Brian Goodwin - Brian Goodwin
Brian Carey Goodwin (25 de março de 1931 - 15 de julho de 2009) foi um matemático e biólogo canadense , professor emérito da Open University e fundador da biologia teórica e biomatemática. Ele introduziu o uso de sistemas complexos e modelos generativos na biologia do desenvolvimento . Ele sugeriu que uma visão reducionista da natureza falha em explicar características complexas, propondo controversamente a teoria estruturalista de que os campos morfogenéticos podem substituir a seleção natural na condução da evolução . Ele também foi um membro visível do movimento da Terceira Cultura .
Biografia
Brian Goodwin nasceu em Montreal , Quebec , Canadá em 1931. Ele estudou biologia na Universidade McGill e depois emigrou para o Reino Unido , com uma bolsa de estudos Rhodes para estudar matemática em Oxford. Ele obteve seu doutorado na Universidade de Edimburgo apresentando a tese "Estudos na teoria geral do desenvolvimento e evolução" sob a supervisão de Conrad Hal Waddington . Ele então se mudou para a Sussex University até 1983, quando se tornou professor titular na Open University em Milton Keynes até a aposentadoria em 1992. Ele se tornou uma figura importante no desenvolvimento inicial da biologia matemática , junto com outros pesquisadores. Foi um dos assistentes das famosas reuniões que decorreram entre 1965 e 1968 na Villa Serbelloni, promovidas pela Fundação Rockefeller , sob o tema "Para uma Biologia Teórica". O workshop envolveu, entre outros cientistas importantes, Conrad Waddington , Jack Cowan , Michael Conrad , Jim Burns , Christopher Zeeman , Richard Lewontin , Robert Rosen , Stuart Kauffman , John Maynard Smith , René Thom e Lewis Wolpert . Como resultado das palestras e discussões da conferência, saiu uma ata do evento em quatro volumes, tornando-se, na época, uma grande referência na área.
Posteriormente, ele lecionou no Schumacher College em Devon , Reino Unido , onde foi fundamental para iniciar o mestrado em Ciência Holística da faculdade. Ele foi nomeado membro fundador do Schumacher College pouco antes de sua morte. Goodwin também trabalhou como pesquisador no MIT e foi um visitante de longa data de várias instituições, incluindo a UNAM na Cidade do México. Ele foi membro fundador do Santa Fe Institute no Novo México, onde também atuou como membro do conselho científico por vários anos.
Brian Goodwin morreu no hospital em 2009, após uma cirurgia resultante de uma queda de sua bicicleta. Goodwin deixa sua terceira esposa, Christel, e sua filha, Lynn.
Redes de genes e desenvolvimento
Pouco depois de François Jacob e Jacques Monod desenvolverem seu primeiro modelo de regulação gênica, Goodwin propôs o primeiro modelo de um oscilador genético, mostrando que as interações regulatórias entre os genes permitiam a ocorrência de flutuações periódicas. Logo depois que esse modelo foi publicado, ele também formulou uma teoria geral de redes reguladoras de genes complexos usando a mecânica estatística . Em sua forma mais simples, o oscilador de Goodwin envolve um único gene que se reprime. As equações de Goodwin foram originalmente formuladas em termos de sistemas conservadores (hamiltonianos), não levando em consideração os efeitos dissipativos que são necessários em uma abordagem realista dos fenômenos regulatórios na biologia. Muitas versões foram desenvolvidas desde então. A formulação mais simples (mas realista) considera três variáveis, X, Y e Z, indicando as concentrações de RNA , proteína e produto final que gera o ciclo de feedback negativo . As equações são
e oscilações fechadas podem ocorrer para n> 8 e se comportar como ciclos limites : após uma perturbação do estado do sistema, ele retorna ao seu atrator anterior. Uma modificação simples desse modelo, acrescentando outros termos, introduzindo etapas adicionais na máquina de transcrição, permite encontrar oscilações para valores n menores. O modelo de Goodwin e suas extensões têm sido amplamente usados ao longo dos anos como o esqueleto básico para outros modelos de comportamento oscilatório, incluindo relógios circadianos , divisão celular ou sistemas de controle fisiológico.
