.; Kauffman, S.; Koppl, R.; Лонго, Г. (декабрь 2014 г.). «Экономические возможности и эволюция: за пределами ландшафта и ограниченной рациональности» (PDF). Журнал «Стратегическое предпринимательство». 8 (4): 269–282. DOI : 10.1002 / sej.1184. SSRN   2197512.
• Vattay, G.; Салахуб, Д.; Csaibai, I.; Nassmi, A.; Кауфман, С. (февраль 2015 г.). «Квантовая критичность в происхождении жизни». Журнал физики: Серия конференций. 626 (1): 012023. arXiv : 1502.06880. Bibcode : 2015JPhCS.626a2023V. DOI : 10.1088 / 1742-6596 / 626/1/012023. S2CID   18439451.
• Кауфман, С. (2016). «Отвечая Декарту: за пределами Тьюринга». В Купере, С. Барри ; Ходжес, Эндрю (ред.). Когда-то и будущее Тьюринга. Издательство Кембриджского университета.

Книги

• Кауфман, Стюарт (1993). Истоки порядка: самоорганизация и отбор в эволюции. Издательство Оксфордского университета. ISBN   978-0-19-507951-7.
• Кауфман, Стюарт (1995). Дома во Вселенной: поиск законов самоорганизации и сложности. Издательство Оксфордского университета. ISBN   978-0195111309.
• Кауфман, Стюарт (2000). Исследования. Издательство Оксфордского университета. ISBN   978-0199728947.
• Кауфман, Стюарт (2008). Переосмысление священного: новый взгляд на науку, разум и религию. Основные книги. ISBN   978-0-465-00300-6.
• Кауфман, Стюарт (2016). Человечество в творческой вселенной. Издательство Оксфордского университета. ISBN   978-0-19-939045-8.
• Кауфман, Стюарт (2019). Мир за пределами физики. Издательство Оксфордского университета. ISBN   978-0-19-087133-8.

• 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.

• Ди Бернардо, Мирко (2011). I sentieri evolutivi della complessità biologica nell'opera di SA Kauffman (на итальянском языке). Милан: Мимесис. ISBN   978-8857504131.
• Гольдштейн, Джеффри А. (2008). «Книжное обозрение переосмысления священного: новый взгляд на науку, разум и религию, Стюарт Кауфман». Появление: сложность и организация. 10 (3): 117–130.
• Хорган, Джон (4 февраля 2015 г.). «Искатель Стюарт Кауфман о свободе воли, Боге, экстрасенсорном восприятии и других тайнах». Scientific American. Проверено 28 апреля 2015 года.
• Маккензи, Дана (февраль 2002 г.). «Наука удивления». Откройте для себя. 23 (2): 59–63.
• Риццо, Франческо (2017). "Летопись Витгенштейна" (на итальянском языке). Палермо: Università degli studi di Palermo. Цитировать журнал требует |journal=( помощь )

• Полсон, Стив (9 ноября 2008 г.). "Достаточно Бога". Салон. Проверено 28 апреля 2015 года.
• «Мыслитель невыразимых мечтаний: портрет Стюарта Кауфмана». Vimeo.
• «Облик истории». YouTube. Выступление в Институте сложных систем Новой Англии, 28 января 2019 г.