Ллойд Деметриус
Ллойд Деметриус | |
|---|---|
 Ллойд Деметриус в 2015 году | |
| Альма-матер | Кембриджский университет Чикагский университет |
| Известный | Эволюционная энтропия и теория направленности |
| Научная карьера | |
| Поля | Математик и биолог-теоретик |
| Учреждения | Гарвардский университет |
Ллойд А. Деметриус — американский математик и биолог-теоретик с кафедры организмической и эволюционной биологии Гарвардского университета. [1] Он наиболее известен благодаря открытию концепции эволюционной энтропии . [2] статистический параметр, характеризующий дарвиновскую приспособленность в моделях эволюционных процессов на различных уровнях биологической организации – молекулярном, организменном и социальном. Эволюционная энтропия, обобщение энтропии Гиббса-Больцмана в статистической термодинамике, является краеугольным камнем теории направленности, аналитического исследования эволюции путем изменения и отбора. [3] [4] [5] [6] Теория имеет приложения к: а) развитию старения и эволюции долголетия; [7] [8] б) возникновение и прогрессирование возрастных заболеваний, таких как рак, и нейродегенеративных расстройств, таких как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона; [9] [10] в) эволюция сотрудничества и распространение неравенства. [11]
Образование
[ редактировать ]Он родился на Ямайке и учился на бакалавриате по математике в Кембриджском университете, Великобритания. Он получил докторскую степень по математической биологии в Чикагском университете в 1967 году. Тогда он был постдоком в Калифорнийском университете в Беркли.
Карьера
[ редактировать ]Деметриус был преподавателем на ряде математических факультетов США в 1969–1979 годах: Калифорнийском университете в Беркли; Брауновский университет; Университет Рутгерса; и научный сотрудник Института биофизической химии Макса Планка, Геттинген (1980–1989) и Института молекулярной генетики Макса Планка, Берлин. С 1990 года он работал на кафедре организмической и эволюционной биологии Гарвардского университета в Кембридже сначала в качестве приглашенного профессора (1990–1992 годы), а затем в качестве научного сотрудника по популяционной генетике. Он занимал должность приглашенного профессора в Массачусетском технологическом институте Парижского университета и был членом Муниципальной кафедры, выдающейся приглашенной профессорской должности в Университете Гренобля. Его исследования включают применение эргодической теории и теории динамических систем к изучению эволюционных процессов в биологических и социально-экономических системах. Он также стал пионером в применении методологии квантовой механики для изучения аллометрических связей между скоростью метаболизма и временем генерации в клетках. Эта работа является математической основой для анализа рака и нейродегенеративные расстройства как метаболические и биоэнергетические заболевания.
Эволюционная энтропия и теория направленности
[ редактировать ]Основными достижениями Деметрия являются открытие понятия «Эволюционная энтропия» и разработка теории направленности, исследования коллективных свойств и эволюционной динамики агрегатов органического вещества – макромолекул, клеток, высших организмов – на основе их микроскопического строения. . [2] [3] [5]
Деметриус показал, что эволюционная энтропия связана с термодинамической энтропией Людвига Больцмана и Дж. Гиббса , а теория направленности является естественным продолжением статистической механики, исследования коллективного поведения неорганической материи.
Статистический параметр термодинамическая энтропия, открытый Больцманом, описывает число мгновенных микросостояний, соответствующих данному макроскопическому состоянию. Эволюционная энтропия связана с множественностью траекторий, характеризующих временное развитие мгновенных микросостояний.
Термодинамическая энтропия описывает конфигурацию мгновенных микросостояний и игнорирует влияние межчастичных сил. Эволюционная энтропия описывает множественность траекторий, вызванных межчастичными силами и определяемых с точки зрения временной прогрессии мгновенных микросостояний. Два статистических показателя сотрудничества положительно коррелируют, когда число микрогосударств велико, фактически бесконечно.
Статистическая механика, один из столпов современной физики, занимается выводом термодинамических свойств агрегатов неживой материи на основе их микроструктуры. Теория, основанная на статистической мере термодинамической энтропии, ограничивается изучением коллективного поведения в физических и химических системах, кооперативность которых можно эффективно измерить с помощью термодинамической энтропии.
Теория направленности Деметрия относится к органическому веществу. Это феноменологическая и аналитическая теория, основанная на эволюционной энтропии как мере сотрудничества между сущностями, составляющими микроструктуру. Это расширение методологии статистической механики для изучения коллективного и эволюционного поведения биологических систем.
