スチュアート・カウフマン

スチュアート・カウフマン
スチュアート・カウフマン 2010年4月
生まれる	(1939-09-28) 1939年9月28日（85歳） サクラメント
教育	ダートマス大学 オックスフォード大学 カリフォルニア大学サンフランシスコ校
知られている	NKモデル、生命の起源、遺伝子制御ネットワーク、隣接可能性、平衡領域
受賞歴	ウィーナー賞（1969年） マーシャル奨学生 マッカーサーフェロー
科学者としてのキャリア
機関	シカゴ大学 ペンシルバニア大学 カルガリー大学

スチュアート・アラン・カウフマン（1939年9月28日生まれ）は、アメリカの医師、理論生物学者、地球上の生命の起源を研究する複雑系研究者である。シカゴ大学、ペンシルベニア大学、カルガリー大学の教授を務めた。現在はペンシルベニア大学の名誉生化学教授であり、システム生物学研究所の提携教授でもある。マッカーサー・フェローシップやウィーナー賞など、数々の賞を受賞している。

彼は、著書『秩序の起源』（1993年）で論じているように、生物システムや生物の複雑さは、ダーウィンの自然選択と同様に、自己組織化や平衡から遠いダイナミクスからも生じている可能性があると主張したことで最もよく知られています。1967年^[1]と1969年^[2]に、彼はランダムブールネットワークを使用して遺伝子制御ネットワークの一般的な自己組織化特性を調査し、細胞タイプは遺伝子制御ネットワークの動的アトラクターであり、細胞分化はアトラクター間の遷移として理解できると提唱しました。最近の証拠は、人間や他の生物の細胞タイプがアトラクターであることを示唆しています。^{[3] [4]} 1971年に彼は、受精卵は発達中に遺伝子制御ネットワーク内のすべての細胞タイプアトラクターにアクセスできない可能性があり、発達上アクセスできない細胞タイプの一部は癌細胞タイプである可能性があると示唆しました。^[5]これは「癌分化療法」の可能性を示唆しました。彼はまた、分子複製の起源として、集合的に自己触媒的なポリマー、具体的にはペプチドの集合体が自己組織的に出現することを提唱しており、 ^{[6] [7]}これは実験的に裏付けられている。^{[8] [9]}

カウフマンは1960年にダートマス大学を卒業し、 1963年にオックスフォード大学（同大学ではマーシャル奨学生）で優等学士号を取得し、1968年にカリフォルニア大学サンフランシスコ校で医学博士号（MD）を取得した。インターンシップを終えた後、ショウジョウバエの発生遺伝学の研究に移り、まず1969年から1973年までシカゴ大学、1973年から1975年まで国立癌研究所、その後1975年から1994年までペンシルベニア大学に勤務し、そこで生化学および生物物理学の教授に昇進した。

カウフマンは、1986年から1997年までサンタフェ研究所（複雑系の研究に特化した非営利研究機関）の客員教授を務めたことや、生物学のさまざまな分野のモデルに関する研究を通じて知られるようになった。これらには、生命の起源研究における自己触媒セット、発生生物学における遺伝子調節ネットワーク、進化生物学における適応度地形などが含まれる。カウフマンは、マーク・バリベットとともに、コンビナトリアル化学と応用分子進化における広範なバイオテクノロジーの創始的特許を保有しており、最初は1987年にフランスで、 ^[10] 1989年にイギリスで、後に北米で発行された。 ^{[11] [12]}

1996年、カウフマンはアーンスト・アンド・ヤングとともに、ニューメキシコ州サンタフェに拠点を置き、複雑系方法論をビジネス問題に適用する営利企業であるバイオスグループを設立した。バイオスグループは2003年初頭にNuTech Solutionsに買収された。NuTechは2008年にNetezzaに買収され、その後IBMに買収された。^{[13] [14] [15]}

2005年から2009年まで、カウフマンはカルガリー大学で生物科学、物理学、天文学の共同職を務めました。また、カルガリー大学哲学科の非常勤教授でもありました。iCORE (Informatics Research Circle of Excellence) の議長であり、生物複雑性および情報科学研究所の所長でもありました。カウフマンはハーバード神学校の科学と宗教イニシアチブの立ち上げにも招かれ、2009年には客員教授を務めました。

2009 年 1 月、カウフマンはタンペレ工科大学信号処理学部のフィンランド特別教授 (FiDiPro) に就任しました。この任期は 2012 年 12 月に終了しました。FiDiPro 研究プロジェクトの主題は、単一分子レベルでの遺伝子発現データに基づく遺伝子制御ネットワークの遅延確率モデルの開発です。

