Он наиболее известен тем, что утверждал, что сложность биологических систем и организмов может быть результатом как самоорганизации и далекой от равновесия динамики, так и дарвиновского естественного отбора , как обсуждается в его книге «Происхождение порядка» (1993). В 1967 [1] и 1969 [2] он использовал случайные булевы сети для исследования общих свойств самоорганизации сетей генной регуляции, 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 у людей и других организмов являются аттракторами. [3] [4] В 1971 году он предположил, что зигота может быть не в состоянии получить доступ ко всем аттракторам клеточных типов в своей генной регуляторной сети во время развития и что некоторые из недоступных в процессе развития типов клеток могут быть типами раковых клеток. [5] Это предполагает возможность «терапии дифференциации рака». Он также предположил, что самоорганизованное возникновение коллективных автокаталитических наборов полимеров , в частности пептидов , является причиной молекулярного воспроизводства, [6] [7] , что нашло экспериментальное подтверждение. [8] [9]
С 2005 по 2009 год Кауфман занимал совместную должность в Университете Калгари в области биологических наук, физики и астрономии. Он также был адъюнкт-профессором кафедры философии Университета Калгари . Он был председателем iCORE (кружок передовых исследований в области информатики) и директором Института биокомплексности и информатики. Кауфмана также пригласили помочь запустить инициативу «Наука и религия» в Гарвардской школе богословия ; работал приглашенным профессором в 2009 году.
В январе 2010 года Кауфман поступил на факультет Университета Вермонта , где в течение двух лет продолжал свою работу в Центре сложных систем UVM. [16] С начала 2011 года по апрель 2013 года Кауфман регулярно писал статьи в блоге NPR 13.7 «Космос и культура», [17] освещая самые разные темы: от наук о жизни, системной биологии и медицины до духовности, экономики и права. . [17]
В мае 2013 года он присоединился к Институту системной биологии в Сиэтле, штат Вашингтон. После смерти жены Кауфман стал сооснователем Трансформирующей медицины: Института Элизабет Кауфман. [18]
В 2014 году Кауфман вместе с Самули Ниираненом и Габором Ваттаем получили основополагающий патент [19] на сбалансированную сферу (см. ниже), очевидно новое «состояние материи», обратимо колеблющееся между квантовой и классической сферами. [20]
Визуализация двух измерений фитнес-ландшафта НК. Стрелки обозначают различные мутационные пути, по которым может следовать популяция, развиваясь в сфере фитнеса.
Значения пригодности определяются в соответствии с конкретным воплощением модели, но ключевой особенностью модели NK является то, что приспособленность данной строки представляет собой сумму вкладов каждого локуса в строке:
и вклад каждого локуса в целом зависит от значения других локусов:
где находятся другие локусы, от которых зависит приспособленность .
Следовательно, функция приспособленности представляет собой отображение между строками длины K + 1 и скалярами, которые в более поздней работе Вайнбергера называются «вкладами приспособленности». Такие вклады приспособленности часто выбираются случайным образом из некоторого заданного распределения вероятностей.
В 1991 г. Вайнбергер опубликовал подробный анализ [23] случая, когда вклады приспособленности выбираются случайным образом. Позже выяснилось, что его аналитическая оценка числа локальных оптимумов ошибочна. [ нужна цитата ] Однако численные эксперименты, включенные в анализ Вайнбергера, подтверждают его аналитический результат о том, что ожидаемая пригодность строки обычно распределяется со средним значением приблизительно
и отклонением приблизительно .
Признание и награды
В период с 1987 по 1992 год Кауфман был стипендиатом Макартура. Он также имеет почетную степень в области естественных наук Лувенского университета (1997); Он был награжден золотой медалью Мемориала Норберта Винера за кибернетику в 1973 году, золотой медалью Академии 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. Он стал Член Королевского общества Канады в 2009 году.
