Stuart Kauffman

médico y académico estadounidense

Stuart Alan Kauffman (nacido el 28 de septiembre de 1939) es un médico, biólogo teórico e investigador de sistemas complejos estadounidense 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 del Instituto de Biología de Sistemas . Tiene varios premios, entre ellos una beca MacArthur y una medalla Wiener .

Es mejor conocido por argumentar que la complejidad de los sistemas y organismos biológicos podría deberse tanto a la autoorganización y a dinámicas alejadas del equilibrio como a la selección natural darwiniana , como se analiza en su libro Origins of Order (1993). En 1967 ^[1] y 1969 ^[2] utilizó redes booleanas aleatorias para investigar 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. ^{[3] [4]} 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. ^[5] Esto sugirió la posibilidad de una "terapia de diferenciación del cáncer". También propuso la aparición autoorganizada de conjuntos de polímeros colectivamente autocatalíticos , específicamente péptidos , para el origen de la reproducción molecular, ^{[6] [7]} , que han encontrado apoyo experimental. ^{[8] [9]}

Educación y carrera temprana

Kauffman se graduó en Dartmouth en 1960, obtuvo la licenciatura (con honores) de la Universidad de Oxford (donde fue Marshall Scholar ) en 1963 y completó su título de médico (MD) en la Universidad de California, San Francisco , en 1968. Después de completar su Durante 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, 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 sobre modelos en diversas áreas de la 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 . Junto con Marc Ballivet, Kauffman posee las amplias patentes biotecnológicas fundadoras en química combinatoria y evolución molecular aplicada , emitidas por primera vez en Francia en 1987, ^[10] en Inglaterra en 1989 y más tarde en América del Norte. ^{[11] [12]}

En 1996, con Ernst and Young , Kauffman fundó BiosGroup , una empresa con fines de lucro con sede en Santa Fe , Nuevo México, que aplicaba metodologías de sistemas complejos a problemas comerciales. BiosGroup fue adquirida por NuTech Solutions a principios de 2003. NuTech fue comprada por Netezza en 2008 y posteriormente por IBM. ^{[13] [14] [15]}

De 2005 a 2009, Kauffman ocupó un puesto 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 en Informática) y director del Instituto de Biocomplejidad e Informática. Kauffman también fue invitado a ayudar a lanzar la iniciativa Ciencia y Religión en la Harvard Divinity School ; desempeñándose 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 basados ​​en datos de expresión genética a nivel de molécula única .

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 UVM. ^[16] Desde principios de 2011 hasta abril de 2013, Kauffman fue colaborador habitual del Blog 13.7 de NPR , Cosmos and Culture, ^[17] con temas que van desde las ciencias biológicas, la biología de sistemas y la medicina, hasta la espiritualidad, la economía y el derecho. . ^[17]

En mayo de 2013 se incorporó al Instituto de Biología de Sistemas, en Seattle, Washington. Tras la muerte de su esposa, Kauffman cofundó Transforming Medicine: The Elizabeth Kauffman Institute. ^[18]

En 2014, Kauffman, Samuli Niiranen y Gabor Vattay obtuvieron una patente fundacional ^[19] sobre el reino del equilibrio (ver más abajo), un "estado de la materia" aparentemente nuevo que oscila de manera reversible entre los reinos cuántico y clásico. ^[20]

En 2015, fue invitado a ayudar a iniciar un debate general sobre repensar el crecimiento económico para las Naciones Unidas . ^[21] Casi al mismo tiempo, realizó una investigación con el profesor Teppo Felin de la Universidad de Oxford . ^[22]

Paisajes de fitness

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

El modelo NK de Kauffman define un espacio de fase combinatorio , que consta de cada cadena (elegida de un alfabeto determinado) de longitud . Para cada cadena en este espacio de búsqueda, se define un valor escalar (llamado aptitud ). Si se define una métrica de distancia entre cadenas, la estructura resultante es un paisaje . ${\displaystyle N}$

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

${\displaystyle F(S)=\sum _{i}f(S_{i}),}$

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

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

¿Dónde están los otros loci de los que depende la idoneidad de? ${\displaystyle S_{j}^{i}}$ ${\displaystyle S_{i}}$

Por lo tanto, la función de aptitud es un mapeo entre cadenas de longitud K  + 1 y escalares, que el trabajo posterior de Weinberger llama "contribuciones de aptitud". Estas contribuciones a la aptitud a menudo se eligen al azar a partir de alguna distribución de probabilidad específica. ${\displaystyle f(S_{i},S_{1}^{i},\dots ,S_{K}^{i})}$