2010年1月、カウフマンはバーモント大学の教員となり、UVMの複雑系センターで2年間研究を続けました。^{[16] 2011年初頭から2013年4月まで、カウフマンは}NPRブログ13.7「宇宙と文化」に定期的に寄稿し、 ^[17]生命科学、システム生物学、医学から精神性、経済、法律まで幅広いトピックを取り上げました。^[17]

2013年5月、彼はワシントン州シアトルのシステム生物学研究所に加わった。妻の死後、カウフマンは「医療の変革：エリザベス・カウフマン研究所」を共同設立した。^[18]

2014年、カウフマンはサムリ・ニイランネン、ガボール・ヴァタイとともに、量子領域と古典領域の間を可逆的に浮遊する、明らかに新しい「物質の状態」である平衡領域（下記参照）に関する創設特許^[19]を取得しました。^[20]

2015年、彼は国連で経済成長の再考に関する一般的な議論を始めるのを手伝うよう招待された。^[21]同じ頃、彼はオックスフォード大学のテッポ・フェリン教授と研究を行った。^[22]

カウフマンの NK モデルは、長さ のすべての文字列 (特定のアルファベットから選択) で構成される組み合わせ 位相空間を定義します。この検索空間の各文字列に対して、スカラー値 (適応度と呼ばれる) が定義されます。文字列間に距離メトリックが定義されている場合、結果として得られる構造はランドスケープになります。 ${\displaystyle N}$

適応度値はモデルの特定の具体化に応じて定義されますが、NK モデルの主な特徴は、特定の文字列の適応度が文字列内の 各遺伝子座からの寄与の合計であることです。${\displaystyle S}$${\displaystyle S_{i}}$

${\displaystyle F(S)=\sum _{i}f(S_{i}),}$

そして、各遺伝子座からの寄与は一般に他の遺伝子座の値に依存します。 ${\displaystyle K}$

${\displaystyle f(S_{i})=f(S_{i},S_{1}^{i},\dots ,S_{K}^{i}),\,}$

の適応度が依存する他の遺伝子座はどこにありますか。 ${\displaystyle S_{j}^{i}}$${\displaystyle S_{i}}$

したがって、適応度関数は長さK + 1 の文字列とスカラー間のマッピングであり 、ワインバーガーの後の研究では「適応度寄与」と呼ばれています。このような適応度寄与は、指定された確率分布からランダムに選択されることがよくあります。 ${\displaystyle f(S_{i},S_{1}^{i},\dots ,S_{K}^{i})}$

1991年に、Weinbergerは、適応度の寄与がランダムに選択される場合の詳細な分析^{[23]を発表しました。彼の局所最適値の数の分析的推定は、後に欠陥があることが判明しました。 [要出典]}しかし、Weinbergerの分析に含まれる数値実験は、文字列の期待される適応度が平均約 、分散約 で正規分布するという彼の分析結果を裏付けています。 ${\displaystyle 1<<k\leq N}$${\displaystyle \mu +\sigma {\sqrt {{2\ln(k+1)} \over {k+1}}}}$${\displaystyle {{(k+1)\sigma ^{2}} \over {N[k+1+2(k+2)\ln(k+1)]}}}$

カウフマンは、1987年から1992年までマッカーサーフェローを務めました。また、ルーヴァン大学から科学の名誉学位（1997年）も授与されています。 1973年にサイバネティクスに関するノーバート・ウィーナー記念金メダル、1990年にローマのアカデミア・デイ・リンチェイ金メダル、2001年に情報と複雑性に関するトロッター賞、2013年に複雑系に関するハーバート・サイモン賞を受賞しました。2009年にカナダ王立協会のフェローになりました。

カウフマンは、進化生物学の3つの分野、すなわち集団動態、分子進化、形態形成において、生物システムと生物の複雑さは、ダーウィンの自然選択と同様に、自己組織化と平衡から遠いダイナミクスからも生じている可能性があると主張したことで最もよく知られている。分子生物学に関しては、カウフマンの構造主義的アプローチは、細胞内の生化学反応を促進するエネルギーの役割を無視していると批判されてきた。生化学反応は自己触媒的であると言っても過言ではないが、単純に自己組織化するわけではない。^[24]カウフマンの分野で研究している生物学者や物理学者の中には、自己組織化と進化に関する彼の主張に疑問を呈している者もいる。その好例は、2001年の著書「生物システムにおける自己組織化」の中のコメントである。^[25]ロジャー・サンソムの2011年の著書「Ingenious Genes: How Gene Regulation Networks Evolve to Control Development」は、遺伝子制御ネットワークに関連したカウフマンの自己組織化モデルに対する拡張された批判である。^[26]

