Brian Carey Goodwin ( Sainte-Anne-de-Bellevue , Quebec, Canadá, 25 de marzo de 1931 - Dartington , Totnes , Devon, Reino Unido, 15 de julio de 2009) fue un matemático y biólogo canadiense , profesor emérito de la Open University y fundador de la biología teórica y la biomatemática. Introdujo el uso de sistemas complejos y modelos generativos en la biología del desarrollo . Sugirió que una visión reduccionista de la naturaleza no logra explicar las características complejas, proponiendo de manera controvertida la teoría estructuralista de que los campos morfogenéticos podrían sustituir a la selección natural en el impulso de la evolución . [1] También fue un miembro visible del movimiento de la Tercera Cultura . [2]
Brian Goodwin nació en Montreal , Quebec , Canadá en 1931. Estudió biología en la Universidad McGill y luego emigró al Reino Unido , con una beca Rhodes para estudiar matemáticas en Oxford. Obtuvo su doctorado en la Universidad de Edimburgo presentando la tesis "Estudios en la teoría general del desarrollo y la evolución" [3] bajo la supervisión de Conrad Hal Waddington . Luego se trasladó a la Universidad de Sussex hasta 1983, cuando se convirtió en profesor titular en la Universidad Abierta de Milton Keynes hasta su jubilación en 1992. Se convirtió en una figura importante en el desarrollo temprano de la biología matemática , junto con otros investigadores. Fue uno de los asistentes a las famosas reuniones que tuvieron lugar entre 1965 y 1968 en Villa Serbelloni, organizadas por la Fundación Rockefeller , bajo el tema "Hacia una biología teórica".
Posteriormente, enseñó en el Schumacher College en Devon , Reino Unido , donde fue fundamental en el inicio de la maestría en ciencias holísticas de la universidad. Fue nombrado miembro fundador del Schumacher College poco antes de su muerte. Goodwin también tuvo un puesto de investigación en el MIT y fue visitante durante mucho tiempo de varias instituciones, incluida la UNAM en la Ciudad de México. Fue miembro fundador del Instituto Santa Fe en Nuevo México , donde también se desempeñó como miembro del consejo científico durante varios años. [4] [5]
Brian Goodwin murió en el hospital en 2009, después de una cirugía resultante de una caída de su bicicleta. [6] A Goodwin le sobreviven su tercera esposa, Christel, y su hija, Lynn.
Poco después de que François Jacob y Jacques Monod desarrollaran su primer modelo de regulación genética, Goodwin propuso el primer modelo de oscilador genético, demostrando que las interacciones reguladoras entre genes permitían que se produjeran fluctuaciones periódicas. Poco después de que se publicara este modelo, también formuló una teoría general de redes reguladoras genéticas complejas utilizando la mecánica estadística . En su forma más simple, el oscilador de Goodwin implica un solo gen que se reprime a sí mismo. Las ecuaciones de Goodwin se formularon originalmente en términos de sistemas conservativos (hamiltonianos), por lo que no tenían en cuenta los efectos disipativos que se requieren en un enfoque realista de los fenómenos reguladores en biología. Desde entonces se han desarrollado muchas versiones. La formulación más simple (pero realista) considera tres variables, X, Y y Z, que indican las concentraciones de ARN , proteína y producto final que genera el ciclo de retroalimentación negativa. Las ecuaciones son
y pueden ocurrir oscilaciones cerradas para n>8 y comportarse como ciclos límite : después de una perturbación del estado del sistema, éste vuelve a su atractor anterior. Una simple modificación de este modelo, añadiendo otros términos que introducen pasos adicionales en la maquinaria de transcripción permite encontrar oscilaciones para valores n más pequeños. El modelo de Goodwin y sus extensiones han sido ampliamente utilizados a lo largo de los años como el esqueleto básico para otros modelos de comportamiento oscilatorio, incluidos los relojes circadianos , la división celular o los sistemas de control fisiológico.
En el campo de la biología del desarrollo , Goodwin exploró la autoorganización en la formación de patrones , utilizando estudios de casos desde organismos unicelulares (como Acetabularia ) hasta organismos multicelulares, incluido el desarrollo temprano en Drosophila . Propuso que los campos morfogenéticos , definidos en términos de distribuciones espaciales de señales químicas (morfogenes), podrían modelar y dar forma al embrión. De esta manera, la geometría y el desarrollo se vincularon a través de un formalismo matemático. Junto con su colega Lynn Trainor, Goodwin desarrolló un conjunto de ecuaciones matemáticas que describen los cambios tanto de los límites físicos en el organismo como de los gradientes químicos.
