生体システム

生体システムとは、システムとして扱われる生命体（または、より口語的には生物）です。生体システムは、開放的で自己組織化されており、環境と相互作用すると言われています。これらのシステムは、情報、エネルギー、物質の流れによって維持されています。生体システムに関する複数の理論が提案されています。これらの理論は、すべての生体システムがどのように機能するかについての一般原則をマッピングしようとします。

過去数十年間、一部の科学者は、生命の本質を説明するには、生体システムの一般理論が必要であると提唱してきました。^{[1]このような一般理論は、}生態学や生物学から生まれ、すべての生体システムの仕組みに関する一般原則を解明しようとします。一般的な生体システム理論は、物事を構成要素に分解して現象を調査するのではなく、生物とその環境の関係の動的パターンの観点から現象を調査します。^[2]

ジェームズ・グリア・ミラーの生体システム理論は、すべての生体システムの存在、その構造、相互作用、行動、発達に関する一般理論であり、生命の概念を形式化することを意図している。ミラーの1978年の著書「生体システム」によると、そのようなシステムには、機能によって定義される20の「重要なサブシステム」のそれぞれが含まれていなければならない。ミラーは、生体システムをシステムの一種とみなしている。生体システムのレベル以下では、空間と時間、物質とエネルギー、情報とエントロピー、組織のレベル、物理的要因と概念的要因を定義し、生体システムより上には、生態学的、惑星系と太陽系、銀河などを定義し​​ている。 ^{[3] [4] [5]}ミラーの中心的なテーゼは、生体システムの複数のレベル（細胞、器官、生物、グループ、組織、社会、超国家システム）は、エネルギーと情報の入力、スループット、出力を処理する重要かつ相互に依存するサブシステムで構成されたオープンシステムであるというものである。^{[6] [7] [8]}セッパネン（1998）は、ミラーが一般システム理論を広範囲に適用して、生命システムのあらゆる側面を記述したと述べています。^[9] ベイリーは、ミラーの理論はおそらく「最も統合的な」社会システム理論であり、^[10]物質エネルギー処理と情報処理を明確に区別し、社会システムが生物システムとどのように関連しているかを示しています。 LST は、システム機能の不規則性または「組織病理」（システムのストレスと緊張、フィードバックの不規則性、情報入力の過負荷など）を分析します。社会研究におけるエントロピーの役割を説明し、ネゲントロピーを情報と秩序と同一視します。構造とプロセスの両方、およびそれらの相互関係を強調します。^[11]

地球が生きているという考えは哲学や宗教に見られるが、このことについての最初の科学的議論はスコットランドの地質学者ジェームズ・ハットンによるものである。1785年に彼は地球は超生物であり、その適切な研究は生理学であるべきだと述べた。^{[12] : 10} 1960年代にジェームズ・ラブロックによって提唱されたガイア仮説は、地球上の生命は生存に必要な環境条件を定義し維持する単一の有機体として機能することを示唆している。 ^{[13] [14]}

生命のシステム観は、環境フラックスと生物フラックスを「影響の相互関係」として扱います。 ^[15]そして、環境との相互関係は、生態系を理解するのと同じくらい生命を理解する上で重要であると言えます。ハロルド・J・モロウィッツ(1992) が説明しているように、生命は単一の生物や種ではなく、生態系の特性です。 ^[16]彼は、生命の生態系的定義は、厳密に生化学的または物理的定義よりも好ましいと主張しています。ロバート・ウラノウィッツ(2009) は、生命と生態系の体系的で秩序を生み出す行動を理解するための鍵として、相互関係を強調しています。^[17]

ロバート・ローゼンは、1958年^[18]以降、そのキャリアの大部分を、生命を「効率的な因果関係に閉じた」自己組織化複雑系として包括的に理論化することに費やした。彼は、システム構成要素を「組織の単位、機能を持つ部分、すなわち部分と全体の間に明確な関係がある」と定義した。彼は、「生物における構成要素の非分割性」を、生体システムと「生物学的機械」の根本的な違いであると特定した。彼は、その見解を著書『生命そのもの』にまとめた。^[19]

