Brian Carey Goodwin (25 de marzo de 1931 - 15 de julio de 2009) fue un matemático y biólogo canadiense , profesor emérito de la Open University y fundador de la biología teórica y las biomatemáticas. Introdujo el uso de sistemas complejos y modelos generativos en biología del desarrollo . Sugirió que una visión reduccionista de la naturaleza no explica las características complejas, proponiendo polémicamente la teoría estructuralista de que los campos morfogenéticos podrían sustituir a la selección natural al impulsar la evolución . [1]También fue un miembro visible del movimiento de la Tercera Cultura . [2]
Biografía
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 Open University en 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 los famosos encuentros que tuvieron lugar entre 1965 y 1968 en Villa Serbelloni, acogidos por la Fundación Rockefeller , bajo el tema "Hacia una Biología teórica". En el taller participaron, entre otros científicos clave, Conrad Waddington , Jack Cowan , Michael Conrad , Jim Burns , Christopher Zeeman , Richard Lewontin , Robert Rosen , Stuart Kauffman , John Maynard Smith , René Thom y Lewis Wolpert . Como resultado de las charlas y discusiones de la conferencia, salió un acta del evento en cuatro volúmenes, convirtiéndose en ese momento en un gran referente en el área.
A partir de entonces, enseñó en el Schumacher College en Devon , Reino Unido , donde jugó un papel decisivo en el inicio de la Maestría en Ciencias Holísticas de la universidad. Fue nombrado miembro fundador de Schumacher College poco antes de su muerte. Goodwin también tenía un puesto de investigador 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 de la junta científica durante varios años. [4] [5]
Brian Goodwin murió en el hospital en 2009, luego de una cirugía resultante de una caída de su bicicleta. [6] A Goodwin le sobreviven su tercera esposa, Christel, y su hija, Lynn.
Desarrollo y redes de genes
Poco después de que François Jacob y Jacques Monod desarrollaran su primer modelo de regulación genética, Goodwin propuso el primer modelo de un oscilador genético, mostrando que las interacciones regulatorias entre genes permitían que ocurrieran fluctuaciones periódicas. Poco después de que se publicara este modelo, también formuló una teoría general de redes reguladoras de genes complejas utilizando la mecánica estadística . En su forma más simple, el oscilador de Goodwin involucra un solo gen que se reprime a sí mismo. Las ecuaciones de Goodwin se formularon originalmente en términos de sistemas conservadores (hamiltonianos), por lo que no se tienen en cuenta los efectos disipativos que se requieren en un enfoque realista de los fenómenos regulatorios 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, este vuelve a su atractor anterior. Una simple modificación de este modelo, agregando otros términos introduciendo pasos adicionales en la maquinaria de transcripción permite encontrar oscilaciones para valores n más pequeños. El modelo de Goodwin y sus extensiones se han utilizado ampliamente a lo largo de los años como esqueleto básico para otros modelos de comportamiento oscilatorio, incluidos los relojes circadianos , la división celular o los sistemas de control fisiológico.
Biología del desarrollo
En el campo de la biología del desarrollo , Goodwin exploró la autoorganización en la formación de patrones , utilizando estudios de casos de organismos unicelulares (como Acetabularia ) a organismos multicelulares, incluido el desarrollo temprano en Drosophila . Propuso que los campos morfogenéticos , definidos en términos de distribuciones espaciales de señales químicas (morfógenos), 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 por microfilamentos de actina y reforzado por una red de microtúbulos, Goodwin y Trainor (1985) mostraron cómo acoplar el calcio y las propiedades mecánicas del citoplasma. . El citogel se trata como un medio viscoelástico continuo en el que los iones de calcio pueden difundirse e interactuar con el citoesqueleto. El modelo consta de 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 ocurrir y desarrollarse inestabilidades en este sistema, lo que conduce a patrones intracelulares de tensión y concentración de calcio. Las ecuaciones dicen, en su forma general:
Estas ecuaciones describen la dinámica espacio-temporal del desplazamiento del estado de referencia y la concentración de calcio, respectivamente. Aquí x y t son las coordenadas de espacio y tiempo, 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 ] .
Estructuralismo
También fue un firme defensor de la opinión de que los genes no pueden explicar completamente la complejidad de los sistemas biológicos. En ese sentido, se convirtió en uno de los más firmes defensores de la visión sistémica contra el 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 de la naturaleza son un subproducto de las limitaciones impuestas por la complejidad. El repertorio limitado de motivos observados en la organización espacial de plantas y animales (en algunas escalas) sería, en opinión de Goodwin, una huella del papel que juegan tales limitaciones. El papel de la selección natural sería secundario.
Estas opiniones fueron muy controvertidas y pusieron a Goodwin en conflicto con muchos evolucionistas darwinianos prominentes, mientras que algunos físicos encontraron algunas de sus opiniones naturales. El físico Murray Gell-Mann, por ejemplo, reconoció que "cuando la evolución biológica, basada en una variación mayoritariamente aleatoria en el material genético y en la selección natural, opera sobre la estructura de los organismos reales, lo hace sujeto 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 conocido evolucionista darwiniano, admitió: "No creo que haya muchas pruebas sólidas para apoyar [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 punto intermedio ". Dawkins también estuvo de acuerdo en que "es una posibilidad genuinamente interesante que las leyes subyacentes de la morfología permitan sólo un cierto rango limitado de formas". Por su parte, Goodwin no rechazó el darwinismo básico, solo sus excesos.