En 1991, Weinberger publicó un análisis detallado ^[23] del caso en el que y las contribuciones de aptitud se eligen al azar. Posteriormente se demostró que su estimación analítica del número de óptimos locales era errónea. ^{[ cita necesaria ]} Sin embargo, los experimentos numéricos incluidos en el análisis de Weinberger respaldan su resultado analítico de que la aptitud esperada de una cuerda se distribuye normalmente con una media de aproximadamente y una varianza de aproximadamente . ${\displaystyle 1<<k\leq N}$ ${\displaystyle \mu +\sigma {\sqrt {{2\ln(k+1)} \over {k+1}}}}$ ${\displaystyle {{(k+1)\sigma ^{2}} \over {N[k+1+2(k+2)\ln(k+1)]}}}$

Reconocimientos y premios

Kauffman obtuvo una beca MacArthur entre 1987 y 1992. También posee un título honorífico en Ciencias de la Universidad de Lovaina (1997); Fue galardonado con la Medalla de Oro en Cibernética en Memoria de Norbert Wiener en 1973, la Medalla de Oro de la Accademia dei Lincei de Roma en 1990, el Premio Trotter de Información y Complejidad en 2001 y el Premio Herbert Simon de Sistemas Complejos en 2013. miembro de la Royal Society of Canada en 2009.

Obras

Kauffman es mejor conocido por argumentar que la complejidad de los sistemas y organismos biológicos podría deberse tanto a la autoorganización y a dinámicas alejadas del equilibrio como a la selección natural darwiniana en tres áreas de la biología evolutiva , a saber, la dinámica de poblaciones , la evolución molecular y la 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 reacciones bioquímicas en las células, que con justicia pueden llamarse autocatalizadoras pero que no se autoorganizan simplemente. ^[24] 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 Self-Organization in Biological Systems de 2001 . ^[25] El libro de Roger Sansom de 2011 Genes ingeniosos: cómo las redes de regulación genética evolucionan para controlar el desarrollo es una crítica ampliada al modelo de autoorganización de Kauffman en relación con las redes reguladoras de genes. ^[26]

Kauffman, tomando prestados modelos de vidrio giratorio en física, inventó paisajes de fitness "NK", que han encontrado aplicaciones en biología ^[27] y economía. ^{[28] [29]} En trabajos relacionados, Kauffman y sus colegas han examinado el comportamiento subcrítico, crítico y supracrítico en los sistemas económicos. ^[30]

El trabajo de Kauffman traduce sus hallazgos biológicos al problema mente-cuerpo y a cuestiones de neurociencia, proponiendo atributos de un nuevo "reino equilibrado" que oscila indefinidamente entre la coherencia cuántica y la clasicidad . Publicó sobre este tema en su artículo "Respondiendo a Descartes: más allá de Turing". ^[31] Con Giuseppe Longo y Maël Montévil, escribió (enero de 2012) "No implican leyes, sino habilitación en la evolución de la biosfera", ^[32] que argumentaba que la evolución no es una "ley implicada" como la física.

El trabajo de Kauffman está publicado en Physics ArXiv , incluido "Más allá del estancamiento: mente/cuerpo, mecánica cuántica, libre albedrío, posible panpsiquismo, posible solución al enigma cuántico" (octubre de 2014) ^[33] y "Criticidad cuántica en el origen de la vida". " (febrero de 2015). ^[20]

Kauffman ha contribuido al campo emergente de la evolución tecnológica acumulativa al introducir una matemática de lo posible adyacente . ^{[34] [35]}

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 A. Mundo más allá de la física (2019).

En 2016, Kauffman escribió un cuento para niños, "Patrick, Rupert, Sly & Gus Protocells", una narrativa sobre la creación de nichos impredecibles en la biosfera, que luego se produjo como un breve vídeo animado. ^[36]

En 2017, al explorar el concepto de que la realidad consta tanto de "posibles" ontológicamente reales (res potentia) como de "actuales" ontológicamente reales (res extensa), Kauffman fue coautor, con Ruth Kastner y Michael Epperson, "Tomando en serio la potencia de Heisenberg". ^[37]