カウフマンは物理学のスピングラスモデルを借用して「NK」適応度地形を発明し、これは生物学^{[27]や経済学[ 28]}に応用されている。^[29]関連研究で、カウフマンとその同僚は経済システムにおける亜臨界、臨界、超臨界の挙動を調査した。^[30]

カウフマンの研究は、彼の生物学的発見を心身問題や神経科学の課題に応用し、量子コヒーレンスと古典性の間を無限に漂う新しい「平衡領域」の特性を提案している。彼はこのテーマについて論文「デカルトへの回答：チューリングを超えて」で発表した。^[31]彼はジュゼッペ・ロンゴとマエル・モンテヴィルと共に（2012年1月）「生物圏の進化には必然的な法則はないが、可能性はある」^[32]を執筆し、進化は物理学のように「必然的な法則」ではないと主張した。

カウフマンの著作はPhysics ArXivに掲載されており、「膠着状態を超えて：心と体、量子力学、自由意志、汎心論の可能性、量子謎の可能な解決法」（2014年10月）^[33]や「生命の起源における量子臨界性」（2015年2月）^{[20]などがある。}

カウフマンは、隣接可能性の数学を導入することで、累積的技術進化という新興分​​野に貢献した。^{[34] [35]}

彼は 350 本以上の論文と 6 冊の本を出版しています。『The Origins of Order』（1993 年）、『At Home in the Universe』（1995 年）、『Investigations』（2000 年）、『Reinventing the Sacred』（2008 年）、『Humanity in a Creative Universe』（2016 年）、『A World Beyond Physics』（2019 年）です。

2016年、カウフマンは、生物圏における予測不可能なニッチの創造を描いた子供向けの物語「パトリック、ルパート、スライ＆ガスの原始細胞」を執筆し、後に短編アニメーションビデオとして制作された。^[36]

2017年、カウフマンは、現実は存在論的に実在する「可能性」（res potentia）と存在論的に実在する「実際」（res extensa）の両方から構成されるという概念を探求し、ルース・カストナーとマイケル・エプパーソンと共著で「ハイゼンベルクの潜在性を真剣に受け止める」を執筆した。^[37]

選択された記事

• Kauffman, SA; McCulloch, WS (1967)。形式遺伝子のランダム ネット(技術レポート)。四半期進捗レポート 34。マサチューセッツ州ケンブリッジ: マサチューセッツ工科大学電子工学研究所。
• カウフマン、スチュアート (1969)。「ランダムに構築された遺伝子ネットにおける代謝安定性とエピジェネシス」。理論生物学ジャーナル。22 (3): 437–467。Bibcode :1969JThBi..22..437K。doi : 10.1016 /0022-5193(69)90015-0。PMID 5803332  。
• Kauffman, SA (1971a). 「ランダムに凝集した高分子システムにおける細胞の恒常性、エピジェネシス、複製」。Journal of Cyber​​netics . 1 (1): 71–96. doi :10.1080/01969727108545830.
• Kauffman, SA (1971b). 「悪性細胞から良性細胞への分化」. Journal of Theoretical Biology . 31 (3): 429–451. Bibcode :1971JThBi..31..429K. doi :10.1016/0022-5193(71)90020-8. PMID  5556142.
• カウフマン、スチュアート (1991 年 8 月)。「アンチカオスと適応」(PDF)。サイエン ティフィック・アメリカン。265 (2): 78–84。Bibcode :1991SciAm.265b..78K。doi :10.1038/scientificamerican0891-78。PMID 1862333。2015年4月28日閲覧。
• Kauffman, SA; Johnsen, S (1991). 「カオスの端への共進化: 結合した適応度地形、平衡状態、共進化雪崩」(PDF) . Journal of Theoretical Biology . 149 (4): 467–505. Bibcode :1991JThBi.149..467K. CiteSeerX  10.1.1.502.3299 . doi :10.1016/s0022-5193(05)80094-3. PMID  2062105.
• カウフマン、スチュアート (2004)。「自律エージェント」。ジョン・D・バロー、ポール・CW・デイヴィス、チャールズ・L・ジュニア・ハーパー (編)。『科学と究極の現実: 量子論、宇宙論、複雑性』。ケンブリッジ大学出版局。ISBN 978-0521831130。
• カウフマン、スチュアート (2004)。「一般生物学への序論」。ウィリアム A. デムスキー、マイケルルース(編)。デザインの論争: ダーウィンから DNA まで。ケンブリッジ大学出版局。ISBN 978-1139459617。
• カウフマン、スチュアート A. (2006 年 11 月 12 日)。「還元主義を超えて: 神聖なものを再発明する」。Edge.com。Edge Foundation。2015年4 月 28 日閲覧。
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• カウフマン、スチュアート、ヒル、コリン、フッド、ルロイ、ホアン、スイ (2014b)。「医療の変革：マニフェスト」。サイエンティフィック・アメリカン・ワールドビュー。2014年7月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年4月28日閲覧。
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• Felin, T.; Kauffman, S.; Koppl , R.; Longo , G. (2014 年 12 月)。「経済的機会と進化: 景観と限定合理性を超えて」(PDF)。Strategic Entrepreneurship Journal。8 ( 4): 269–282。doi :10.1002/sej.1184。SSRN 2197512  。
• Vattay, G.; Salahub, D.; Csaibai, I.; Nassmi, A.; Kauffman, S. (2015 年 2 月)。「生命の起源における量子臨界」。Journal of Physics : Conference Series。626 ( 1): 012023。arXiv : 1502.06880。Bibcode : 2015JPhCS.626a2023V。doi : 10.1088 /1742-6596/626/1/012023。S2CID 18439451  。
• カウフマン、S. (2016)。「デカルトに答える: チューリングを超えて」。クーパー、S. バリー、ホッジス、アンドリュー(編)。かつてのチューリングと未来のチューリング。ケンブリッジ大学出版局。