Biologia do desenvolvimento
No campo da biologia do desenvolvimento , Goodwin explorou a auto-organização na formação de padrões , usando estudos de caso de uma única célula (como Acetabularia ) a organismos multicelulares, incluindo o desenvolvimento inicial em Drosophila . Ele propôs que os campos morfogenéticos , definidos em termos de distribuições espaciais de sinais químicos (morfogenes), poderiam padronizar e moldar o embrião. Desta forma, geometria e desenvolvimento foram ligados por meio de um formalismo matemático. Junto com seu colega Lynn Trainor, Goodwin desenvolveu um conjunto de equações matemáticas que descrevem as mudanças tanto dos limites físicos no organismo quanto dos gradientes químicos.
Ao considerar o comportamento mecanoquímico do citoplasma cortical (ou citogel) das células vegetais, um material viscoelástico composto principalmente por microfilamentos de actina e reforçado por uma rede de microtúbulos, Goodwin & Trainor (1985) mostraram como acoplar o cálcio e as propriedades mecânicas do citoplasma . O cytogel é tratado como um meio viscoelástico contínuo no qual os íons de cálcio podem se difundir e interagir com o citoesqueleto. O modelo consiste em duas equações diferenciais parciais não lineares que descrevem a evolução do campo de deformação mecânica e da distribuição de cálcio no citogele.
Foi demonstrado (Trainor & Goodwin, 1986) que, em uma faixa de valores de parâmetros, instabilidades podem ocorrer e se desenvolver neste sistema, levando a padrões intracelulares de deformação e concentração de cálcio. As equações são lidas, em sua forma geral:
Essas equações descrevem a dinâmica espaço-temporal do deslocamento do estado de referência e da concentração de cálcio, respectivamente. Aqui x e t são as coordenadas de espaço e tempo, respectivamente. Essas equações podem ser aplicadas a muitos cenários diferentes e as diferentes funções P (x) introduzem as propriedades mecânicas específicas do meio. Essas equações podem gerar uma grande variedade de padrões estáticos e dinâmicos, de motivos geométricos complexos a oscilações e caos (Briere 1994).
Estruturalismo
Ele também foi um forte defensor da visão de que os genes não podem explicar totalmente a complexidade dos sistemas biológicos. Nesse sentido, ele se tornou um dos mais fortes defensores da visão sistêmica contra o reducionismo . Ele sugeriu que os fenômenos não lineares e as leis fundamentais que definem seu comportamento eram essenciais para entender a biologia e seus caminhos evolutivos. Sua posição dentro da biologia evolutiva pode ser definida como estruturalista . Para Goodwin, muitos padrões na natureza são um subproduto das restrições impostas pela complexidade. O repertório limitado de motivos observados na organização espacial de plantas e animais (em algumas escalas) seria, na opinião de Goodwin, uma impressão digital do papel desempenhado por tais restrições. O papel da seleção natural seria secundário.
Essas opiniões eram altamente controversas e colocaram Goodwin em conflito com muitos evolucionistas darwinistas proeminentes, ao passo que alguns físicos acharam algumas de suas visões naturais. O físico Murray Gell-Mann, por exemplo, reconheceu que "quando a evolução biológica - baseada na variação amplamente aleatória do material genético e na seleção natural - opera na estrutura de organismos reais, ela o faz sujeito às leis da ciência física, que colocam limitações cruciais sobre como as coisas vivas podem ser construídas. " Richard Dawkins , o ex-professor de compreensão pública da ciência na Universidade de Oxford e um conhecido evolucionista darwinista, admitiu: "Não acho que haja muitas evidências boas para apoiar [sua tese], mas é importante que alguém como Brian Goodwin esteja dizendo esse tipo de coisa, porque fornece o outro extremo, e a verdade provavelmente está em algum lugar no meio. " Dawkins também concordou que "É uma possibilidade genuinamente interessante que as leis subjacentes da morfologia permitam apenas uma certa gama limitada de formas". De sua parte, Goodwin não rejeitou o darwinismo básico, apenas seus excessos.
Recepção
O biólogo Gert Korthof elogiou a pesquisa de Goodwin, comentando que ele tentou "melhorar o darwinismo de uma forma científica". David B. Wake também revisou positivamente a pesquisa de Goodwin, descrevendo-o como um "cientista atencioso, um dos grandes dissidentes das ortodoxias da biologia evolucionária, genética e do desenvolvimento moderna".