Работает
Кауфман наиболее известен тем, что утверждает, что сложность биологических систем и организмов может быть результатом как самоорганизации и динамики, далекой от равновесия, так и дарвиновского естественного отбора в трех областях эволюционной биологии , а именно динамике популяций , молекулярной эволюции и морфогенезе . . Что касается молекулярной биологии, структуралистский подход Кауфмана подвергался критике за игнорирование роли энергии в запуске биохимических реакций в клетках, которые справедливо можно назвать самокатализирующими, но которые не просто самоорганизуются. [24] Некоторые биологи и физики, работающие в области Кауфмана, подвергли сомнению его утверждения о самоорганизации и эволюции. В качестве примера можно привести некоторые комментарии в книге « Самоорганизация в биологических системах» 2001 года . [25] Книга Роджера Сэнсома 2011 года «Гениальные гены: как сети регуляции генов развиваются, чтобы контролировать развитие», представляет собой расширенную критику модели самоорганизации Кауфмана в отношении сетей регуляции генов. [26]
Заимствуя модели спинового стекла в физике, Кауфман изобрел фитнес-ландшафты «НК», которые нашли применение в биологии [27] и экономике. [28] [29] В соответствующей работе Кауфман и его коллеги исследовали субкритическое, критическое и сверхкритическое поведение в экономических системах. [30]
Работа Кауфмана переносит его биологические открытия на проблему разума и тела и проблемы нейробиологии, предлагая атрибуты нового «стабильного царства», которое бесконечно колеблется между квантовой когерентностью и классичностью . Он опубликовал эту тему в своей статье «Ответ Декарту: за пределами Тьюринга». [31] Вместе с Джузеппе Лонго и Маэлем Монтевилем он написал (январь 2012 г.) «Нет влекущих за собой законов, но возможность эволюции биосферы», [32] в которой утверждается, что эволюция не является «закономерной», как физика.
Работы Кауфмана размещены на сайте Physics ArXiv , в том числе «За пределами тупика: разум/тело, квантовая механика, свободная воля, возможный панпсихизм, возможное решение квантовой загадки» (октябрь 2014 г.) [33] и «Квантовая критичность в происхождении жизни». (февраль 2015 г.). [20]
Кауфман внес вклад в развивающуюся область кумулятивной технологической эволюции, представив математику смежных возможностей . [34] [35]
Он опубликовал более 350 статей и 6 книг: « Происхождение порядка » (1993 г.), « Дома во Вселенной» (1995 г.), «Исследования» (2000 г.), «Изобретение сакрального заново» (2008 г.), «Человечество в творческой вселенной» ( 2016 г.) Мир за пределами физики (2019).
В 2016 году Кауфман написал детскую сказку «Протоклетки Патрика, Руперта, Слая и Гаса», рассказ о создании невероятной ниши в биосфере, которая позже была выпущена в виде короткого анимационного видеоролика. [36]
В 2017 году, исследуя концепцию, согласно которой реальность состоит как из онтологически реальных «возможностей» (res potentia), так и из онтологически реальных «фактов» (res extensa), Кауфман вместе с Рут Кастнер и Майклом Эпперсоном написал в соавторстве с Рут Кастнер и Майклом Эпперсоном книгу «Принимая потенциал Гейзенберга серьезно». [37]
Публикации
Избранные статьи
Кауфман, SA; Маккалок, WS (1967). Случайные сети формальных генов (Технический отчет). Ежеквартальный отчет о проделанной работе 34. Кембридж, Массачусетс: Исследовательская лаборатория электроники, Массачусетский технологический институт.
Кауфман, Стюарт (1969). «Метаболическая стабильность и эпигенез в случайно построенных генетических сетях». Журнал теоретической биологии . 22 (3): 437–467. Бибкод : 1969JThBi..22..437K. дои : 10.1016/0022-5193(69)90015-0. ПМИД 5803332.
Кауфман, С.А. (1971a). «Клеточный гомеостаз, эпигенез и репликация в случайно агрегированных макромолекулярных системах». Журнал кибернетики . 1 (1): 71–96. дои : 10.1080/01969727108545830.
Кауфман, С.А. (1971b). «Дифференциация злокачественных клеток в доброкачественные». Журнал теоретической биологии . 31 (3): 429–451. Бибкод : 1971JThBi..31..429K. дои : 10.1016/0022-5193(71)90020-8. ПМИД 5556142.
Кауфман, Стюарт (август 1991 г.). «Антихаос и адаптация» (PDF) . Научный американец . 265 (2): 78–84. Бибкод : 1991SciAm.265b..78K. doi : 10.1038/scientificamerican0891-78. ПМИД 1862333 . Проверено 28 апреля 2015 г.
