stringtranslate.com

Роберт Розен (биолог)

Роберт Розен (27 июня 1934 г. — 28 декабря 1998 г.) — американский биолог- теоретик и профессор биофизики в Университете Далхаузи . [1]

Карьера

Розен родился 27 июня 1934 года в Браунсвилле (район Бруклина ), в Нью-Йорке . Он изучал биологию, математику, физику, философию и историю; в частности, историю науки. В 1959 году он получил докторскую степень по реляционной биологии, специализацию в более широкой области математической биологии , под руководством профессора Николаса Рашевского в Чикагском университете . Он оставался в Чикагском университете до 1964 года [2] , позже перейдя в Университет Буффало — теперь часть Государственного университета Нью-Йорка (SUNY) — в Буффало на должность полного доцента, одновременно занимая совместную должность в Центре теоретической биологии.

Его годичный отпуск в 1970 году в качестве приглашенного научного сотрудника в Центре Роберта Хатчинса по изучению демократических институтов в Санта-Барбаре , Калифорния, был плодотворным, приведя к концепции и развитию того, что он позже назвал «теорией антиципаторных систем» , которая сама по себе была следствием его более масштабной теоретической работы по реляционной сложности. В 1975 году он покинул SUNY в Буффало и занял должность профессора исследований Киллама на кафедре физиологии и биофизики в Университете Далхаузи в Галифаксе , Новая Шотландия , где он оставался до раннего выхода на пенсию в 1994 году. [3] У него остались жена, дочь Джудит Розен и двое сыновей.

В 1980-81 годах он занимал пост президента Общества исследований общих систем , ныне известного как Международное общество системных наук (ISSS).

Исследовать

Исследования Розена касались самых фундаментальных аспектов биологии, в частности вопросов «Что такое жизнь?» и «Почему живые организмы живы?». Вот несколько основных тем его работы:

Розен считал, что современная модель физики, которая, как он показал, основана на картезианском и ньютоновском формализме, подходящем для описания мира механизмов, неадекватна для объяснения или описания поведения биологических систем. Розен утверждал, что фундаментальный вопрос « Что такое жизнь? » не может быть адекватно рассмотрен изнутри научного фундамента, который является редукционистским . Подход к организмам с редукционистскими научными методами и практиками жертвует функциональной организацией живых систем для изучения частей. Целое, по мнению Розена, не может быть восстановлено после того, как биологическая организация была разрушена. Предлагая прочную теоретическую основу для изучения биологической организации, Розен считал, что вместо того, чтобы считать биологию просто подмножеством уже известной физики, она может оказаться источником глубоких уроков для физики, а также для науки в целом. [4]

Работа Розена сочетает в себе сложную математику с потенциально радикально новыми взглядами на природу живых систем и науку. Его называли «Ньютоном биологии». [5] Опираясь на теорию множеств, его работа также считалась спорной, вызывая опасения, что некоторые из использованных им математических методов могли не иметь адекватного доказательства. Посмертная работа Розена «Очерки о самой жизни» (2000), а также недавние монографии [6] [7] ученика Розена Алоизиуса Луи прояснили и объяснили математическое содержание работы Розена.

Реляционная биология

Работа Розена предложила методологию, которую необходимо разработать в дополнение к текущим редукционистским подходам к науке молекулярными биологами . Он назвал эту методологию реляционной биологией . Реляционный — это термин, который он справедливо приписывает своему наставнику Николасу Рашевски , который опубликовал несколько статей о важности теоретико-множественных отношений [8] в биологии до первых докладов Розена по этой теме. Реляционный подход Розена к биологии является расширением и усилением трактовки Николаса Рашевски n -арных отношений в организменных множествах и между ними, которую он разрабатывал в течение двух десятилетий как представление как биологических, так и социальных «организмов».

