ブライアン・グッドウィン

ブライアン・ケアリー・グッドウィン（1931年3月25日 - 2009年7月15日）（カナダ、ケベック州サンタンヌ・ド・ベルビュー- イギリス、デヴォン州トットネス、ダーティントン）は、カナダの数学者、生物学者であり、オープン大学名誉教授、理論生物学および生物数学の創始者。発生生物学における複雑系および生成モデルの使用を導入した。還元主義的な自然観では複雑な特徴を説明できないと提唱し、進化の推進において形態形成場が自然選択に代わる可能性があるという構造主義理論を物議を醸しながら提唱した。^[1]また、第三文化運動の著名なメンバーでもあった。^[2]

ブライアン・グッドウィンは1931年カナダのケベック州モントリオールに生まれた。マギル大学で生物学を学んだ後、ローズ奨学金を得て英国に移住し、オックスフォード大学で数学を学んだ。エディンバラ大学でコンラッド・ハル・ワディントンの指導の下、 「発達と進化の一般理論の研究」^[3]という論文を発表し、博士号を取得した。その後サセックス大学に移り、 1983年にミルトン・ケインズのオープン大学の教授となり、1992年に退職した。他の研究者とともに数理生物学の初期の発展における重要人物となった。1965年から1968年にかけてロックフェラー財団がヴィラ・セルベローニで「理論生物学に向けて」と題して 開催された有名な会議の出席者の一人でもあった。

その後、彼はイギリスのデボンにあるシューマッハー・カレッジで教鞭をとり、同カレッジのホリスティック・サイエンスの修士課程の創設に尽力した。死去する直前にシューマッハー・カレッジの創立フェローとなった。グッドウィンはMITでも研究職を務め、メキシコシティのUNAMを含むいくつかの機関を長年訪問していた。彼はニューメキシコ州のサンタフェ研究所の創立メンバーでもあり、数年間同研究所の科学委員会のメンバーも務めた。^{[4] [5]}

ブライアン・グッドウィンは2009年に自転車から落ちて手術を受けた後、病院で亡くなった。^[6]グッドウィンの遺族には3番目の妻クリステルと娘リンがいる。

フランソワ・ジャコブとジャック・モノが遺伝子調節の最初のモデルを開発した直後、グッドウィンは遺伝子振動子の最初のモデルを提案し、遺伝子間の調節的相互作用によって周期的な変動が起こることを示した。このモデルが発表されて間もなく、彼は統計力学を用いた複雑な遺伝子調節ネットワークの一般理論も定式化した。最も単純な形では、グッドウィンの振動子は、自己を抑制する単一の遺伝子を含む。グッドウィン方程式は、もともとは保存的（ハミルトン）システムの観点から定式化されたため、生物学における調節現象への現実的なアプローチに必要な散逸効果は考慮されていなかった。それ以来、多くのバージョンが開発されてきた。最も単純な（しかし現実的な）定式化では、負のフィードバックループを生成するRNA、タンパク質、最終生成物の濃度を示す3つの変数X、Y、Zが考慮される。方程式は以下のとおりである。

${\displaystyle {\frac {dX}{dt}}={k_{1} \over K_{1}+Z^{n}}-k_{2}X}$

${\displaystyle {\frac {dY}{dt}}=k_{3}X-k_{4}Y}$

${\displaystyle {\frac {dZ}{dt}}=k_{5}Y-k_{6}Z}$

また、n>8 の場合、閉じた振動が発生し、リミット サイクルとして動作します。つまり、システムの状態の摂動後、以前のアトラクターに戻ります。このモデルに簡単な修正を加えて、転写機構に追加のステップを導入する他の項を追加すると、より小さな n 値での振動を見つけることができます。グッドウィンのモデルとその拡張は、概日時計、細胞分裂、生理学的制御システムなど、振動動作の他のモデルの基本骨格として長年にわたって広く使用されてきました。

発生生物学の分野で、グッドウィンは、単細胞生物（アセタブラリアなど）から多細胞生物（ショウジョウバエの初期発生を含む）までの事例研究を用いて、パターン形成における自己組織化を研究した。彼は、化学信号（形態形成因子）の空間分布によって定義される形態形成場が、胚のパターンを形成し形作ることができると提唱した。このようにして、幾何学と発生は数学的形式主義によって結び付けられた。グッドウィンは同僚のリン・トレイナーとともに、生物の物理的境界と化学勾配の両方の変化を記述する一連の数式を開発した。

