Войти
 Титульный лист первого издания | |
| Автор | Д'Арси Вентворт Томпсон |
|---|---|
| Иллюстратор | Томпсон |
| Страна | Соединенное Королевство |
| Предмет | Математическая биология |
| Жанр | Описательная наука |
| Издатель | Cambridge University Press |
| Дата публикации | 1917 |
| Страницы | 793. 1942 издание, 1116 |
| Награды | Медаль Даниэля Жиро Эллиота |
О росте и Форма - это книга шотландского биолога-математика Д'Арси Вентворта Томпсона (1860–1948). Книга длинная - 793 страницы в первом издании 1917 года, 1116 страниц во втором издании 1942 года.
Книга охватывает множество тем, в том числе влияние масштаба на форму животных и растений, причем большие обязательно. относительно толстая форма; эффекты поверхностного натяжения при формировании мыльных пленок и подобных структур, таких как клетки; логарифмическая спираль на панцирях моллюсков и рогах жвачных животных; расположение листьев и других частей растения (филлотаксис ); и собственный метод преобразований Томпсона, показывающий изменения формы черепов животных и других структур на декартовой сетке.
Работа широко восхищается биологами, антропологами и архитекторами среди других, но реже читается, чем цитируется. Питер Медавар объясняет это тем, что он явился пионером в использовании математики в биологии и помог победить мистические идеи витализма ; но книга ослаблена неспособностью Томпсона понять роль эволюции и эволюционной истории в формировании живых структур. Филип Болл и Майкл Руз, с другой стороны, подозревают, что, хотя Томпсон выступал за физические механизмы, его отказ от естественного отбора граничил с витализмом.
Томпсон анализирует многогранные формы Radiolaria из рисунка Эрнста Геккеля, 1904. Самая известная работа Д'Арси Вентворта Томпсона «О росте и форме» была написана в Данди, в основном в 1915 году, но публикация была отложена до 1917 года из-за задержек военного времени и множества поздних изменений Томпсона. к тексту. Центральная тема книги состоит в том, что биологи того времени уделяли слишком большое внимание эволюции как фундаментальному определителю формы и структуры живых организмов и недооценивали роль физических законов и <297.>механика. В то время, когда витализм все еще считался биологической теорией, он защищал структурализм как альтернативу естественному отбору в управлении формой видов, с малейший намек на витализм как на невидимую движущую силу.
Томпсон ранее критиковал дарвинизм в своей статье «Некоторые трудности дарвинизма». О росте и форме подробно объяснил, почему он считал дарвинизм неадекватным объяснением происхождения новых видов. Он не отвергал естественный отбор, но считал его вторичным по отношению к физическим воздействиям на биологическую форму.
. Используя массу примеров, Томпсон указал на корреляции между биологическими формами и механическими явлениями. Он показал сходство форм медузы и форм капель жидкости, падающих в вязкую жидкость, а также между внутренними поддерживающими структурами в полых костях птиц и известными инженерными науками. фермы конструкции. Он описал филлотаксис (числовые отношения между спиральными структурами в растениях) и его связь с последовательностью Фибоначчи.
Возможно, самая известная часть книги - это глава 17 «Сравнение связанных форм». "где Томпсон исследовал степень, в которой различия в формах родственных животных могут быть описаны, в работе, вдохновленной немецким гравером Альбрехтом Дюрером (1471–1528)), посредством математических преобразований.
Книга носит скорее описательный, чем экспериментальный характер: Томпсон не сформулировал свои идеи в форме гипотез, которые можно было бы проверить. Он знал об этом, говоря, что «Эта моя книга не нуждается в предисловии, потому что на самом деле это« все предисловие »от начала до конца».
Появилось первое издание в 1917 г. в едином томе на 793 страницы, опубликованном издательством Cambridge University Press. Второе издание, увеличенное до 1116 страниц, было опубликовано в двух томах в 1942 году. Томпсон написал в предисловии к изданию 1942 года, что он написал «эту книгу в военное время, и ее редакция использовалась мной во время другой войны. Это дало мне утешение. и род занятий, когда годы мне запретили служить. Немногое осталось от друзей, которые помогли мне написать это ». Несокращенное издание больше не печатается на английском языке, но издание на 346 страниц было сокращено Джоном Тайлером Боннером и широко публикуется под тем же названием. Книга, часто в сокращенном издании, переиздавалась более 40 раз и была переведена на китайский, французский, немецкий, греческий, итальянский и испанский языки.
Содержание Краткое содержание глав первого издания приводится ниже. Все, кроме главы 11, имеют одинаковые названия во втором издании, но многие из них длиннее, о чем свидетельствует нумерация страниц в начале каждой главы. В сокращении Боннера все главы были сокращены, а некоторые полностью удалены, как указано в начале записи каждой главы ниже.