Реляционная биология Розена утверждает, что организмы и, по сути, все системы обладают особым качеством, называемым организацией , которое не является частью языка редукционизма, как, например, в молекулярной биологии , хотя оно все чаще используется в системной биологии . Оно имеет дело не только с чисто структурными или материальными аспектами. Например, организация включает все отношения между материальными частями, отношения между эффектами взаимодействия материальных частей и отношения со временем и окружающей средой, если назвать несколько. Многие люди суммируют этот аспект сложных систем [9] , говоря, что целое больше, чем сумма частей . Отношения между частями и между эффектами взаимодействий должны рассматриваться как дополнительные «реляционные» части, в некотором смысле.

Розен сказал, что организация должна быть независима от материальных частиц, которые, по-видимому, составляют живую систему . Как он выразился:

Человеческое тело полностью меняет материю, из которой оно сделано, примерно каждые 8 ​​недель, посредством метаболизма , репликации и ремонта. Тем не менее, вы все еще вы — со всеми вашими воспоминаниями, вашей личностью... Если наука настаивает на преследовании частиц, она будет следовать за ними насквозь через организм и полностью его пропустит.

—  Роберт Розен, рассказанный своей дочери, мисс Джудит Розен [2]

Подход абстрактной реляционной биологии Розена фокусируется на определении живых организмов и всех сложных систем с точки зрения их внутренней организации как открытых систем , которые не могут быть сведены к их взаимодействующим компонентам из-за множественных связей между компонентами метаболизма, репликации и восстановления, которые управляют сложной биодинамикой организма.

Он намеренно выбрал «самые простые» графы и категории для своих представлений систем метаболизма-восстановления в небольших категориях множеств, наделенных только дискретной «эффективной» топологией множеств, рассматривая этот выбор как наиболее общий и менее ограничительный. Однако оказывается, что эффективные следствия систем «закрыты для эффективной причины», [10] или, говоря простыми словами, катализаторы («эффективные причины» метаболизма, обычно определяемые как ферменты) сами являются продуктами метаболизма и, таким образом, не могут рассматриваться, в строгом математическом смысле, как подкатегории категории последовательных машин или автоматов : в прямом противоречии с предположением французского философа Декарта о том, что все животные являются лишь сложными машинами или механизмами . Розен заявил: « Я утверждаю, что единственным решением таких проблем [границы субъект-объект и того, что составляет объективность] является признание того, что замкнутые циклы причинности являются «объективными»; т. е. законными объектами научного изучения. Они явно запрещены в любой машине или механизме » . [11] Демонстрация Розеном «эффективного замыкания» была направлена ​​на то, чтобы представить этот явный парадокс в механистической науке, что, с одной стороны, организмы определяются такими каузальными замыканиями, а с другой стороны, механизм запрещает их; таким образом, нам необходимо пересмотреть наше понимание природы. Механистический взгляд преобладает даже сегодня в большей части общей биологии и большей части науки, хотя некоторые утверждают, что больше не так в социологии и психологии , где редукционистские подходы потерпели неудачу и вышли из моды с начала 1970-х годов. Однако эти области еще не достигли консенсуса о том, каким должен быть новый взгляд, как это происходит и в большинстве других дисциплин, которые изо всех сил пытаются сохранить различные аспекты «машинной метафоры» для живых и сложных систем.

Сложность и сложные научные модели: (МИСТЕР) системы

Прояснение различий между простыми и сложными научными моделями стало в последующие годы главной целью опубликованных отчетов Розена. Розен утверждал, что моделирование лежит в основе самой сущности науки и мышления. Его книга «Опережающие системы » [12] подробно описывает то, что он назвал отношением моделирования . Он показал глубокие различия между истинным отношением моделирования и симуляцией , причем последнее не основано на таком отношении моделирования.

В математической биологии он известен как создатель класса реляционных моделей живых организмов , называемых системами, которые он разработал для того, чтобы охватить минимальные возможности, которые необходимы материальной системе для того, чтобы быть одним из простейших функциональных организмов , которые обычно называют «живыми». В этом виде системы обозначает метаболические и обозначает «ремонтные» подсистемы простого организма, например, активные «ремонтные» молекулы РНК. Таким образом, его способ определения или «определения» жизни в любой данной системе является функциональным, а не материальным; хотя он и рассматривал в своих опубликованных в 1970-х годах отчетах конкретные динамические реализации простейших систем в терминах ферментов ( ), РНК ( ) и функциональной, дублирующей ДНК (его -картирование).

