Estuardo Kauffman

Stuart Alan Kauffman (nacido el 28 de septiembre de 1939) es un médico estadounidense, biólogo teórico e investigador de sistemas complejos que estudia el origen de la vida en la Tierra. Fue profesor en la Universidad de Chicago, la Universidad de Pensilvania y la Universidad de Calgary. Actualmente es profesor emérito de bioquímica en la Universidad de Pensilvania y profesor afiliado en el Instituto de Biología de Sistemas. Tiene una serie de premios que incluyen una beca MacArthur y una medalla Wiener.

Él es mejor conocido por argumentar que la complejidad de los sistemas biológicos y los organismos podría resultar tanto de la autoorganización y dinámicas alejadas del equilibrio como de la selección natural darwiniana, como se analiza en su libro Origins of Order (1993). En 1967 y 1969 utilizó redes booleanas aleatorias para investigar las propiedades genéricas de autoorganización de las redes reguladoras de genes, proponiendo que los tipos de células son atractores dinámicos en las redes reguladoras de genes y que la diferenciación celular puede entenderse como transiciones entre atractores. La evidencia reciente sugiere que los tipos de células en humanos y otros organismos son atractores. En 1971 sugirió que es posible que un cigoto no pueda acceder a todos los atractores de tipos de células en su red reguladora de genes durante el desarrollo y que algunos de los tipos de células inaccesibles desde el punto de vista del desarrollo podrían ser tipos de células cancerosas. Esto sugirió la posibilidad de una "terapia de diferenciación del cáncer". También propuso la aparición autoorganizada de conjuntos de polímeros autocatalíticos colectivos, específicamente péptidos, para el origen de la reproducción molecular, que han encontrado apoyo experimental.

Educación y carrera temprana

Kauffman se graduó de Dartmouth en 1960, recibió el BA (Hons) de la Universidad de Oxford (donde obtuvo una beca Marshall) en 1963 y completó una licenciatura en medicina (M.D.) en la Universidad de California, San Francisco en 1968. Después de completar su pasantía, pasó a la genética del desarrollo de la mosca de la fruta, ocupando cargos primero en la Universidad de Chicago de 1969 a 1973, en el Instituto Nacional del Cáncer de 1973 a 1975 y luego en la Universidad de Pensilvania de 1975 a 1994, donde ascendió a profesor de bioquímica y biofísica.

Carrera

Kauffman se hizo conocido a través de su asociación con el Instituto Santa Fe (un instituto de investigación sin fines de lucro dedicado al estudio de sistemas complejos), donde fue profesor residente de 1986 a 1997, y a través de su trabajo en modelos en varias áreas. de biología Estos incluyeron conjuntos autocatalíticos en la investigación del origen de la vida, redes reguladoras de genes en biología del desarrollo y paisajes de aptitud en biología evolutiva. Con Marc Ballivet, Kauffman es titular de amplias patentes de biotecnología en química combinatoria y evolución molecular aplicada, emitidas por primera vez en Francia en 1987, en Inglaterra en 1989 y más tarde en América del Norte.

En 1996, con Ernst and Young, Kauffman fundó BiosGroup, una empresa con fines de lucro con sede en Santa Fe, Nuevo México, que aplicaba metodología de sistemas complejos a problemas comerciales. BiosGroup fue adquirido por NuTech Solutions a principios de 2003. Netezza compró NuTech en 2008 y luego IBM.

De 2005 a 2009, Kauffman ocupó un cargo conjunto en la Universidad de Calgary en ciencias biológicas, física y astronomía. También fue profesor adjunto en el Departamento de Filosofía de la Universidad de Calgary. Fue presidente de iCORE (Círculo de Excelencia en Investigación Informática) y director del Instituto de Biocomplejidad e Informática. Kauffman también fue invitado a ayudar a lanzar la iniciativa de Ciencia y Religión en Harvard Divinity School; sirviendo como profesor visitante en 2009.

En enero de 2009, Kauffman se convirtió en Profesor Distinguido de Finlandia (FiDiPro) en el Departamento de Procesamiento de Señales de la Universidad Tecnológica de Tampere. El nombramiento finalizó en diciembre de 2012. El tema del proyecto de investigación FiDiPro es el desarrollo de modelos estocásticos retardados de redes reguladoras genéticas basadas en datos de expresión génica a nivel de una sola molécula.

En enero de 2010, Kauffman se unió a la facultad de la Universidad de Vermont, donde continuó su trabajo durante dos años en el Centro de Sistemas Complejos de la UVM. Desde principios de 2011 hasta abril de 2013, Kauffman fue colaborador habitual del blog 13.7 de NPR, Cosmos and Culture, con temas que van desde las ciencias de la vida, la biología de sistemas y la medicina hasta la espiritualidad, la economía y el derecho. También fue colaborador habitual de Edge.org.