Кауфман, SA; Джонсен, С. (1991). «Коэволюция на грани хаоса: связанные ландшафты фитнеса, сбалансированные состояния и коэволюционные лавины» (PDF) . Журнал теоретической биологии . 149 (4): 467–505. Бибкод : 1991JThBi.149..467K. CiteSeerX 10.1.1.502.3299 . дои : 10.1016/s0022-5193(05)80094-3. ПМИД 2062105.
Кауфман, Стюарт (2004). «Автономные агенты». В Барроу, Джон Д .; Дэвис, Пол CW ; Харпер, Чарльз Л. младший (ред.). Наука и высшая реальность: квантовая теория, космология и сложность . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0521831130.
Кауфман, Стюарт (2004). «Пролегомен к общей биологии». В Дембски, Уильям А .; Русе, Майкл (ред.). Дебаты о дизайне: от Дарвина к ДНК . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-1139459617.
Кауфман, Стюарт А. (12 ноября 2006 г.). «За пределами редукционизма: заново изобретая священное». Edge.com . Фонд Края . Проверено 28 апреля 2015 г.
Ханель, Р.; Кауфман, SA; Тернер, С. (2007). «К физике эволюции: критическая динамика разнообразия на грани краха и всплесков диверсификации». Физический обзор E . 76 (3): 036110. Бибкод : 2007PhRvE..76c6110H. doi : 10.1103/physreve.76.036110. ПМИД 17930309.
Кауфман, Стюарт (7 мая 2008 г.). «Почему человечеству нужен Бог творчества». Новый учёный . 198 (2655): 52–53. дои : 10.1016/s0262-4079(08)61171-9 . Проверено 28 апреля 2015 г.
Хуанг, С.; Кауфман, С.А. (2009). «Сложные сети регуляции генов - от структуры к биологическим наблюдаемым: определение судьбы клеток». В Мейерсе, Р.А. (ред.). Энциклопедия сложности и системных наук . Спрингер. ISBN 978-0-387-75888-6.
Кауфман, С.А. (2011). «Подходы к происхождению жизни на Земле». Жизнь . 1 (1): 34–48. Бибкод : 2011Жизнь....1...34К. дои : 10.3390/life1010034 . ПМК 4187126 . ПМИД 25382055.
Лонго, Г.; Монтевиль, М.; Кауфман, С. (январь 2012 г.). «Нет законов, влекущих за собой, но есть возможность эволюции биосферы». arXiv : 1201.2069 [q-bio.OT].
Кауфман, Стюарт; Хилл, Колин; Худ, Лерой; Хуан, Суй (2014b). «Трансформация медицины: манифест». Научное американское мировоззрение . Архивировано из оригинала 13 июля 2014 года . Проверено 28 апреля 2015 г.
Кауфман, Стюарт (октябрь 2014 г.). «За пределами тупика: Сознательный разум-тело - Квантовая механика - Свободная воля - Возможный панпсихизм - Возможная интерпретация квантовой загадки». arXiv : 1410.2127 [физика.хист-ph].
Фелин, Т.; Кауфман, С.; Коппл, Р.; Лонго, Г. (декабрь 2014 г.). «Экономические возможности и эволюция: за пределами ландшафтов и ограниченной рациональности» (PDF) . Журнал стратегического предпринимательства . 8 (4): 269–282. дои : 10.1002/sej.1184. ССНН 2197512.
Ваттай, Г.; Салахуб, Д.; Цайбай, И.; Насми, А.; Кауфман, С. (февраль 2015 г.). «Квантовая критичность в происхождении жизни». Физический журнал: серия конференций . 626 (1): 012023.arXiv : 1502.06880 . Бибкод : 2015JPhCS.626a2023V. дои : 10.1088/1742-6596/626/1/012023. S2CID 18439451.
Кауфман, С. (2016). «Отвечая Декарту: за пределами Тьюринга». В Купере, С. Барри ; Ходжес, Эндрю (ред.). Тьюринг «Прошлое и будущее» . 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). Расследования . Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0199728947.
Кауфман, Стюарт (2008). Новое изобретение 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.
Примечания
^ Кауфман и Маккалок 1967.
^ Кауфман 1969.
^ Хуанг и Кауфман 2009.
^ Никтер и др. 2008.
^ Кауфман 1971b.
^ Кауфман 1971а.