Однако он пошел еще дальше в этом направлении, заявив, что при изучении сложной системы « можно отбросить материю и изучать организацию», чтобы узнать те вещи, которые существенны для определения в целом целого класса систем. Однако это было воспринято слишком буквально некоторыми из его бывших студентов, которые не полностью усвоили предписание Роберта Розена о необходимости теории динамических реализаций таких абстрактных компонентов в конкретной молекулярной форме, чтобы замкнуть цикл моделирования [ необходимо разъяснение ] для простейших функциональных организмов (таких как, например, одноклеточные водоросли или микроорганизмы ). [13] Он поддержал это утверждение (которое он фактически приписал Николасу Рашевскому ) на основе того факта, что живые организмы представляют собой класс систем с чрезвычайно широким спектром материальных «ингредиентов», различными структурами, различными средами обитания, различными способами жизни и размножения , и все же мы каким-то образом способны распознавать их все как живые или функциональные организмы, не будучи, однако, виталистами .

Его подход, как и последние теории организменных множеств Рашевского, [14] [15] подчеркивает биологическую организацию над молекулярной структурой в попытке обойти отношения структура-функциональность , которые важны для всех экспериментальных биологов, включая физиологов . Напротив, изучение конкретных материальных деталей любого данного организма или даже типа организмов скажет нам только о том, как этот тип организма «делает это». Такое исследование не приближается к тому, что является общим для всех функциональных организмов, то есть «жизни». Реляционные подходы к теоретической биологии, следовательно, позволили бы нам изучать организмы способами, которые сохраняют те существенные качества, о которых мы пытаемся узнать, и которые являются общими только для функциональных организмов.

Подход Роберта Розена концептуально принадлежит к тому, что сейчас известно как функциональная биология , а также к биологии сложных систем , хотя и в весьма абстрактной, математической форме.

Квантовая биохимия и квантовая генетика

Розен также подверг сомнению то, что, по его мнению, является многими аспектами основных интерпретаций биохимии и генетики . Он возражает против идеи, что функциональные аспекты в биологических системах могут быть исследованы посредством материального фокуса. Один пример: Розен оспаривает, что функциональная способность биологически активного белка может быть исследована исключительно с использованием генетически закодированной последовательности аминокислот . Это потому, что, по его словам, белок должен пройти процесс сворачивания, чтобы достичь своей характерной трехмерной формы, прежде чем он сможет стать функционально активным в системе. Тем не менее, только последовательность аминокислот генетически кодируется. Механизмы, с помощью которых белки сворачиваются, полностью не известны. Он пришел к выводу, основываясь на таких примерах, что фенотип не всегда может быть напрямую приписан генотипу и что химически активный аспект биологически активного белка зависит не только от последовательности аминокислот, из которой он был построен: должны быть какие-то другие важные факторы, которые он, однако, не пытался указать или зафиксировать.

Некоторые вопросы о математических аргументах Розена были подняты в статье, авторами которой были Кристофер Ландауэр и Кирсти Л. Беллман [16] , в которой утверждалось, что некоторые математические формулировки, используемые Розеном, являются проблематичными с логической точки зрения. Однако, возможно, стоит отметить, что подобные вопросы были также подняты давным-давно Бертраном Расселом и Альфредом Нортом Уайтхедом в их знаменитых Principia Mathematica в отношении антиномий теории множеств . Поскольку математическая формулировка Розена в его ранних работах также основывалась на теории множеств и категории множеств , такие вопросы, естественно, снова всплыли на поверхность. Однако эти вопросы теперь были рассмотрены Робертом Розеном в его недавней книге Essays on Life Itself , опубликованной посмертно в 2000 году. Более того, такие основные проблемы математических формулировок --систем уже были решены другими авторами еще в 1973 году с использованием леммы Йонеды в теории категорий и связанной с ней функториальной конструкции в категориях с (математической) структурой. [17] [18] Такие общие категориально-теоретические расширения -систем, которые избегают парадоксов теории множеств , основаны на категориальном подходе Уильяма Ловера и его расширениях к многомерной алгебре . Математическое и логическое расширение систем метаболической репликации до обобщенных -систем, или G-MR , также включало серию признанных писем, которыми обменивались Роберт Розен и последние авторы в 1967—1980-х годах, а также письма, которыми обменивались с Николасом Рашевским до 1972 года.

