Secret Life of Chaos ir Scaling laws in biology and other complex systems [video]
4 views
Skip to first unread message
Andrej S
Mar 22, 2010, 10:13:50 AM3/22/10
to G-mokslai
Norėčiau pristatyti du labai įdomius video, kuriuose atskleidžiamos dvi susijusios temos. Viename video, pavadintame "The Secret Life of Chaos", paaiškinama kaip atsirado chaoso teorija, bei kodėl chaotines mūsų pasaulio veikimo savybes mokslininkai ilgai nenorėjo pripažinti, manydami kad bet kokie neatitikimai ir sudėtingumai matomose eksperimentuose yra susiję su "išoriniu triukšmu". Tačiau vėliau buvo įrodyta, kad sudėtingumai dinamikoje visai nereikalauja išorinio poveikio o tiesiog atspindi sudėtinga vidinę dinamiką. Ir netgi šis atgalinių efektų (angl. feedbacks) sukeltas dinamikos sudėtingumas yra būtinas tam, kad galėtu atsirasti sudėtingos struktūros (pvz. biologijoje). Tai, praėjus keliems metams po antro pasaulinio karo, suprato Alanas Tiuringas kuris pasiūlė reakcijos-difuzijos lygtimis paremtą morfogenezės teorija, kuri paaiškino erdvinius cheminių reagentų "morfogenų" svyravimus, kurie galėtu nužymėti biologinių struktūrų ribas (daugumai jis žinomas kaip kompiuterio atradėjas, bet ji taip pat galima vadinti ir vienu pirmųjų bioinformatiku - morfogenezės modeliuotoju). Vieną tokią spalvotumo simuliaciją, pateikta jo straipsnyje (Turing, 1953), galite pamatyti prisegtame paveikslėlyje - Morfogenetinis_laukas.jpg. Tik, keliolika metų vėliau, tokio pobūdžio nepusiausvyros cheminės reakcijos buvo aptiktos realybėje (kaip pvz. filme minima Belousovo-Žabotinskio reakcija). Naujas mechanistinis požiūris, stimuliavo gausius darbus morfogenezės klausimų sprendime. Pvz. reakciniai-difuziniai modeliai yra panaudoti paukščių plunksnų spalvotumo pobūdžių (angl. patterns) paaiškinimui, kai jų spalvas nulemia antagonistinės sąveikos tarp molekulinių morfogenetinių agentų (Prum, 2002) - Plunksnu _spalvotumo _morfogeneze.jpg.
Lygiagrečiai su biologiniais ir cheminiais atradimais šioje srityje, 1963 metais įvyko perversmas ir meteorologijoje, kai Edvardas Lorencas įrodė (Lorenz, 1963), kad orus ilgoje perspektyvoje nuspėti neįmanoma, nes sprendiniai yra be galo jautrus pradinėms sąlygoms (be galo artimi pradinėmis sąlygomis uždaviniai, laikui bėgant diverguoja eksponentiškai savo sprendimuose) ir jo žodžiais tariant, netgi drugelio sparnų mostelėjimas, gali būti uragano kitoje planetos dalyje priežastimi. Ekologijos srityje, Robertas May'us parodė, kad priklausomai nuo populiacinių parametrų, diskrečiuose populiaciniuse sistemose, gali būti kaip stabili taip ir chaotinė dinamika su visa bifurkacijų hierarchija (May, 1976, 1977). Tokia chaotinė dinamika yra būdinga kaip ekologinėms taip ir sociologinėms taip ir evoliucinėms sistemoms. Paleontologė Dženifer Kitčel ir jos bendradarbiai, atliko Sepkoskio logistinės fanerozojaus jūrinės biotos modelio, diskretaus varianto skirtuminių apjungtų lygčių aprašomos makroevoliucinės dianamikos modelius (Kitchell, 1992). Jie taip surado, kad saveikaujantis neigiamais atgaliniais ryšiais, makroevoliucijos procesas gali rodyti chaotinius sprendinius.
Taigi, chaotinė dinamika ir atgalinių neigiamų ir teigiamų ryšių sukelti efektai yra netiktai nenuspėjamumo bet ir gamtos kūrybos "įrankis". Būtent dėka jų atsiranda morfologinės struktūros ir gali vykti koordinuota evoliucija. Ir gal būt, tai viena iš priežasčių kodėl sudėtingos ekosistemos yra stabilesnės nei paprastos (G-moksluose: Genčių stabilumas teigiamai koreliuojasi su ekosistemų...).