Publicaciones

Artículos seleccionados

• Kauffman, SA; McCulloch, WS (1967). Redes aleatorias de genes formales (informe técnico). Informe de progreso trimestral 34. Cambridge, MA: Laboratorio de investigación de electrónica, Instituto de Tecnología de Massachusetts.
• Kauffman, Estuardo (1969). "Estabilidad metabólica y epigénesis en redes genéticas construidas al azar". Revista de Biología Teórica . 22 (3): 437–467. Código Bib : 1969JThBi..22..437K. doi :10.1016/0022-5193(69)90015-0. PMID  5803332.
• Kauffman, SA (1971a). "Homeostasis celular, epigénesis y replicación en sistemas macromoleculares agregados aleatoriamente". Revista de Cibernética . 1 (1): 71–96. doi :10.1080/01969727108545830.
• Kauffman, SA (1971b). "Diferenciación de células malignas a benignas". Revista de Biología Teórica . 31 (3): 429–451. Código Bib : 1971JThBi..31..429K. doi :10.1016/0022-5193(71)90020-8. PMID  5556142.
• Kauffman, Stuart (agosto de 1991). «Anticaos y Adaptación» (PDF) . Científico americano . 265 (2): 78–84. Código Bib : 1991SciAm.265b..78K. doi : 10.1038/scientificamerican0891-78. PMID  1862333 . Consultado el 28 de abril de 2015 .
• Kauffman, SA; Johnsen, S (1991). "Coevolución al borde del caos: paisajes de fitness acoplados, estados equilibrados y avalanchas coevolutivas" (PDF) . Revista de Biología Teórica . 149 (4): 467–505. Código Bib : 1991JThBi.149..467K. CiteSeerX  10.1.1.502.3299 . doi :10.1016/s0022-5193(05)80094-3. PMID  2062105.
• Kauffman, Estuardo (2004). "Agentes Autónomos". En Barrow, John D .; Davies, Paul CW ; Harper, Charles L. Jr. (eds.). Ciencia y realidad última: teoría cuántica, cosmología y complejidad . Prensa de la Universidad de Cambridge. ISBN 978-0521831130.
• Kauffman, Estuardo (2004). "Prolegómeno de una biología general". En Dembski, William A .; Ruse, Michael (eds.). Debate sobre el diseño: de Darwin al ADN . Prensa de la Universidad de Cambridge. ISBN 978-1139459617.
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• Kauffman, Estuardo; Colina, Colin; Capucha, Leroy; Huang, Sui (2014b). "Transformar la medicina: un manifiesto". Cosmovisión científica americana . Archivado desde el original el 13 de julio de 2014 . Consultado el 28 de abril de 2015 .
• Kauffman, Stuart (octubre de 2014). "Más allá del estancamiento: mente-cuerpo consciente - mecánica cuántica - libre albedrío - posible panpsiquismo - posible interpretación del enigma cuántico". arXiv : 1410.2127 [física.hist-ph].
• Felin, T.; Kauffman, S.; Koppl, R.; Longo, G. (diciembre de 2014). "Oportunidad económica y evolución: más allá de los paisajes y la racionalidad limitada" (PDF) . Revista de Emprendimiento Estratégico . 8 (4): 269–282. doi :10.1002/sej.1184. SSRN  2197512.
• Vattay, G.; Salahub, D.; Csaibai, I.; Nassmi, A.; Kauffman, S. (febrero de 2015). "Criticidad cuántica en el origen de la vida". Revista de Física: Serie de conferencias . 626 (1): 012023. arXiv : 1502.06880 . Código Bib : 2015JPhCS.626a2023V. doi :10.1088/1742-6596/626/1/012023. S2CID  18439451.
• Kauffman, S. (2016). "Respondiendo a Descartes: más allá de Turing". En Cooper, S. Barry ; Hodges, Andrew (eds.). El Turing de antaño y del futuro . Prensa de la Universidad de Cambridge.