Идеи Розена получают все большее признание в теоретической биологии, и в настоящее время ведутся несколько дискуссий. [19] [20] [21] [22] Одним из его главных результатов, как объясняется в его книге «Сама жизнь» (1991), был неожиданный вывод о том, что системы ( M , R ) не могут быть смоделированы машинами Тьюринга .

Эрвин Шредингер обсуждал вопросы квантовой генетики в своей знаменитой книге 1945 года « Что такое жизнь?» . Они были критически рассмотрены Розеном в его книге «Сама жизнь» и в его последующей книге «Очерки о самой жизни» . [23]

Сравнение с другими теориями жизни

( M,R ) системы представляют собой лишь одну из нескольких современных теорий жизни, включая хемотон [24] Тибора Ганти , гиперцикл Манфреда Эйгена и Питера Шустера , [25] [26] [27] аутопоэзис (или самопостроение ) [28] Умберто Матураны и Франциско Варелы и автокаталитические множества [29] Стюарта Кауфмана , аналогичные более раннему предложению Фримена Дайсона . [30] Все они (включая ( M,R ) системы) нашли свое первоначальное вдохновение в книге Эрвина Шредингера « Что такое жизнь?» [31], но на первый взгляд кажется, что у них мало общего друг с другом, в основном потому, что авторы не общались друг с другом, и никто из них не ссылался в своих основных публикациях на какие-либо другие теории. Тем не менее, есть больше сходств, чем может показаться на первый взгляд, например, между Ганти и Розеном. [32] До недавнего времени [33] [34] [22] почти не было попыток сравнить различные теории и обсудить их вместе.

Последний универсальный общий предок (LUCA)

Некоторые авторы приравнивают модели происхождения жизни к LUCA, последнему всеобщему общему предку всей существующей жизни. [35] Это серьезная ошибка, возникающая из-за неспособности распознать, что L относится к последнему общему предку, а не к первому предку , который намного старше: большой объем эволюции произошел до появления LUCA. [36]

Гилл и Фортерре выразили суть следующим образом: [37]

LUCA не следует путать с первой клеткой, но он был продуктом длительного периода эволюции. Быть «последним» означает, что LUCA предшествовала длинная череда более старых «предков».

Публикации

Розен написал несколько книг и множество статей. Ниже приведена подборка его опубликованных книг:

Опубликовано посмертно:

Ссылки

  1. ^ Розен, Роберт (март 2006). «Автобиографические воспоминания Роберта Розена». Axiomathes . 16 (1–2): 1–23. doi :10.1007/s10516-006-0001-6. S2CID  122095161. Биология сложных систем и логика жизни в память о Роберте Розене
  2. ^ ab «Автобиографические воспоминания Роберта Розена».
  3. ^ "In Memory of Dr. Robert Rosen". Февраль 1999. Архивировано из оригинала 1 февраля 2010. Получено 14 ноября 2013 .
  4. ^ "Robert Rosen -- Complexity & Life". Архивировано из оригинала 15 марта 2008 г. Получено 12 сентября 2007 г.{{cite web}}: CS1 maint: бот: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )
  5. ^ Микулецкий, Дональд С. (июль 2001 г.). «Роберт Розен (1934–1998): моментальный снимок Ньютона в биологии». Компьютеры и химия . 25 (4): 317–327. doi :10.1016/S0097-8485(01)00079-1. PMID  11459348.
  6. ^ Луи, AH (2009). Больше, чем сама жизнь: синтетическое продолжение в реляционной биологии . Франкфурт: Ontos Verlag. ISBN 978-3868380446.
  7. ^ Луи, AH (2013). Отражение жизни: функциональное следствие и имминентность в реляционной биологии . Нью-Йорк, Нью-Йорк: Springer-Verlag New York Inc. ISBN 978-1-4614-6927-8.
  8. ^ "Джон Обри Теория отношений (логический подход к теории отношений)". Архивировано из оригинала 27 мая 2010 г. Получено 31 января 2010 г.
  9. ^ Baianu, IC (март 2006). «Работа Роберта Розена и биология сложных систем». Axiomathes . 16 (1–2): 25–34. doi :10.1007/s10516-005-4204-z. S2CID  4673166. Биология сложных систем и логика жизни в память о Роберте Розене
  10. ^ Дональд К. Микулецкий Роберт Розен: Правильно поставленный вопрос и ответ на него — Почему организмы отличаются от машин?
  11. ^ Розен, Роберт (1 июня 1993 г.). «Проведение границы между субъектом и объектом: комментарии к проблеме разума и мозга». Теоретическая медицина . 14 (2): 89–100. doi :10.1007/BF00997269. ISSN  1573-1200. PMID  8236065. S2CID  24953932.
  12. ^ Системы антиципации: философские, математические и методологические основы , Роберт Розен, 2-е издание, при участии Джудит Розен, Джона Дж. Клайнмана и Михая Надина, 2012, lx + 472 стр., Springer, Нью-Йорк ISBN 978-1-4614-1268-7 
  13. ^ Роберт Розен. 1970. Теория динамических систем в биологии , Нью-Йорк: Wiley Interscience.
  14. ^ Рашевский, Н (1965). «Представление организмов в терминах (логических) предикатов». Бюллетень математической биофизики . 27 (4): 477–491. doi :10.1007/bf02476851. PMID  4160663.
  15. ^ Рашевский, Н (1969). «Очерк единого подхода к физике, биологии и социологии». Бюллетень математической биофизики . 31 (1): 159–198. doi :10.1007/bf02478215. PMID  5779774.
  16. ^ Ландауэр, К.; Беллман, К. Л. (2002). «Теоретическая биология: Организмы и механизмы». Труды конференции AIP . 627 : 59–70. Bibcode : 2002AIPC..627...59L. doi : 10.1063/1.1503669.
  17. ^ IC Baianu: 1973, Некоторые алгебраические свойства - систем. Бюллетень математической биофизики 35 , 213-217.
  18. ^ IC Баяну и М. Маринеску: 1974, Функториальная конструкция - систем. Revue Roumaine de Mathématiques Pures et Appliquées 19 : 388–391.
  19. ^ Волькенхауэр, П.; Хофмейр, Дж.-Х.С. (2007). «Абстрактная модель клетки, описывающая самоорганизацию функции клетки в живых системах». Журнал теоретической биологии . 246 (3): 461–476. Bibcode : 2007JThBi.246..461W. doi : 10.1016/j.jtbi.2007.01.005. PMID  17328919.
  20. ^ Карденас, ML; Летелье, JC; Гутьеррес, C; Корниш-Боуден, A; Сото-Андраде, J (2010). «Закрытие эффективной причинности, вычислимости и искусственной жизни» (PDF) . Журнал теоретической биологии . 263 (1): 79–92. Bibcode :2010JThBi.263...79L. doi :10.1016/j.jtbi.2009.11.010. hdl : 10533/130547 . PMID  19962389.