Goodwin と Trainor (1985) は、主にアクチン マイクロフィラメントで構成され、微小管ネットワークによって強化された粘弾性材料である植物細胞の表層細胞質 (またはサイトゲル) の機械化学的挙動を考慮して、カルシウムと細胞質の機械的特性を結合する方法を示しました。サイトゲルは、カルシウム イオンが拡散して細胞骨格と相互作用できる連続粘弾性媒体として扱われます。モデルは、機械的ひずみ場とサイトゲル内のカルシウム分布の変化を記述する 2 つの非線形偏微分方程式で構成されています。

パラメータ値の範囲によっては、このシステムで不安定性が発生、発達し、細胞内の歪みやカルシウム濃度のパターンにつながる可能性があることが示されています (Trainor & Goodwin、1986)。一般的な形式では、方程式は次のようになります。

${\displaystyle \rho {\partial ^{2}\xi \over \partial t^{2}}={\partial \over \partial x}\left(P_{1}(\chi ){\partial \xi \over \partial x}\right)+{\partial \over \partial x}\left(P_{2}(\chi ){\partial ^{2}\xi \over \partial x\partial t}\right)-P_{3}(\chi )-F_{0}{\partial \chi \over \partial x}}$

${\displaystyle {\partial \chi \over \partial t}=\left(a_{0}+a{\partial \xi \over \partial x}\right)(K-\chi )-k_{1}(\beta +\chi )\chi ^{n}+D{\partial ^{2}\xi \over \partial x^{2}}}$

これらの方程式は、それぞれ基準状態からの変位とカルシウム濃度の時空間ダイナミクスを記述します。ここで、x と t はそれぞれ空間座標と時間座標です。これらの方程式はさまざまなシナリオに適用でき、さまざまな関数 P(x) によって媒体の特定の機械的特性が導入されます。これらの方程式は、複雑な幾何学的モチーフから振動やカオスまで、さまざまな静的および動的パターンを生成できます (Briere 1994) ^{[引用が見つかりません]}。

彼はまた、遺伝子では生物システムの複雑さを完全には説明できないという見解を強く支持した。その意味で、彼は還元主義に対するシステム観の最も強力な擁護者の一人となった。彼は、非線形現象とその動作を定義する基本法則が生物学とその進化の道筋を理解するために不可欠であると示唆した。進化生物学における彼の立場は、構造主義的なものとして定義することができる。グッドウィンにとって、自然界の多くのパターンは、複雑性によって課せられた制約の副産物である。植物や動物の空間組織（ある規模で）に観察されるモチーフの限られたレパートリーは、グッドウィンの意見では、そのような制約が果たした役割の指紋であろう。自然選択の役割は二次的なものであろう。

これらの意見は大いに物議を醸し、グッドウィンは多くの著名なダーウィン進化論者と対立することになったが、物理学者の中には彼の見解の一部を自然だと考えた者もいた。例えば物理学者のマレー・ゲルマンは、「遺伝物質のほぼランダムな変異と自然淘汰に基づく生物学的進化が実際の生物の構造に作用する場合、それは物理科学の法則に従って行われ、それが生物の構造に重大な制限を課す」と認めた。オックスフォード大学の元公共科学理解教授で、よく知られたダーウィン進化論者であるリチャード・ドーキンスは、「[彼の論文]を裏付ける十分な証拠はあまりないと思うが、ブライアン・グッドウィンのような人がそのようなことを言っていることは重要だ。なぜなら、それはもう一方の極端を示しており、真実はおそらくその中間にあるからだ」と認めた。ドーキンスはまた、「形態学の根底にある法則が、ある限られた範囲の形状しか許さないというのは、本当に興味深い可能性だ」とも同意した。一方グッドウィンは、ダーウィニズムの根本を否定したのではなく、その行き過ぎた部分だけを否定した。

生物学者ゲルト・コルトフはグッドウィンの研究を称賛し、グッドウィンは「科学的な方法でダーウィニズムを改善しようとした」とコメントしている。 ^[7] デビッド・B・ウェイクもグッドウィンの研究を肯定的に評価し、グッドウィンを「思慮深い科学者であり、現代の進化生物学、遺伝学、発生生物学の正統派に対する偉大な異端者の一人」と評している。^[8]