En mayo de 2013 se unió al Instituto de Biología de Sistemas, en Seattle, Washington. Tras la muerte de su esposa, Kauffman cofundó Transforming Medicine: The Elizabeth Kauffman Institute.

En 2014, Kauffman con Samuli Niiranen y Gabor Vattay obtuvieron una patente fundacional sobre el reino equilibrado (ver más abajo), un aparentemente nuevo "estado de la materia" flotando reversiblemente entre los reinos cuántico y clásico.

En 2015, fue invitado a ayudar a iniciar un debate general sobre cómo repensar el crecimiento económico para las Naciones Unidas. Casi al mismo tiempo, investigó con el profesor Teppo Felin de la Universidad de Oxford.

Paisajes de fitness

Visualización de dos dimensiones de un paisaje de fitness NK. Las flechas representan varios caminos mutacionales que la población podría seguir mientras evolucionaba en el paisaje de fitness.

El modelo NK de Kauffman define un espacio de fase combinatoria, que consiste en cada cadena (elegida de un alfabeto dado) de longitud N{displaystyle N}. Para cada cadena en este espacio de búsqueda, un valor escalar (llamado el fitness) se define. Si una distancia métrica se define entre cadenas, la estructura resultante es una paisaje.

Los valores de fitness se definen según la encarnación específica del modelo, pero la característica clave del modelo NK es que la aptitud de una cadena dada S{displaystyle S. es la suma de las contribuciones de cada locus Si{displaystyle S_{i} en la cuerda:

F()S)=.. if()Si),{displaystyle F(S)=sum _{i}f(S_{i}),}

y la contribución de cada locus en general depende del valor K{displaystyle K} otros loci:

f()Si)=f()Si,S1i,...... ,SKi),{displaystyle f(S_{i})=f(S_{i},S_{1}{i},dotsS_{K}{i}),,}

Donde Sji{displaystyle S_{j} {i} son los otros loci sobre los cuales la aptitud de Si{displaystyle S_{i} depende.

Por lo tanto, la función de fitness f()Si,S1i,...... ,SKi){displaystyle f(S_{i},S_{1}{i},dotsS_{K}^{i}} es un mapeo entre cadenas de longitud K+ 1 y escalares, que el trabajo posterior de Weinberger llama "contribuciones de la idoneidad". Tales contribuciones de fitness se eligen aleatoriamente de alguna distribución de probabilidad especificada.

En 1991, Weinberger publicó un análisis detallado del caso en el que <math alttext="{displaystyle 1<1..k≤ ≤ N{displaystyle 1 significaba 'leq N'<img alt="1 < y las contribuciones de fitness se eligen al azar. Su estimación analítica del número de optima local fue mostrada posteriormente por defecto. Sin embargo, los experimentos numéricos incluidos en el análisis de Weinberger apoyan su resultado analítico de que la aptitud esperada de una cadena se distribuye normalmente con una media de aproximadamente μ μ +σ σ 2In⁡ ⁡ ()k+1)k+1{displaystyle mu +sigma {{2ln(k+1)} over {k+1}}}}y una diferencia de aproximadamente ()k+1)σ σ 2N[k+1+2()k+2)In⁡ ⁡ ()k+1)]{displaystyle {{(k+1)sigma ^{2}over {N[k+1+2(k+2)ln(k+1)}}}}.

Reconocimientos y premios

Kauffman obtuvo una beca MacArthur entre 1987 y 1992. También es Doctor Honoris Causa en Ciencias por la Universidad de Lovaina (1997); Recibió la Medalla de Oro Norbert Wiener Memorial de Cibernética en 1973, la Medalla de Oro de la Accademia dei Lincei en Roma en 1990, el Premio Trotter de Información y Complejidad en 2001 y el premio Herbert Simon de Sistemas Complejos en 2013. Se convirtió en miembro de la Royal Society of Canada en 2009.

Obras

Kauffman es mejor conocido por argumentar que la complejidad de los sistemas biológicos y los organismos podría ser el resultado tanto de la autoorganización y la dinámica lejos del equilibrio como de la selección natural darwiniana en tres áreas de la biología evolutiva, a saber, la dinámica de población, la evolución molecular y morfogénesis. Con respecto a la biología molecular, el enfoque estructuralista de Kauffman ha sido criticado por ignorar el papel de la energía en el impulso de las reacciones bioquímicas en las células, que pueden llamarse justamente autocatalizadoras, pero que no se autoorganizan simplemente. Algunos biólogos y físicos que trabajan en el área de Kauffman han cuestionado sus afirmaciones sobre la autoorganización y la evolución. Un ejemplo de ello son algunos comentarios en el libro de 2001 Self-Organization in Biological Systems. El libro de Roger Sansom de 2011 Ingenious Genes: How Gene Regulation Networks Evolve to Control Development es una crítica extendida del modelo de autoorganización de Kauffman en relación con las redes de regulación genética.