  21. ^ Palmer, ML; Williams, RA; Gatherer, D (2016). "Rosen's (M,R) system as an X-machine" (PDF) . Journal of Theoretical Biology . 408 : 97–104. Bibcode :2016JThBi.408...97P. doi :10.1016/j.jtbi.2016.08.007. PMID  27519952.
  22. ^ ab Cornish-Bowden, A; Cárdenas, ML (2020). «Противоположные теории жизни: исторический контекст, современные теории. в поисках идеальной теории». BioSystems . 188 : 104063. doi : 10.1016/j.biosystems.2019.104063 . PMID  31715221.
  23. ^ Примечание Джудит Розен, владеющей авторскими правами на книги своего отца: Некоторая путаница в анализе Розена вызвана опечатками в Life Itself . Например, диаграмма, которая относится к -Systems, имеет более одной ошибки; ошибки, которых нет в рукописи Розена для книги. В книге Anticipatory Systems; Philosophical, Mathematical, and Methodological Foundations есть та же диаграмма, представленная правильно.
  24. ^ Ганти, Тибор (2003). Эорс Сатмари; Джеймс Гриземер (ред.). Принципы жизни . Издательство Оксфордского университета. ISBN 9780198507260.
  25. ^ Эйген, М.; Шустер, П. (1977). «Гиперцикл: принцип естественной самоорганизации. А: возникновение гиперцикла». Naturwissenschaften . 64 (11): 541–565. doi :10.1007/bf00450633. PMID  593400. S2CID  42131267.
  26. ^ Эйген, М.; Шустер, П. «Гиперцикл: принцип естественной самоорганизации. B: абстрактный гиперцикл». Naturwissenschaften . 65 (1): 7–41. doi :10.1007/bf00420631. S2CID  1812273.
  27. ^ Эйген, М.; Шустер, П. «Гиперцикл: принцип естественной самоорганизации. C: реалистичный гиперцикл». Naturwissenschaften . 65 (7): 41–369. doi :10.1007/bf00420631. S2CID  1812273.
  28. ^ Матурана, Х. Р.; Варела, Ф. (1980). Аутопойезис и познание: реализация живого . Дордрехт: Издательская компания D. Reidel.
  29. ^ Кауфман, С.А. (1969). «Метаболическая стабильность и эпигенез в случайно сконструированных генетических сетях». J. Theor. Biol . 22 (3): 437–467. Bibcode : 1969JThBi..22..437K. doi : 10.1016/0022-5193(69)90015-0. PMID  5803332.
  30. ^ Дайсон, Ф. Дж. (1982). «Модель происхождения жизни». J. Mol. Evol . 18 (5): 344–350. Bibcode : 1982JMolE..18..344D. doi : 10.1007/bf01733901. PMID  7120429. S2CID  30423925.
  31. ^ Шредингер, Эрвин (1944). Что такое жизнь? . Cambridge University Press.
  32. ^ Корниш-Боуден, А. (2015). «Тибор Ганти и Роберт Розен: контрастные подходы к одной и той же проблеме». J. Theor. Biol . 381 : 6–10. Bibcode :2015JThBi.381....6C. doi :10.1016/j.jtbi.2015.05.015. PMID  25988381.
  33. ^ Летелье, JC; Карденас, ML; Корниш-Боуден, A (2011). «От L'Homme Machine к метаболическому закрытию: шаги к пониманию жизни». J. Theor. Biol . 286 (1): 100–113. Bibcode :2011JThBi.286..100L. doi :10.1016/j.jtbi.2011.06.033. PMID  21763318.
  34. ^ Игамбердиев, AU (2014). «Изменение масштаба времени и формирование паттернов в биологической эволюции». BioSystems . 123 : 19–26. doi : 10.1016/j.biosystems.2014.03.002. PMID  24690545.
  35. ^ Jheeta, S.; Chatzitheodoridis, E.; Devine, Kevin; Block, J. (2021). «Путь вперед к происхождению жизни: прионы и прионоподобные молекулы, первая гипотеза». Life . 11 (9): 872. Bibcode :2021Life...11..872J. doi : 10.3390/life11090872 . PMC 8467930 . PMID  34575021. 
  36. ^ Корниш-Боуден, А.; Карденас, М. Л. (2017). «Жизнь до ЛУКИ». J. Theor. Biol . 434 : 68–74. Bibcode :2017JThBi.434...68C. doi :10.1016/j.jtbi.2017.05.023. PMID  28536033.
  37. ^ Gill, S.; Forterre, P. (2016). «Происхождение жизни: LUCA и внеклеточные мембранные везикулы (EMV)». Int. J. Astrobiol . 15 (1): 7–15. Bibcode : 2016IJAsB..15....7G. doi : 10.1017/S1473550415000282 . S2CID  44428292.
  38. ^ Роберт Розен (2013). Принципы оптимальности в биологии . Springer. ISBN 978-1489964205.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки

В Викицитатнике есть цитаты, связанные с Робертом Розеном (биологом) .