^ Кауфман 2011.
^ Дадон, Вагнер и Ашкенаси 2008.
^ Дадон и др. 2012.
^ EP 0229046A1, «Процедура получения ADN, ARN, пептидов, полипептидов или белков, одна из методик рекомбинации ADN»
^ US 5,723,323 «Способ идентификации стохастически генерируемого пептида, полипептида или белка, обладающего свойством связывания лиганда, и их композиции»
^ CA 1339937C, «Методика получения ДНК, пептидов РНК, полипептидов или белков методами рекомбинантной ДНК»
^ «Решения NuTech для приобретения подразделения BiosGroup по разработке программного обеспечения» . БизнесВайр. 20 февраля 2003 года . Проверено 5 июля 2015 г.
^ «Корпорация Netezza приобретает NuTech Solutions» . БизнесВайр. 15 мая 2008 года . Проверено 5 июля 2015 г.
^ «IBM приобретает Netezza» . Отдел новостей IBM . ИБМ. 20 сентября 2010 года . Проверено 5 июля 2015 г.
^ «Стюарт Кауфман, пионер сложных систем, присоединится к факультету UVM» . Вермонтбиз.com . Деловой журнал Вермонта. 30 сентября 2009 года . Проверено 28 апреля 2015 г.
^ ab "Стюарт Кауфман". NPR.org . Проверено 28 апреля 2015 г.
^ Кауфман и др. 2014б.
^ США, «Использование систем со степенями свободы, балансирующими между полностью квантовым и полностью классическим состояниями»
^ аб Ваттай и др. 2015.
^ «Переосмысление экономического роста». Academicimpact.un.org . 11 мая 2015 года . Проверено 26 мая 2020 г.
^ Фелин, Теппо; Кауфман, Стюарт; Коппл, Роджер; Лонго, Джузеппе (2014). «Экономические возможности и эволюция: за пределами ландшафтов и ограниченной рациональности» (PDF) . Журнал стратегического предпринимательства . 8 (4): 269–282. дои : 10.1002/sej.1184.
↑ Вайнбергер, Эдвард (15 ноября 1991 г.). «Локальные свойства модели Кауфмана Нк: настраиваемый суровый энергетический ландшафт». Физический обзор А. 10. 44 (10): 6399–6413. Бибкод : 1991PhRvA..44.6399W. doi : 10.1103/physreva.44.6399. ПМИД 9905770.
^ Фокс, Рональд Ф. (декабрь 1993 г.). «Обзор Стюарта Кауфмана, Истоки порядка: самоорганизация и отбор в эволюции». Биофиз. Дж . 65 (6): 2698–2699. Бибкод : 1993BpJ....65.2698F. дои : 10.1016/s0006-3495(93)81321-3. ПМК 1226010 .
^Camazine, Scott; Deneubourg, Jean-Louis; Franks, Nigel R.; Sneyd, James; Theraulaz, Guy; Bonabeau, Eric (2001). Self-Organization in Biological Systems. Princeton Studies in Complexity. Princeton, New Jersey: Princeton University Press. pp. 88–89, 283. doi:10.2307/j.ctvzxx9tx. ISBN 0691012113. JSTOR j.ctvzxx9tx. OCLC 44876868.
^Sansom, Roger (2011). Ingenious Genes: How Gene Regulation Networks Evolve To Control Development. Life and Mind: Philosophical Issues in Biology and Psychology. Cambridge, Massachusetts: MIT Press. doi:10.7551/mitpress/9780262195812.001.0001. ISBN 9780262195812. OCLC 694600461. See also: Wray, Gregory A. (December 2012). "Adaptation and Gene Networks: Ingenious Genes: How Gene Regulation Networks Evolve to Control Development [book review]". BioScience. 62 (12): 1084–1085. doi:10.1525/bio.2012.62.12.10.
^Kauffman & Johnsen 1991.
^Rivkin & Siggelkow 2002.
^Felin et al. 2014.
^Hanel, Kauffman & Thurner 2007.
^Kauffman 2016.
^Longo, Montévil & Kauffman 2012.
^Kauffman 2014.
^Tria, F.; Loreto, V.; Servedio, V. D. P.; Strogatz, S. H. (July 2014). "The dynamics of correlated novelties". Scientific Reports. 4 (1): 5890. arXiv:1310.1953. Bibcode:2014NatSR...4E5890T. doi:10.1038/srep05890. PMC 5376195. PMID 25080941.