Tomando prestados modelos de vidrio giratorio de la física, Kauffman inventó "N-K" paisajes de fitness, que han encontrado aplicaciones en biología y economía. En trabajos relacionados, Kauffman y sus colegas han examinado el comportamiento subcrítico, crítico y supracrítico en los sistemas económicos.

El trabajo de Kauffman traduce sus hallazgos biológicos al problema de la mente y el cuerpo y a problemas de la neurociencia, proponiendo atributos de un nuevo 'reino equilibrado'. que oscila indefinidamente entre la coherencia cuántica y el clasicismo. Publicó sobre este tema en su artículo "Respondiendo a Descartes: más allá de Turing". Con Giuseppe Longo y Maël Montévil, escribió (enero de 2012) "Sin leyes vinculantes, sino habilitación en la evolución de la biosfera", que argumentaba que la evolución no es "implicada por leyes" como la física

El trabajo de Kauffman está publicado en Physics ArXiv, incluido "Beyond the Stalemate: Mind/Body, Quantum Mechanics, Free Will, Possible Panpsychism, Possible Solution to the Quantum Enigma" (octubre de 2014) y "La criticidad cuántica en el origen de la vida" (febrero de 2015).

Kauffman ha contribuido al campo emergente de la evolución tecnológica acumulativa mediante la introducción de una matemática de lo adyacente posible.

Ha publicado más de 350 artículos y 6 libros: Los orígenes del orden (1993), En casa en el universo (1995), Investigaciones (2000), Reinventando lo sagrado (2008), La humanidad en un universo creativo (2016) y Un mundo más allá de la física (2019)).

En 2016, Kauffman escribió un cuento para niños, "Patrick, Rupert, Sly & Gus Protocells", una narración sobre la creación de nichos no prestables en la biosfera, que luego se produjo como un breve video animado.

En 2017, explorando el concepto de que la realidad consiste en "posibles" ontológicamente reales; (res potentia) y ontológicamente reales "actuals" (res extensa), Kauffman coescribió, con Ruth Kastner y Michael Epperson, 'Tomando en serio Potentia de Heisenberg'.

Publicaciones

Artículos seleccionados

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• Kauffman, S. A. (1971a). "La Homeostasis Celular, Epigenesis y Replicación en Sistemas Macromoleculares Aleatorios". Journal of Cybernetics. 1: 71–96. doi:10.1080/01969727108545830.
• Kauffman, S. A. (1971b). "Differentiation of Malignant to Benign Cells". Journal of Theoretical Biology. 31 (3): 429–451. Bibcode:1971JThBi...31..429K doi:10.1016/0022-5193(71)90020-8. PMID 5556142.
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• Felin, T.; Kauffman, S.; Koppl, R.; Longo, G. (diciembre de 2014). "Oportunidad Económica y Evolución: Más allá de los Paisajes y la Racionalidad Ligerada" (PDF). Strategic Entrepreneurship Journal. 8 (4): 269–282. doi:10.1002/sej.1184. SSRN 2197512.
• Vattay, G.; Salahub, D.; Csaibai, I.; Nassmi, A.; Kauffman, S. (Febrero de 2015). "Crítica Cuántica en el Origen de la Vida". Journal of Physics: Serie de sesiones. 626 (1): 012023. arXiv:1502.06880. Bibcode:2015JPhCS.626a2023V. doi:10.1088/1742-6596/626/1/012023. S2CID 18439451.
• Kauffman, S. (2016). "Respuesta Descartes: Más allá de Turing". En Cooper, S. Barry; Hodges, Andrew (eds.). The Once and Future Turing. Cambridge University Press.

Libros

• Kauffman, Stuart (1993). Los orígenes del orden: Organización y selección en la evolución. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-507951-7.
• Kauffman, Stuart (1995). En casa en el universo: La búsqueda de leyes de auto-organización y complejidad. Oxford University Press. ISBN 978-0195111309.
• Kauffman, Stuart (2000). Investigaciones. Oxford University Press. ISBN 978-0199728947.
• Kauffman, Stuart (2008). Reinventar al Sagrado: Una nueva visión de la ciencia, la razón y la religión. Libros básicos. ISBN 978-0-465-00300-6.
• Kauffman, Stuart (2016). La humanidad en un universo creativo. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-939045-8.
• Kauffman, Stuart (2019). Un mundo más allá de la física. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-087133-8.