複雑系生物学は、動的システム理論の観点から機能的生物における複雑性の出現を研究する科学分野である。 ^[20]後者はしばしばシステム生物学とも呼ばれ、生命の最も基本的な側面を理解することを目的としている。密接に関連するアプローチである関係生物学は、生物の重要な機能的構成要素間の最も重要な関係とそのような関係のカテゴリーの観点から生命プロセスを理解することに主に焦点を当てている。多細胞生物の場合、これは「カテゴリー生物学」、つまり生物学的関係のカテゴリー理論としての生物のモデル表現、および代謝、遺伝、エピジェネティックプロセスとシグナル伝達経路の動的で複雑なネットワークの観点から見た生物の機能的組織の代数的位相として定義されている。^{[21] [22]}関連するアプローチは制約の相互依存性に焦点を当てており、制約は酵素などの分子的なもの、または骨や血管系の形状などのマクロ的なもののいずれかである可能性がある。^[23]

ハリス・バーンスタインとその同僚は1983年に、生物系と特定の物理系における秩序の進化は、ダーウィンの力学と呼ばれる共通の基本原理に従っていると主張した。これは、まず熱力学的平衡からかけ離れた単純な非生物系で巨視的秩序がどのように生成されるかを検討し、次に短い複製RNA分子にまで検討を広げて定式化された。根底にある秩序生成プロセスは、両方のタイプのシステムで基本的に同様であると結論付けられた。^{[24] [25]}

ジェラルド・イェーガースのオペレーター理論では、生命とは生物に見られる典型的な閉鎖の存在の総称であると提唱されている。典型的な閉鎖とは細胞膜と細胞内の自己触媒セットである^[26]。そして生物とは、細胞と少なくとも同程度の複雑さを持つオペレーター型に従う組織を持つあらゆるシステムである[ ^{27]。[ 28] [29] [30]生命は、拡大と再生の可能性によって形成される上位の正}のフィードバックに従属する、制御機構の下位の負のフィードバックのネットワークとしてモデル化できる。^[31]

スチュアート・カウフマンは、生体システムを、自己再生能力を持ち、少なくとも1つの熱力学的作業サイクルを完了できる自律エージェントまたはマルチエージェントシステムと定義しています。^[32]この定義は、時間の経過とともに新しい機能が進化することで拡張されます。^[33]

ブディサ、クビシュキン、シュミットは、細胞生命を4つの柱/礎石（(i)エネルギー、(ii)代謝、(iii)情報、(iv)形態）に基づく組織単位と定義した。このシステムは代謝とエネルギー供給を調節・制御することができ、情報キャリア（遺伝情報）として機能するサブシステムを少なくとも1つ含んでいる。自立した単位としての細胞は、進化として知られる一方向で不可逆なオープンエンドのプロセスに関与するさまざまな集団の一部である。^[34]

• 人工生命 – 研究分野
• 自律的エージェンシー理論 – 実行可能システム理論フォールバックとしてウィキデータの説明を表示するページ
• オートポイエーシス – 自動的な再生と維持を伴うシステム概念
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• システム生物学 – 複雑な生物システムの計算および数学的モデリング
• システム理論 – システムの学際的研究
• 実行可能システム理論 – 動的システムの発展/進化に関連するサイバネティックプロセスを扱うフォールバックとしてウィキデータの説明を表示するページ

• ケネス・D・ベイリー（1994年）「社会学と新システム理論：理論的統合に向けて」ニューヨーク州アルバニー：SUNY出版。
• ケネス・D・ベイリー（2006年）「生体システム理論と社会エントロピー理論」システム研究と行動科学、22、291-300。
• ジェームズ・グリア・ミラー（1978年）。『リビングシステム』ニューヨーク：マグロウヒル。ISBN 0-87081-363-3 
• ミラー、JL、ミラー、JG（1992）。部分の総和よりも大きい：物質エネルギーと情報の両方を処理するサブシステム。行動科学、 37、1-38。
• ウンベルト・マトゥラーナ (1978)、「言語の生物学：現実の認識論」、ミラー、ジョージ・A、エリザベス・レンネバーグ (編)、『言語と思考の心理学と生物学：エリック・レンネバーグを讃えるエッセイ』、アカデミック・プレス、27-63。
• Jouko Seppänen (1998)。人文科学と社会科学におけるシステムイデオロギー。G. Altmann および WA Koch (編)、Systems: New paradigms for the human sciences (pp. 180–302)。ベルリン: Walter de Gruyter。
• ジェームズ・R・シムズ（1999年）「定量的生体システム科学の原理」ドルドレヒト：クルーワー・アカデミックISBN 0-306-45979-5 

• ジェームズ・グリア・ミラーの生命システム理論
• ジェームズ・グリア・ミラー『生体システムの基本概念』（1978年）