Kitame gi filme "Scaling in biology and other complex systems", Geoffrey West, fizikas ir biologas teoretikas iš Santa Fe instituto, pasakoja apie skeilingą (nuo dydžio priklausančias, kitas sistemos savybes) biologinėse ir socialinėse sistemose. Jis kartu su žymiu biologu James Brown ir jo studentu Brian Enquist, pateikė teoriją aiškinančia daugelio parametrų (ir ypač metabolizmo) alometrines priklausomybes nuo masės M^(3/4) dėsningumo paaiškinimui. Jų nuomone, tai nulemia baziniai ląstelių ir organizmo metaboliniai reikalavimai, kuriuos efektyviausiai aprūpina kraujotakos ar kiti perdavimo tinklai turintys fraktalinę struktūrą (pvz. G-moksluose, apžvelgtas straipsnis kuriame paaiškinama iš tokių bazinių metabolinių pozicijų, kodėl kai kurie ediakario periodo vendobiontai turėjo neįprastą fraktališką morfologiją: Fraktališkos sandaros makroskopiniai ediakaro organizmai mito osmotrofiškai).
Smagaus gilinimosi į gamtinių sistemų teoriją!
Nuorodos į video paskaitas:
Scaling laws in biology and other complex systems - Geoffrey West paskaita "GoogleTechTalks" apie skeilingą biologijoje bei M^(3/4) alometrinio dėsningumo priežastis.
The Secret Life of Chaos - BBC laida apie chaoso teoriją, jos atsiradimo kelius, bei reikšmę paaiškinant realybę (pirma dalis, iš viso filmas padalintas į 6 dalis).
Nuorodos į straipsnius:
May Robert M..Thresholds and breakpoints in ecosystems with a multiplicity of stable states. Nature 269, 471 - 477 (06 October 1977) - Straipsnis "Nature" žurnale apybūdinantis ekosistemų veikimo neliniinius efektus.
May Robert M..Simple mathematical models with very complicated dynamics. Nature 261, 459 - 467 (10 June 1976) - Straipsnis "Nature" žurnale apie diskrečių paprastų populiacijos dinamiką aprašančių lygčių sudėtingus sprendinius.
Lorenz Edward Norton. 1963 Deterministic nonperiodic flow. Journal of Atmospheric Sciences. Vol.20 : 130 —141 - Straipsnis "Journal of Atmospheric Sciences" žurnale apie atmosferos deterministinę chaotinę dinamiką.
Prum Richard O..Reaction-diffusion models of within-feather pigmentation patterning. 781-792 269 2002 Proc. R. Soc. Lond. B - Straipsnis "Proc. R. Soc. Lond. B" žurnale apie plunksnų pigmentaciją paaiškinančius reakcijos-difuzijos modelius.
Turing A. M. The chemical basis of morphogenesis. Philosophical Transactions of the Royal Society (part B), Vol. 237, pp. 37–72 (1953) - Alano Tiuringo straipsnis "Philosophical Transactions of the Royal Society B" žurnale, pristatantis cheminį morfogenezės modelį.
Kitchell J. A. Computer Applications in Palaeobiology. pp 493 - 499. in Edited by Derek Briggs and Peter Crowther. Palaeobiology: A Synthesis. 1992 - Straipsnis "Palaeobiology: A Synthesis" knygoje apie kompiuterinius modelius paleobiologijoje.
--
AS
Lygiagrečiai su biologiniais ir cheminiais atradimais šioje srityje, 1963 metais įvyko perversmas ir meteorologijoje, kai Edvardas Lorencas įrodė (Lorenz, 1963), kad orus ilgoje perspektyvoje nuspėti neįmanoma, nes sprendiniai yra be galo jautrus pradinėms sąlygoms (be galo artimi pradinėmis sąlygomis uždaviniai, laikui bėgant diverguoja eksponentiškai savo sprendimuose) ir jo žodžiais tariant, netgi drugelio sparnų mostelėjimas, gali būti uragano kitoje planetos dalyje priežastimi. Ekologijos srityje, Robertas May'us parodė, kad priklausomai nuo populiacinių parametrų, diskrečiuose populiaciniuse sistemose, gali būti kaip stabili taip ir chaotinė dinamika su visa bifurkacijų hierarchija (May, 1976, 1977). Tokia chaotinė dinamika yra būdinga kaip ekologinėms taip ir sociologinėms taip ir evoliucinėms sistemoms. Paleontologė Dženifer Kitčel ir jos bendradarbiai, atliko Sepkoskio logistinės fanerozojaus jūrinės biotos modelio, diskretaus varianto skirtuminių apjungtų lygčių aprašomos makroevoliucinės dianamikos modelius (Kitchell, 1992). Jie taip surado, kad saveikaujantis neigiamais atgaliniais ryšiais, makroevoliucijos procesas gali rodyti chaotinius sprendinius.