書籍

• カウフマン、スチュアート（1993）。『秩序の起源：進化における自己組織化と選択』オックスフォード大学出版局。ISBN 978-0-19-507951-7。
• カウフマン、スチュアート（1995年）。『宇宙に棲む家：自己組織化と複雑性の法則の探求』オックスフォード大学出版局。ISBN 978-0195111309。
• カウフマン、スチュアート（2000）。調査。オックスフォード大学出版局。ISBN 978-0199728947。
• カウフマン、スチュアート（2008年）。『聖なるものの再構築：科学、理性、宗教の新たな見方』ベーシックブックス。ISBN 978-0-465-00300-6。
• カウフマン、スチュアート（2016年）。創造的宇宙における人類。オックスフォード大学出版局。ISBN 978-0-19-939045-8。
• カウフマン、スチュアート（2019）。物理学を超えた世界。オックスフォード大学出版局。ISBN 978-0-19-087133-8。

• Dadon, Z.; Wagner, N.; Ashkenasy, G. (2008). 「非酵素分子ネットワークへの道」. Angew. Chem. Int. Ed . 47 (33): 6128–6136. doi :10.1002/anie.200702552. PMID  18613152.
• Dadon, Z.; Wagner, N.; Cohen-Luria, R.; Ashkenasy, G. (2012)。「反応ネットワーク。Wagner と Askkenazy (2008) の結果は、分子複製は DNA または RNA テンプレート複製に基づく必要はないことを実証しています。これは、生命の起源に関する支配的な見解です。」Gale, PA; Steed JW (編)。超分子化学: 分子からナノ材料へ。John Wiley and Sons, Ltd. ISBN 978-0-470-74640-0。
• Rivkin, JW ; Siggelkow, N. (2002年5～ 6月)。「NKランドスケープにおける組織的問題点」。複雑性。7 (5): 31～43。Bibcode :2002Cmplx...7e..31R。doi :10.1002/cplx.10037 。 2015年4月28日閲覧。

• Chialvo, DR (2013)。「大規模脳の臨界ダイナミクス」。Plenz D.、Niebur, E.、Schuster HG (編)。神経系における臨界性。第 1 巻。Wiley。ISBN 978-3-527-41104-7。
• ゴールドスタイン、ジェフリー A. (2008)。「スチュアート・カウフマン著『聖なるものの再構築：科学、理性、宗教に対する新たな視点』の書評」 『出現：複雑性と組織』10 (3): 117–130。
• ホーガン、ジョン（2015年2月4日）。「自由意志、神、ESP、その他の謎について語る探求者スチュアート・カウフマン」サイエンティフィック・アメリカン。2015年4月28日閲覧。
• マッケンジー、ダナ（2002年2月）。「驚きの科学」。ディスカバー。23 （2）：59-63。
• ポールソン、スティーブ（2008年11月9日）。「神は十分だ」。Salon 。 2015年4月28日閲覧。

Wikiquoteにスチュアート・カウフマンに関する引用があります。

• 「語られざる夢を考える人：スチュアート・カウフマンの肖像」。Vimeo。
• Ghostarchive と Wayback Machine にアーカイブされています: 「歴史の形」。YouTube。2019 年 1 月 28 日、ニューイングランド複雑系研究所での講演。