グッドウィンは、自然淘汰は進化を説明するには「あまりに弱い力」であり、フィルター機構としてしか機能しないと主張した。彼は、現代の進化生物学は生物形態の理論を説明できず、進化における形態形成の重要性を無視していると主張した。彼は、新ダーウィニズムに代わる新しい進化論を提供すると主張した。生物学者キャサリン・SC・プライスは批判的なレビューで、グッドウィンは変異の唯一の原因として突然変異に代わるものを提供することに成功したが、適応のメカニズムとして自然淘汰に代わるものを提供することに失敗したと指摘した。^[9]プライスは、グッドウィンの「進化に関する議論は偏っており、十分に発展しておらず、十分な情報に基づいていない」と主張し、ダーウィニズムを誤って表現し、藁人形論法を使用し、集団遺伝学の研究を無視した。^[9]

進化生物学者のギュンター・P・ワグナーはグッドウィンの構造主義を「進化生物学における異端の運動」と評した。^[10]

書籍

• 1963年。細胞の時間的構成、アカデミック・プレス、ロンドン、1963年、ISBN  1376206161
• 1989年、ピーター・ソーンダーズとの共著『理論生物学：複雑系におけるエピジェネティックと進化の秩序』エディンバラ大学出版局、1989年、ISBN 0-85224-600-5 
• 1994.発生生物学における細胞骨格の機械工学（International Review of Cytology）、Kwang W. Jeon、Richard J. Gordon 共著、Academic Press、ロンドン 1994、ISBN 0-12-364553-0 
• 1996年。形態と変容：生物学における生成と関係の原理、ケンブリッジ大学出版局、1996年。
• 1997. How the Leopard Changed its Spots: The Evolution of Complexity、Scribner、1994、ISBN 0-02-544710-6 (ドイツ語: Der Leopard, der seine Flecken verliert、Piper、München 1997、ISBN 3-492-03873-5 ) )  
• 2001.生命の兆候：生物学における複雑さの広がり、リカール・V・ソレ共著、ベーシックブックス、2001年、ISBN 0-465-01927-7 
• 2007年。『自然の義務：断片化された文化の癒し』、フロリスブックス、2007年、ISBN 0-86315-596-0 

選ばれた科学論文

• Goodwin, BC 1965、「酵素制御プロセスにおける振動挙動」、Adv. Enz. Reg. 3: 425-428。
• グッドウィン BC 1978、「生物学的プロセスの認知的視点」 J Soc Biol Structures 1:117-125
• Gordon, DM、Goodwin, BC、Trainor LEH 1992、「アリのコロニーの行動の並列分散モデル」、J. Theor. Biol. 156、293-307。
• 1997年、「生物における時間的組織化と無秩序」。クロノバイオロジーインターナショナル14（5）：531-536 1997
• Goodwin BC、1978「生物学的プロセスの認知的視点」、J. Soc. Biol. Struct. 1、117-125。
• 2000年、「形態の生命。形態学的変化の出現パターン」。Comptes rendud de la Academie des Science III 323 (1): 2000年1月15-21日
• グッドウィン BC (2000)。形態の生命。形態学的変化の出現パターン。科学アカデミー大会 III - 生命科学 323 (1): 15-21
• グッドウィン BC. (1997) 生物における時間的組織化と無秩序 Chronobiology international 14 (5): 531-536
• Solé, R., O. Miramontes y Goodwin BC. (1993)「アリ社会における秩序と混沌」J. Theor. Biol. 161: 343
• Miramontes, O., R. Solé y BC Goodwin (1993)「ランダム活性化モバイルセルオートマトンにおける集団行動」Physica D 63: 145-160
• Jaeger, J. および Goodwin BC 2001、「周期的パターン形成のための細胞振動子モデル」J. Theor. Biol. 213、71-181。
• 2002年、「文化の影の中で」。ジョン・ブロックマン編著「次の50年：21世紀前半の科学」、ヴィンテージ・ブックス、2002年5月、ISBN 0-375-71342-5 
• Goodwin B 2005、「進化における意味」J. Biol. Phys. Chem. 5、51–56。

• 品質に関する新たな科学: ブライアン・グッドウィンとの対談
• ブライアン・グッドウィン教授へのインタビュー