^Monechi, Bernardo; Ruiz-Serrano, Álvaro; Tria, Francesca; Loreto, Vittorio (June 2017). "Waves of novelties in the expansion into the adjacent possible". PLoS ONE. 12 (6): e0179303. Bibcode:2017PLoSO..1279303M. doi:10.1371/journal.pone.0179303. PMC 5464662. PMID 28594909.
^The story can be read here: "The Surprising True Story of Patrick S., Rupert R., Sly S., and Gus G. Protocells in Their Very Early Years" (PDF). August 16, 2016. Archived (PDF) from the original on May 27, 2020.Кауфман рассказывает эту историю в 2017 году здесь: Архивировано в Ghostarchive и Wayback Machine: «Удивительная правдивая история Патрика, Руперта, Слая и Гаса». YouTube . 10 марта 2017 г. Проверено 26 мая 2020 г.Анимированная версия находится здесь: Архивировано в Ghostarchive и Wayback Machine: «Происхождение жизни и ее продолжающееся чудо». YouTube . Научный анимационный фильм. 24 августа 2020 г. Стюарт Кауфман объясняет, как жизнь развивалась 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 ранней эволюции жизни могут значительно помочь нам понять наше истинное место в мире.
^ Кастнер, Рут Э.; Кауфман, Стюарт; Эпперсон, Майкл (2019). «Серьезно относиться к потенциалу Гейзенберга». Приключения в квантовой стране: исследование нашей невидимой реальности . Лондон; Хакенсак, Нью-Джерси: World Scientific. стр. 223–237. arXiv : 1709.03595 . дои : 10.1142/9781786346421_0011. ISBN978-1-78634-641-4. OCLC 1083673555. S2CID 4882205.
Рекомендации
Чиалво, Д.Р. (2013). «Критическая динамика мозга в большом масштабе». В Пленце Д.; Нибур, Э.; Шустер Х.Г. (ред.). Критичность в нейронных системах . Том. 1. Уайли. ISBN 978-3-527-41104-7.
Дадон, З.; Вагнер, Н.; Коэн-Лурия, Р.; Ашкенаси, Г. (2012). «Сети реакций. Результаты Вагнера и Асккенази (2008) демонстрируют, что молекулярная репликация не обязательно должна быть основана на репликации матрицы ДНК или РНК, что по-прежнему является доминирующей точкой зрения на происхождение жизни». В Гейле, Пенсильвания; Стид Дж.В. (ред.). Супрамолекулярная химия: от молекул к наноматериалам . Джон Уайли и сыновья, Ltd. ISBN 978-0-470-74640-0.
Ривкин, Дж.В.; Сиггелькоу, Н. (май – июнь 2002 г.). «Организационные проблемы в ландшафтах НК». Сложность . 7 (5): 31–43. Бибкод : 2002Cmplx...7e..31R. дои : 10.1002/cplx.10037 . Проверено 28 апреля 2015 г.
дальнейшее чтение
Ди Бернардо, Мирко (2011). Я чувствую эволюцию полной биологической оперы С.А. Кауфмана (на итальянском языке). Милан: Мимесис. ISBN 978-8857504131.
Гольдштейн, Джеффри А. (2008). «Рецензия на книгу Стюарта Кауфмана «Изобретение священного: новый взгляд на науку, разум и религию ». Возникновение: 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». Научный американец . Проверено 28 апреля 2015 г.
Маккензи, Дана (февраль 2002 г.). «Наука сюрпризов». Обнаружить . 23 (2): 59–63.
Риццо, Франческо (2017). «Кауфман Летторе Витгенштейна» (на итальянском языке). Палермо: Университет Палермо. {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
Внешние ссылки
В Wikiquote есть цитаты, связанные со Стюартом Кауфманом .
Полсон, Стив (9 ноября 2008 г.). «Хватит Бога». Салон . Проверено 28 апреля 2015 г.
«Мыслитель нерассказанных мечтаний: портрет Стюарта Кауфмана». Вимео .
Архивировано в Ghostarchive и Wayback Machine: «Форма истории». YouTube .Выступление в Институте сложных систем Новой Англии, 28 января 2019 г.