(1-е издание, стр. 1 - 2-е издание, стр. 1 - Боннер, стр. 1)
Модели, использованные (Уильямом Фроудом ), чтобы показать, что сопротивление на корпусе зависит от квадратного корня из длины ватерлинии (1-я стр. 16 - 2-я стр. 22 - Bonner p. 15)
(1-я стр. 50 - 2-я стр. 78 - Боннер удален)
(1-я стр. 156 - 2-я стр. 286 - Боннер удален)
Vorticella campanula (стебельчатые чашевидные организмы), прикрепленные к зеленому растению (1-я стр. 201 - 2-я стр. 346 - Боннер, стр. 49)
(1-я стр. 277 - 2-я стр. 444 - Боннер удален)
(1-я стр. 293 - 2-я стр. 465 - Боннер, стр. 88)
(1-й стр. 346 - 2-й стр. 566 - Боннер объединен с предыдущей главой)
Подборка спикул в Demospongiae (1-я стр. 411 - 2-я стр. 645 - Боннер, стр. 132)
(1 стр. 488 - 2 стр. 741 - Боннер удален)
Разделенная пополам оболочка Наутилуса, показывающая камеры (камеры) в логарифмической спирали (1-я стр. 493 - 2-я стр. 748 - Боннер стр. 172)
(1 стр. 587 - 2 стр. 850 - Боннер, объединенный с предыдущей главой)
Спиральные рога самца снежного барана, Ovis canadensis (1-я стр. 612 - 2-я стр. 874 - Bonner p. 202)
Филлотаксис подсолнечника соцветий (1-я стр. 635 - 2-я стр. 912 - Боннер удален)
, когда каменщик строит заводскую трубу, он кладет свои кирпичи определенным устойчивым, упорядоченным образом, не задумываясь о спиральных узорах, к которым эта упорядоченная последовательность неизбежно ведет, и какие спиральные узоры никоим образом не являются "субъективно".
— Томпсон, 1917, стр. 641Числа, получаемые в результате такого расположения спиралей, представляют собой последовательность Фибоначчи отношений 1/2, 2/3, 3,5... 0,61803..., золотое сечение, которое
любят квадратный круг и все те, кто стремится найти, а затем проникнуть в секреты Великой пирамиды. Он глубоко укоренился в пифагорейской, а также в евклидовой геометрии.
— Томпсон, 1917, стр. 649(1-я стр. 652 - 2-я стр. 934 - Боннер удален)
Томпсон сравнил позвоночник динозавра с Железнодорожным мостом Форт (справа). (1-й стр. 670 - 2-й стр. 958 - Боннер стр. 221)
Трансформации лица Альбрехта Дюрера (1528) были одними из вдохновителей Томпсона (1-я стр. 719 - 2-я стр. 1026 - Боннер стр. 268)
Томпсон проиллюстрировал преобразование Argyropelecus olfersi в Sternoptyx diaphana, применив карту сдвига.Среди обнаруженных нами рыб великое множество деформаций, некоторые из них очень простые, а другие более поразительны и неожиданнее. Сравнительно простой случай, связанный с простым сдвигом, показан на рис. 373 и 374. На рис. 373 в декартовых координатах изображена некая маленькая океаническая рыбка, известная как Argyropelecus olfersi. Рис. 374 представляет собой точно такой же контур, перенесенный в систему наклонных координат, оси которых наклонены под углом 70 °; но теперь это (насколько это видно по масштабу рисунка) очень хорошая фигура родственной рыбы, отнесенной к другому роду под названием Sternoptyx diaphana. Томпсон 1917, страницы 748–749
(1-я стр. 778) - 2-й стр. 1093 - Боннер стр. 326)
«JP McM [urrich]», рецензируя книгу в Science в 1917 году, писал, что «книга является одним из самых сильных документов в поддержку механистический взгляд на жизнь, который еще не был выдвинут », противопоставляя это« витализму ». Рецензента интересовало «определение физических факторов, определяющих размер организмов, особенно интересным было рассмотрение условий, которые могут определять минимальный размер».