Goodwin argumentou que a seleção natural era "uma força muito fraca" para explicar a evolução e operava apenas como um mecanismo de filtro. Ele afirmou que a biologia evolutiva moderna falhou em fornecer uma explicação para a teoria da forma biológica e ignorou a importância da morfogênese na evolução. Ele afirmou ter fornecido uma nova teoria evolucionária para substituir o neodarwinismo. Em uma revisão crítica, a bióloga Catherine SC Price observou que embora ele tivesse conseguido fornecer uma alternativa à mutação como a única fonte de variação, ele falhou em fornecer uma alternativa à seleção natural como um mecanismo de adaptação. Price afirmou que a "discussão de Goodwin sobre a evolução é tendenciosa, insuficientemente desenvolvida e mal informada", e que ele deturpou o darwinismo, usou argumentos de espantalho e ignorou pesquisas de genética populacional .
O biólogo evolucionário Günter P. Wagner descreveu o estruturalismo de Goodwin como "um movimento marginal na biologia evolutiva".
Publicações
- Livros
- 1963. Temporal Organization in Cells Academic Press, Londres 1963, ISBN 1376206161
- 1989. Theoretical Biology: Epigenetic and Evolutionary Order for Complex Systems with Peter Saunders, Edinburgh University Press, 1989, ISBN 0-85224-600-5
- 1994. Mechanical Engineering of the Cytoskeleton in Developmental Biology (International Review of Cytology) , com Kwang W. Jeon e Richard J. Gordon, Academic Press, Londres 1994, ISBN 0-12-364553-0
- 1996. Form and Transformation: Generative and Relational Principles in Biology , Cambridge Univ Press, 1996.
- 1997. How the Leopard Changed its Spots: The Evolution of Complexity , Scribner, 1994, ISBN 0-02-544710-6 (alemão: Der Leopard, der seine Flecken verliert , Piper, München 1997, ISBN 3-492-03873-5 )
- 2001. Signs of Life: How Complexity Pervades Biology , com Ricard V. Solé, Basic Books, 2001, ISBN 0-465-01927-7
- 2007. Nature's Due: Healing Our Fragmented Culture , Floris Books, 2007, ISBN 0-86315-596-0
- Artigos científicos selecionados
- Goodwin, BC 1965, "Oscillatory behaviour in enzmatic control process", Adv. Enz. Reg. 3: 425-428.
- Goodwin BC 1978, "Uma visão cognitiva do processo biológico." J Soc Biol Structures 1: 117-125
- Gordon, DM, Goodwin, BC e Trainor LEH 1992, "Um modelo distribuído paralelo do comportamento das colônias de formigas", J. Theor. Biol. 156, 293-307.
- 1997, "Organização e desorganização temporal nos organismos". em: Chronobiology International 14 (5): 531-536 1997
- Goodwin BC, 1978 "Uma visão cognitiva do processo biológico", J. Soc. Biol. Struct. 1, 117-125.
- 2000, "A vida da forma. Padrões emergentes de transformação morfológica". em: Comptes rendud de la Academie des Science III 323 (1): 15-21 JAN 2000
- Goodwin BC (2000). A vida da forma. Padrões emergentes de transformação morfológica. Comptes rendus de l'academie des sciencies III - Sciences de la vie-life sciences 323 (1): 15-21
- Goodwin BC. (1997) Organização temporal e desorganização em organismos. Chronobiology international 14 (5): 531-536
- Solé, R., O. Miramontes y Goodwin BC. (1993) "Ordem e caos nas sociedades de formigas". J. Theor. Biol. 161: 343
- Miramontes, O., R. Solé e BC Goodwin (1993), Collective Behavior of Random-Activated Mobile Cellular Automata. Physica D 63: 145-160
- Jaeger, J. e Goodwin BC 2001, "Um modelo de oscilador celular para formação de padrão periódico" J. Theor. Biol. 213, 71-181.
- 2002, "Na Sombra da Cultura". in: "Os Próximos Cinquenta Anos: Ciência na Primeira Metade do Século XXI" Editado por John Brockman, Vintage Books, MAIO 2002, ISBN 0-375-71342-5
- Goodwin B 2005, "Significado na evolução" J. Biol. Phys. Chem. 5, 51–56.