Taigi, chaotinė dinamika ir atgalinių neigiamų ir teigiamų ryšių sukelti efektai yra netiktai nenuspėjamumo bet ir gamtos kūrybos "įrankis". Būtent dėka jų atsiranda morfologinės struktūros ir gali vykti koordinuota evoliucija. Ir gal būt, tai viena iš priežasčių kodėl sudėtingos ekosistemos yra stabilesnės nei paprastos (G-moksluose: Genčių stabilumas teigiamai koreliuojasi su ekosistemų...).
Kitame gi filme "Scaling in biology and other complex systems", Geoffrey West, fizikas ir biologas teoretikas iš Santa Fe instituto, pasakoja apie skeilingą (nuo dydžio priklausančias, kitas sistemos savybes) biologinėse ir socialinėse sistemose. Jis kartu su žymiu biologu James Brown ir jo studentu Brian Enquist, pateikė teoriją aiškinančia daugelio parametrų (ir ypač metabolizmo) alometrines priklausomybes nuo masės M^(3/4) dėsningumo paaiškinimui. Jų nuomone, tai nulemia baziniai ląstelių ir organizmo metaboliniai reikalavimai, kuriuos efektyviausiai aprūpina kraujotakos ar kiti perdavimo tinklai turintys fraktalinę struktūrą (pvz. G-moksluose, apžvelgtas straipsnis kuriame paaiškinama iš tokių bazinių metabolinių pozicijų, kodėl kai kurie ediakario periodo vendobiontai turėjo neįprastą fraktališką morfologiją: Fraktališkos sandaros makroskopiniai ediakaro organizmai mito osmotrofiškai).
Smagaus gilinimosi į gamtinių sistemų teoriją!
Nuorodos į video paskaitas:
Scaling laws in biology and other complex systems - Geoffrey West paskaita "GoogleTechTalks" apie skeilingą biologijoje bei M^(3/4) alometrinio dėsningumo priežastis.
The Secret Life of Chaos - BBC laida apie chaoso teoriją, jos atsiradimo kelius, bei reikšmę paaiškinant realybę (pirma dalis, iš viso filmas padalintas į 6 dalis).
Nuorodos į straipsnius:
May Robert M..Thresholds and breakpoints in ecosystems with a multiplicity of stable states. Nature 269, 471 - 477 (06 October 1977) - Straipsnis "Nature" žurnale apybūdinantis ekosistemų veikimo neliniinius efektus.
May Robert M..Simple mathematical models with very complicated dynamics. Nature 261, 459 - 467 (10 June 1976) - Straipsnis "Nature" žurnale apie diskrečių paprastų populiacijos dinamiką aprašančių lygčių sudėtingus sprendinius.
Lorenz Edward Norton. 1963 Deterministic nonperiodic flow. Journal of Atmospheric Sciences. Vol.20 : 130 —141 - Straipsnis "Journal of Atmospheric Sciences" žurnale apie atmosferos deterministinę chaotinę dinamiką.
Prum Richard O..Reaction-diffusion models of within-feather pigmentation patterning. 781-792 269 2002 Proc. R. Soc. Lond. B - Straipsnis "Proc. R. Soc. Lond. B" žurnale apie plunksnų pigmentaciją paaiškinančius reakcijos-difuzijos modelius.
Turing A. M. The chemical basis of morphogenesis. Philosophical Transactions of the Royal Society (part B), Vol. 237, pp. 37–72 (1953) - Alano Tiuringo straipsnis "Philosophical Transactions of the Royal Society B" žurnale, pristatantis cheminį morfogenezės modelį.
Kitchell J. A. Computer Applications in Palaeobiology. pp 493 - 499. in Edited by Derek Briggs and Peter Crowther. Palaeobiology: A Synthesis. 1992 - Straipsnis "Palaeobiology: A Synthesis" knygoje apie kompiuterinius modelius paleobiologijoje.
--
AS
Reply all
Reply to author
Forward
0 new messages