Дж. В. Бьюкенен, рецензируя второе издание журнала Physiological Zoology в 1943 г., описал его как «впечатляющее продолжение» его более ранней уточнять геометрию и формы »и« красиво написано », но предупредил, что« читать будет нелегко. "и что" здесь собрана и усвоена обширная литература ". Бьюкененюмирует книгу и отмечает, что глава 17« кажется рецензенту существующего суть длинного и более или менее менееоропливого тезиса... Глава посвящена родственных форм, в степени с помощью метода оценки. Таким образом, обнаруживаются фундаментальные различия в этих формах », и Бьюкенены заключает, что большие« пробные »указывают на то, что бесконечный ряд непрерывных вариаций Дарвина не обоснован некоторые критические замечания: Томпсон должен сослаться на влияние гормонов на рост. ; и отношение молекулярной конфигурации и; генетика почти не упоминается, экспериментальная эмбриология и регенерация [несмотря на анализ последней Томпсоном] не исследуется.>и геометрии, тогда как термодинамика «в степени отсутствует».
Эдмунд Майер, рецензирующий второе издание в Анатомический рекорд в 1943 г. отметил, что «объем книги и общий подход к рассматриваемым проблемам остались неизменными, но были внесены большие дополнения и переделаны крупные части». Он был впечатлен тем, насколько Томпсон следил за развитием многих наук, хотя считал упоминания о квантовой теории и неопределенности Гейзенберга неразумными.
Джордж К. Уильямс, рецензируя издание 1942 года и сокращенное издание Боннера. в «Ежеквартальном обзоре биологии» пишет, что книга «широко хвалят, но редко используется. Она не содержит ни оригинальных идей, которые легли в основу более поздних достижений, ни поучительных заблуждений, которые стимулировали плодотворные Атака. Этот кажущийся парадокс блестяще обсуждается П. Б. Медаваром [в] Ост Плутона ». Затем Затем Уильямс пытается «сильно упростить» оценку Медавара:
Эффективная демонстрация того, насколько легко можно использовать физические и геометрические принципы, пытаясь понять биологию. Это был большой вклад в 1917 г., когда видные биологи еще защищали витализм. К моменту издания 1942 года битва была выиграна насколько это вообще возможно. Книга была несовершенной из-за непонимания Томпсоном эволюции и антипатии к любым концепциям исторической причинности ».
архитекторы Филип Бисли и Сара Боннемезон пишут, что книга Томпсона на когда-то стал классикой «за исследованием естественной геометрии в динамике роста и физических процессов». Они отмечают «необычайный оптимизм» в книге, ее видение мира как «симфонии гармоничных» и ее огромный диапазон, в том числе:
законы, управляющие размерами организма и их ростом, статикой и динамикой, действующими в клетках и тканях, включая явления геометрической упаковки, мембран под напряжением, симметрии и деления клеток; а также инженерные и геодезические скелеты в простых организмах.
Созданные потоками энергии и стадии роста »продукт динамических сил. Они хвалят его «красноречивое письмо и бывшее». простые простые », которые вдохновили художников и архитекторов, а также ученых.
Компьютерный ученый и физик, Стивен Вольфрам, пишет:
Во времена Томпсона - как и в степени сегодня - преобладающая форма объяснения в биологии была дарвинизмом: по сути, идея о том, что такие вещи такими-то образом эволюционировали, чтобы максимизировать какую-то приспособленность.
Представляет собой биологические источники вдохновения для концепции. В наше время появилась принципиально новая идея, которой не было у Томпсона; идея использования традиционной математики и физики, а вычислений и простых программ как метода описания правил, по которым все растет. Примечательно, насколько эта идея позволяет нам понять механизмы, с помощью которых образуются сложные биологические формы, и позволяет нам завершить смелую инициативу, начатую Томпсоном столетие назад в своей работе «О росте и форме».
статистик Косма Шализи пишет, что книга «с тех пор преследует все обсуждения этих вопросов».
Шализи заявляет, что цель Томпсона - показать, что биология неизбежно следует из физики, и в некоторой степени также из химии. Он утверждает, что когда Томпсон говорит, что «форма объекта представляет« диаграмму сил », Томпсон имеет в виду, что мы можем сделать вывод о физических силах, которые были (или когда-то действовали) на нем. Шализи называет изложение Томпсона физики морфоген
гениальным, элегантным, очень убедительным, что очень важно, направленным на очень большие особенности организма: мощность скелета, изгиб рогов или раковин, очертания организма.
Шализи отмечает простоту Томпсона, объясняя жизненные процессы, «используя то немногое, что не знал бы студент-физик на втором курсе (антиредукционистские поклонники Томпсона редко так говорят)». Он отмечает, что Томпсон сознательно избегал ссылаться на естественный отбор в объяснения и исключил историю, будь то виды или жизнь человека, в своем отчете. Он цитирует Томпсона «Снежный кристалл сегодня такой же, как когда выпал первый снег»: добавляя «тоже силы, действующие на организмы», и комментирует, что мы забыли другие науки начала двадцатого века, которые презирали эволюцию. Напротив, утверждает он,
его альтернатива не вызывает вопросов на каждом шагу. (К тому же, конечно, он писал красиво, лучше, чем поэты своего времени.)