Recepción
El biólogo Gert Korthof ha elogiado la investigación de Goodwin comentando que trató de "mejorar el darwinismo de una manera científica". [7] David B. Wake también ha revisado positivamente la investigación de Goodwin que lo describe 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 solo funcionaba como un mecanismo de filtro. Afirmó que la biología evolutiva moderna no pudo 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, aunque había logrado proporcionar una alternativa a la mutación como única fuente de variación, no pudo proporcionar una alternativa a la selección natural como mecanismo de adaptación. [9] Price afirmó que la "discusión de la evolución de Goodwin es sesgada, insuficientemente desarrollada y mal informada", y que tergiversó el darwinismo, utilizó argumentos de hombre de paja 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]
Publicaciones
- Libros
- 1963. Temporal Organization in Cells Academic Press, Londres 1963, ISBN 1376206161
- 1989. Biología teórica: orden epigenético y evolutivo para sistemas complejos con Peter Saunders, Edinburgh University Press, 1989, ISBN 0-85224-600-5
- 1994. Ingeniería mecánica del citoesqueleto en biología del desarrollo (Revisión internacional de citología) , con Kwang W. Jeon y Richard J. Gordon, Academic Press, Londres 1994, ISBN 0-12-364553-0
- 1996. Forma y transformación: principios generativos y relacionales en biología , Cambridge Univ Press, 1996.
- 1997. Cómo el leopardo cambió sus manchas: la evolución de la complejidad , Scribner, 1994, ISBN 0-02-544710-6 (alemán: Der Leopard, der seine Flecken verliert , Piper, München 1997, ISBN 3-492-03873-5 )
- 2001. Signos de vida: cómo la complejidad impregna la biología , con 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
- Artículos científicos seleccionados
- Goodwin, BC 1965, "Comportamiento oscilatorio en procesos de control enzimático", Adv. Enz. Reg. 3: 425-428.
- Goodwin BC 1978, "Una visión cognitiva del proceso biológico". Estructuras J Soc Biol 1: 117-125
- Gordon, DM, Goodwin, BC y Trainor LEH 1992, "Un modelo distribuido en paralelo del comportamiento de las colonias de hormigas", J. Theor. Biol. 156, 293-307.
- 1997, "Organización temporal y desorganización en los organismos". en: Chronobiology International 14 (5): 531-536 1997
- Goodwin BC, 1978 "Una visión cognitiva del proceso biológico", J. Soc. Biol. Struct. 1, 117-125.
- 2000, "La vida de la forma. Patrones emergentes de transformación morfológica". en: Comptes rendud de la Academie des Science III 323 (1): 15-21 ENE 2000
- Goodwin BC (2000). La vida de la forma. Patrones emergentes de transformación morfológica. Comptes rendus de l'academie des sciencies III - Sciences de la vie-life sciences 323 (1): 15-21
- Goodwin BC. (1997) Organización temporal y desorganización en organismos. Chronobiology international 14 (5): 531-536
- Solé, R., O. Miramontes y Goodwin BC. (1993) "Orden y caos en sociedades de hormigas". J. Theor. Biol. 161: 343
- Miramontes, O., R. Solé y BC Goodwin (1993), Comportamiento colectivo de autómatas móviles móviles activados aleatoriamente. Physica D 63: 145-160
- Jaeger, J. y Goodwin BC 2001, "Un modelo de oscilador celular para la formación de patrones periódicos" J. Theor. Biol. 213, 71-181.
- 2002, "A la sombra de la cultura". en: "Los próximos cincuenta años: la ciencia en la primera mitad del siglo XXI" Editado por John Brockman, Vintage Books, MAYO 2002, ISBN 0-375-71342-5
- Goodwin B 2005, "Significado en evolución" J. Biol. Phys. Chem. 5, 51–56.
Referencias
- ^ Dickinson, W. Joseph. (1998). Forma y transformación: principios generativos y relacionales en biología. por Gerry Webster; Brian Goodwin . La Revista Trimestral de Biología . Vol. 73, núm. 1. págs. 62-63.
- ^ Obituario de Brian Goodwin - The Guardian , 9 de agosto de 2009
- ^ Goodwin, Brian C. (1961). Estudios de teoría general del desarrollo y la evolución (Tesis). Universidad de Edimburgo.
- ^ Brian Goodwin Archivado el 4 de septiembre de 2011 en Wayback Machine , SteinerBooks
- ^ Obituario de Brian Goodwin - The Independent , 31 de julio de 2009 .
- ^ Profesor Brian Goodwin Archivado el 13 de septiembre de 2009 en Wayback Machine , Schumacher College
- ^ "Cómo el leopardo cambió sus manchas" . Consultado el 25 de abril de 2014.
- ^ Despertador, David B . (1996). Cómo el leopardo cambió sus manchas: la evolución de la complejidad por Brian Goodwin . Científico estadounidense . Vol. 84, núm. 3. págs. 300-301.
- ↑ a b Price, Catherine SC (1995). Estructuralmente insostenible . Evolución . Vol. 49, núm. 6. págs. 1298-1302.
- ^ Wagner, Günter P. , Homología, genes e innovación evolutiva . Prensa de la Universidad de Princeton. 2014. Capítulo 1: El desafío intelectual de la evolución morfológica: un caso para el estructuralismo variacional. Página 7
enlaces externos
- Una nueva ciencia de las cualidades: una charla con Brian Goodwin
- Una entrevista con el profesor Brian Goodwin