Al considerar el comportamiento mecanoquímico del citoplasma cortical (o citogel) de las células vegetales, un material viscoelástico compuesto principalmente de microfilamentos de actina y reforzado por una red de microtúbulos, Goodwin y Trainor (1985) demostraron cómo acoplar el calcio y las propiedades mecánicas del citoplasma. El citogel se considera un medio viscoelástico continuo en el que los iones de calcio pueden difundirse e interactuar con el citoesqueleto. El modelo consiste en dos ecuaciones diferenciales parciales no lineales que describen la evolución del campo de deformación mecánica y de la distribución del calcio en el citogel.
Se ha demostrado (Trainor y Goodwin, 1986) que, en un rango de valores de parámetros, pueden producirse y desarrollarse inestabilidades en este sistema, lo que conduce a patrones intracelulares de tensión y concentración de calcio. Las ecuaciones se leen, en su forma general:
Estas ecuaciones describen la dinámica espaciotemporal del desplazamiento desde el estado de referencia y la concentración de calcio, respectivamente. Aquí x y t son las coordenadas espaciales y temporales, respectivamente. Estas ecuaciones se pueden aplicar a muchos escenarios diferentes y las diferentes funciones P(x) introducen las propiedades mecánicas específicas del medio. Estas ecuaciones pueden generar una rica variedad de patrones estáticos y dinámicos, desde motivos geométricos complejos hasta oscilaciones y caos (Briere 1994) [ cita no encontrada ] .
También fue un firme defensor de la visión de que los genes no pueden explicar por completo la complejidad de los sistemas biológicos. En ese sentido, se convirtió en uno de los más firmes defensores de la visión de sistemas frente al reduccionismo . Sugirió que los fenómenos no lineales y las leyes fundamentales que definen su comportamiento eran esenciales para comprender la biología y sus caminos evolutivos. Su posición dentro de la biología evolutiva puede definirse como estructuralista . Para Goodwin, muchos patrones en la naturaleza son un subproducto de las restricciones impuestas por la complejidad. El limitado repertorio de motivos observados en la organización espacial de plantas y animales (a algunas escalas) sería, en opinión de Goodwin, una huella dactilar del papel desempeñado por tales restricciones. El papel de la selección natural sería secundario.
Estas opiniones fueron muy controvertidas y pusieron a Goodwin en conflicto con muchos evolucionistas darwinistas destacados, mientras que algunos físicos encontraron naturales algunas de sus opiniones. El físico Murray Gell-Mann, por ejemplo, reconoció que "cuando la evolución biológica -basada en una variación en gran medida aleatoria del material genético y en la selección natural- opera sobre la estructura de los organismos reales, lo hace sujeta a las leyes de la ciencia física, que imponen limitaciones cruciales sobre cómo se pueden construir los seres vivos". Richard Dawkins , ex profesor de comprensión pública de la ciencia en la Universidad de Oxford y un conocido evolucionista darwinista, admitió: "No creo que haya mucha evidencia sólida que respalde [su tesis], pero es importante que alguien como Brian Goodwin esté diciendo ese tipo de cosas, porque proporciona el otro extremo, y la verdad probablemente se encuentra en algún lugar intermedio". Dawkins también estuvo de acuerdo en que "es una posibilidad genuinamente interesante que las leyes subyacentes de la morfología permitan solo un cierto rango limitado de formas". Por su parte, Goodwin no rechazó el darwinismo básico, solo sus excesos.
El biólogo Gert Korthof ha elogiado la investigación de Goodwin, comentando que intentó "mejorar el darwinismo de una manera científica". [7] David B. Wake también ha reseñado positivamente la investigación de Goodwin, describiéndolo como un "científico reflexivo, uno de los grandes disidentes de las ortodoxias de la biología evolutiva, genética y del desarrollo moderna". [8]
Goodwin había argumentado que la selección natural era "una fuerza demasiado débil" para explicar la evolución y que sólo operaba como un mecanismo de filtro. Afirmó que la biología evolutiva moderna no logró proporcionar una explicación para la teoría de la forma biológica y había ignorado la importancia de la morfogénesis en la evolución. Afirmó proporcionar una nueva teoría evolutiva para reemplazar al neodarwinismo. En una revisión crítica, la bióloga Catherine SC Price señaló que, si bien había tenido éxito en proporcionar una alternativa a la mutación como la única fuente de variación, no logró proporcionar una alternativa a la selección natural como mecanismo de adaptación. [9] Price afirmó que la "discusión de Goodwin sobre la evolución es sesgada, insuficientemente desarrollada y mal informada", y que tergiversó el darwinismo, utilizó argumentos falaces e ignoró la investigación de la genética de poblaciones . [9]
El biólogo evolutivo Günter P. Wagner describió el estructuralismo de Goodwin como "un movimiento marginal en la biología evolutiva". [10]