антрополог Барри Богин пишет, что книга Томпсона
- это образец силы. сочетание классических подходов натурфилософии и геометрии с современной биологией и математикой для понимания роста, формы и эволюции растений и животных.
Богин отмечает, что Томпсон положил начало использованию трансформационных решеток для измерения роста в двух измерениях, но это без современных компьютеров применять этот метод было утомительно и нечасто. Несмотря на это, стимулирование развития интеллектуальной ценности новой области исследований роста и развития.
Питер Коутс вспоминает, что
Питер Медавар назвал «О росте и форме» вне всякого сравнения лучшей работы литературы во всех анналах науки, которые были записаны на английском языке ».
Коутс, однако, утверждает, что книга выходит за рамки границ элегантного и сильного выражения знаний в форме, «которую можно читать для удовольствия ученых и не ученых». "; По его мнению
это одна из самых своеобразных и оригинальных работ современной, продвигающей взгляд на то, как развиваются организмы, взгляд, который глубоко расходуется с интеллектуальным климатом времен Томпсона... и учебник по как мыслить в любой сфере
Автор научных статей Филип Болл отмечает, что
Как и «Принципы Ньютона», книгу Д'Арси Томпсона «О росте и форме» чаще цитируют, чем читают »<463.>Болл день цитирует эпиграф 2-го издания статистика Карла Пирсона : «Я считаю, что должен наступить, когда биолог, не математиком, без колебаний прибегнет к математическому анализу, когда он этого Томпсон« представляет математические математические анализу, когда он этого ». Вместо э, можно отметить свое «разочарование по объяснениям« Just So »морфологии, предложенной дарвинистами», и отмечает свое «разочарование по объяснениям« Just So ». Болл утверждает, что Томпсон уточняет, как не наследственность, а физические силы управляют биологической схемой. Болл предполагает, что «центральным мотивом книги является логарифмическая спираль», что в глазах Томпсона свидетельствует об универсальности формы и сведении многих явлений к нескольким принципам математики.
философ биологии Майкл Руз писал, что Томпсон «мало времени уделял естественному отбору». Вместо этого Томпсон подчеркивает «формальные аспекты организма», пытаясь обосновать самоорганизацию посредством обычных и химических процессов. Рус отмечает, что, следуя Аристотот, Томпсон использовал в качестве морфологию медуз, который он объяснил полностью механически с помощью физики тяжелой жидкости, падающей через более легкую жидкость, избегая естественного отбора в качестве объяснения. Руз не уверен, что он на самом деле порвал с «механизмом», другими словами, придерживаясь виталистического (призрак в машине) взгляда на мир. По мнению Руса, Томпсон можно интерпретировать как утверждение, что «мы можем иметь полностью механические объяснения мира» - с заявкой, что Томпсон, по-видимому, не чувствовал необходимости в естественном отборе. Рус сразу же, что «такие люди, как Дарвин и Докинз, несомненно, не согласятся»; они будут настаивать на том, что
адаптивная сложность, которую мы видим в живом мире, просто не может быть объяснена физикой и химией. Если Д'Арси Томпсон иначе, то он мог быть только потому, что он каким-то образом вкладывал особое направление в свои физические модели. Возможно, он не был явным виталистом, но, безусловно, есть запах духовных сил в том, что он утверждает.
За свою переработку «О росте и форме» Томпсон был награжден Даниэлем Жиро. Медаль Эллиота от Национальной академии наук США в 1942 году.
О росте и форме вдохновила мыслителей, включая биологов Джулиана Хаксли и Конрад Хэл Уоддингтон, математик Алан Тьюринг и антрополог Клод Леви-Стросс. Книга сильно повлияла на архитектуру и долгое время являлась стандартным пособием по курсам архитектуры.
О росте и форме вдохновляла художников, включая Ричарда Гамильтона, Эдуардо Паолоцци и Бен Николсон. В 2011 году Университет Данди получил грант в размере 100 000 фунтов стерлингов от Художественного фонда на создание коллекции произведений искусства, вдохновленной его идеями и коллекциями, большая часть которых представлена в Зоологический музей Д'Арси Томпсона в Данди.
В ознаменование столетия «On Growth and Form» по всему миру проводится множество мероприятий, включая Нью-Йорк, Амстердам, Сингапур, Лондон, Эдинбург, Св. Эндрюс и в Данди, где была написана книга. Веб-сайт On Growth and Form 100 был создан в конце 2016 года для отображения всей этой деятельности.