Libros

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

Notas

1. Kauffman y McCulloch 1967.
2. Kauffman 1969.
3. Huang y Kauffman 2009.
4. Nykter y col. 2008.
5. Kauffman 1971b.
6. Kauffman 1971a.
7. Kauffman 2011.
8. Dadon, Wagner y Ashkenasy 2008.
9. Dadon y otros. 2012.
10. EP 0229046A1, "Procedimiento de obtención de ADN, ARN, péptidos, polipéptidos o proteínas, por una técnica de recombinaison d'ADN" 
11. US 5,723,323 "Método para identificar un péptido, polipéptido o proteína generado estocásticamente que tiene propiedades de unión a ligando y sus composiciones" 
12. CA 1339937C, "Procedimiento de obtención de ADN, péptidos, polipéptidos o proteínas de ARN mediante técnicas de ADN recombinante" 
13. "NuTech Solutions adquirirá las operaciones de desarrollo de software de BiosGroup". BusinessWire. 20 de febrero de 2003 . Consultado el 5 de julio de 2015 .
14. "Netezza Corporation adquiere NuTech Solutions". BusinessWire. 15 de mayo de 2008 . Consultado el 5 de julio de 2015 .
15. "IBM adquirirá Netezza". Sala de noticias de IBM . IBM. 20 de septiembre de 2010 . Consultado el 5 de julio de 2015 .
16. "Stuart Kauffman, pionero de sistemas complejos, se unirá a la facultad de la UVM". Vermontbiz.com . Revista de negocios de Vermont. 30 de septiembre de 2009 . Consultado el 28 de abril de 2015 .
17. "Stuart Kauffman". NPR.org . Consultado el 28 de abril de 2015 .
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20. Vattay et al. 2015.
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22. Felin, Teppo; Kauffman, Estuardo; Koppl, Roger; Longo, Giuseppe (2014). "Oportunidad económica y evolución: más allá de los paisajes y la racionalidad limitada" (PDF) . Revista de Emprendimiento Estratégico . 8 (4): 269–282. doi :10.1002/sej.1184.
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26. Sansom, Roger (2011). Genes ingeniosos: cómo evolucionan las redes de regulación genética para controlar el desarrollo . Vida y mente: cuestiones filosóficas en biología y psicología. Cambridge, Massachusetts: MIT Press . doi : 10.7551/mitpress/9780262195812.001.0001. ISBN 9780262195812. OCLC  694600461.Véase también: Wray, Gregory A. (diciembre de 2012). "Adaptación y redes genéticas: genes ingeniosos: cómo evolucionan las redes de regulación genética para controlar el desarrollo [reseña del libro]". Biociencia . 62 (12): 1084-1085. doi : 10.1525/bio.2012.62.12.10 .
27. Kauffman y Johnsen 1991.
28. Rivkin y Siggelkow 2002.
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30. Hanel, Kauffman y Thurner 2007.
31. Kauffman 2016.
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35. Monechi, Bernardo; Ruiz-Serrano, Álvaro; Tria, Francesca; Loreto, Vittorio (junio de 2017). "Oleadas de novedades en la expansión hacia lo adyacente posible". Más uno . 12 (6): e0179303. Código Bib : 2017PLoSO..1279303M. doi : 10.1371/journal.pone.0179303 . PMC 5464662 . PMID  28594909. 
36. La historia se puede leer aquí: "La sorprendente historia real de Patrick S., Rupert R., Sly S. y Gus G. Protocells en sus primeros años" (PDF) . 16 de agosto de 2016. Archivado (PDF) desde el original el 27 de mayo de 2020.Kauffman narra la historia en 2017 aquí: Archivado en Ghostarchive y Wayback Machine: "La sorprendente historia real de Patrick, Rupert, Sly y Gus". YouTube . 10 de marzo de 2017 . Consultado el 26 de mayo de 2020 .Una versión animada está aquí: Archivado en Ghostarchive y Wayback Machine: "Los orígenes de la vida y su continua maravilla". YouTube . Ciencia animada. 24 de agosto de 2020. Stuart Kauffman explica cómo evolucionó la vida desde sus orígenes anteriores, hace unos 3.700 millones de años, a través de la historia de cuatro protocélulas: Patrick, Rupert, Sly y Gus. Explica por qué nuestro conocimiento de los orígenes y la evolución temprana de la vida puede ayudarnos enormemente a comprender nuestro verdadero lugar en el mundo.
37. Kastner, Ruth E.; Kauffman, Estuardo; Epperson, Michael (2019). "Tomar en serio la potencia de Heisenberg". Aventuras en Quantumland: explorando nuestra realidad invisible . Londres; Hackensack, Nueva Jersey: World Scientific. págs. 223–237. arXiv : 1709.03595 . doi :10.1142/9781786346421_0011. ISBN 978-1-78634-641-4. OCLC  1083673555. S2CID  4882205.

Referencias

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Otras lecturas

• Di Bernardo, Mirko (2011). I sentieri evolutivi della complessità biologica nell'opera di SA Kauffman (en italiano). Milán: Mímesis. ISBN 978-8857504131.
• Goldstein, Jeffrey A. (2008). "Reseña del libro Reinventar lo sagrado: una nueva visión de la ciencia, la razón y la religión , por Stuart Kauffman". Emergencia: complejidad y organización . 10 (3): 117-130.
• Horgan, John (4 de febrero de 2015). "Buscador Stuart Kauffman sobre el libre albedrío, Dios, ESP y otros misterios". Científico americano . Consultado el 28 de abril de 2015 .
• MacKenzie, Dana (febrero de 2002). "La ciencia de la sorpresa". Descubrir . 23 (2): 59–63.
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enlaces externos

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