Краеугольным камнем теории направленности является принцип энтропийного отбора. Изменения эволюционной энтропии в результате процесса вариации и отбора определяются обеспеченностью ресурсами и размером популяции. [2] [5]
Следствием принципа энтропийного отбора является Фундаментальная теорема эволюции: [2] [4]
I а) Эволюционная энтропия увеличивается, когда обеспеченность ресурсами скудна и постоянна.
I б) Эволюционная энтропия уменьшается, когда запасы ресурсов обильны и непостоянны.
Теория направленности и второй закон термодинамики
[ редактировать ]Деметриус использовал принцип энтропийного отбора для решения давней проблемы на стыке физики и биологии. Рудольф Клаузиус показал, что феноменологический факт: тепло самопроизвольно перетекает от более горячих тел к более холодным – Второй закон термодинамики – предполагает существование свойства материи, которое он назвал энтропией. Главным достижением Больцмана было статистическое обоснование Второго закона. Объяснение Больцмана было достигнуто путем введения статистического параметра термодинамической энтропии и связи этой статистической меры кооперативности с энтропией Клаузиуса, феноменологической конструкцией. Объяснение Больцманом второго закона было основано на знаменитой теореме статистической механики:
II) В изолированных системах, т. е. системах, закрытых для поступления энергии и вещества, термодинамическая энтропия возрастает.
Деметриус согласовал Второй закон термодинамики, который относится к преобразованию энергии в неорганической материи, с Фундаментальной теоремой эволюции, которая относится к преобразованию энергии в органической материи. [2] [5] Это достигается путем установления того, что принцип направленности эволюционной энтропии и Второй закон совпадают, когда скорость производства ресурсов, движущая эволюционной системой, стремится к нулю, а число степеней свободы эволюционной системы стремится к бесконечности. [2] [5] Эта связь, как показал Деметриус, обеспечивает концептуальную основу для понимания происхождения жизни: перехода от абиотической системы, определяемой неорганической материей – твердыми телами, жидкостями и газами – к появлению организованных химических ансамблей, способных к дарвиновской эволюции. [2]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Ллойд Деметриус» . Hwpi.harvard.edu .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Деметриус, Ллойд (1 сентября 2013 г.). «Больцман, Дарвин и теория направленности». Отчеты по физике . 530 (1): 1–85. Бибкод : 2013ФР...530....1Д . doi : 10.1016/j.physrep.2013.04.001 .
- ^ Jump up to: а б Арнольд, Людвиг; Гундлах, Фолькер Матиас; Деметриус, Ллойд (1994). «Эволюционный формализм произведений положительных случайных матриц» . Энн. Прил. Вероятно . 4 (3): 859–901. дои : 10.1214/aoap/1177004975 .
- ^ Jump up to: а б Деметриус, Ллойд; Гундлах, Фолькер Матиас (20 октября 2014 г.). «Теория направленности и энтропийный принцип естественного отбора» . Энтропия . 16 (10): 5428–5522. Бибкод : 2014Entrp..16.5428D . дои : 10.3390/e16105428 .
- ^ Jump up to: а б с д и Ллойд А., Деметриус; Кристиан, Вольф (2022). «Теория направленности и второй закон термодинамики». Физика А. 598 : 127325. Бибкод : 2022PhyA..59827325D . дои : 10.1016/j.physa.2022.127325 . S2CID 247995422 .
- ^ Дитц, Клаус (2005). «Дарвиновская приспособленность, эволюционная энтропия и теория направленности». Биоэссе . 27 (11): 1097–1101. doi : 10.1002/bies.20317 . ПМИД 16237668 .
- ^ Деметриус, Л. (2004). «Ограничение калорий, скорость обмена веществ и энтропия» . Журналы геронтологии, серия A: Биологические и медицинские науки . 59 (9): В902–В915. дои : 10.1093/gerona/59.9.B902 . ПМИД 15472153 .
- ^ Шоу, Джонатан (1 ноября 2004 г.). «Новая теория долголетия» . Гарвардский журнал .
- ^ Мюллер-Юнг, Иоахим. «Дебаты: болезнь Альцгеймера: лекарство – насколько вы действительно близки к этому?» . Фаз.нет .
- ^ «Новое понимание болезни Альцгеймера» . Новости.harvard.edu . 25 февраля 2015 г.
- ^ Джермано, Фабрицио (2022). «Энтропия, теория направленности и эволюция неравенства доходов» . Журнал экономического поведения и организации . 198 : 15–43. дои : 10.1016/j.jebo.2022.03.017 . hdl : 10230/57605 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Домашняя страница Деметриуса Ллойд Деметриус
- Деметриус о долголетии