L2 De schoonheid van zelforganisatie

34
Zelforganiserende Schoonheid

description

Ben Scheres legt uit hoe genetische netwerken zorgen voor schoonheid in de natuur. Van vlinderoogvlekken tot de ontwikkeling van ons oog.

Transcript of L2 De schoonheid van zelforganisatie

Page 1: L2 De schoonheid van zelforganisatie

Zelforganiserende Schoonheid

Page 2: L2 De schoonheid van zelforganisatie

Introductie: regels voor zelfconstructie

Simpele regels geven complexe patronen

Page 3: L2 De schoonheid van zelforganisatie

Simpele regels en feedback geven complexe patronen

Makkelijk te illustreren in cellulaire automaten

Rule 30 cellular automaton

current pattern 111 110 101 100 011 010 001 000

new state for center cell 0 0 0 1 1 1 1 0

Page 4: L2 De schoonheid van zelforganisatie

Simpele regels geven ‘macro-’ patronen

Cellulaire automaten Rule110 cellular automaton

Page 5: L2 De schoonheid van zelforganisatie

Zelforganiserende schoonheid

DNA en informatie netwerken Feedback en verstrengeling

Voorbeelden Biologische klok Kleurpatronen op vleugels Architectuur van de plant

Finale

Page 6: L2 De schoonheid van zelforganisatie

Bouwplan start vanuit enkele cel Informatie opgeslagen in coderende

moleculen: DNA Hoe?

Architectuur in de Biologie:

Mens: ~ 60 miljoen miljard cellen

Page 7: L2 De schoonheid van zelforganisatie

Klassiek ‘dogma’

Biologische informatie

DNA Code: ..ACGTAAT..

Eiwitten Vertaalde code: ..QPLIV..

Page 8: L2 De schoonheid van zelforganisatie

Informatie ‘verspreid’ over hierachieën: DNA, eiwit, signalen, structuur…

Biologisch informatie netwerk

DNA

~1000 ‘Regel-Eiwitten’: Transcriptiefactoren (TFs) `~25000 gewone eiwitten

Kleine signalen

Page 9: L2 De schoonheid van zelforganisatie

Zelforganiserende schoonheid

DNA en informatie netwerken Feedback en verstrengeling

Voorbeelden Biologische klok Kleurpatronen op vleugels Architectuur van de plant

Finale

Page 10: L2 De schoonheid van zelforganisatie

Emergente eigenschap van netwerkje

Biologische klok!

Centrale oscillator

Page 11: L2 De schoonheid van zelforganisatie
Page 12: L2 De schoonheid van zelforganisatie

Verschillende gespecialiseerde cellen gebruiken andere delen van de DNA code

Ontwikkeling: de kip en het ei

Page 13: L2 De schoonheid van zelforganisatie

Een ‘ei’ transcriptiefactor netwerk

Complexiteit ontvouwt zich geleidelijk

Page 14: L2 De schoonheid van zelforganisatie

Transcriptiefactor netwerk vormt 1 geheel

Van ei naar ‘kip’….en van ‘kip’ naar ei

Page 15: L2 De schoonheid van zelforganisatie

Patronen op vleugels

Meerdere cellen

Transcriptie-factoren (TF) Voor: (1) cel-identiteit (2) pigment-eiwitten

Signaal-eiwit: wingless

Page 16: L2 De schoonheid van zelforganisatie

Bouwplan vleugel opzetten…

Page 17: L2 De schoonheid van zelforganisatie

…inkleuren…

Page 18: L2 De schoonheid van zelforganisatie

Signaalmolecuul gebruiken

…: zelfgeprogrammeerde schoonheid

Page 20: L2 De schoonheid van zelforganisatie

Groeipunt netwerk componenten

Meerdere cellen

Transcriptie-factor (TF) voor cel-deling

Signaalmolecuul: auxine

Transport eiwit pompt auxine naar buiten

Page 21: L2 De schoonheid van zelforganisatie

Netwerk componenten in het echt

Auxine pompen

Auxine

Delings TF

Page 22: L2 De schoonheid van zelforganisatie

Netwerk regels

Emergente eigenschappen?

celdeling

auxine transport

celdeling

celstrekking differentiatie

Page 23: L2 De schoonheid van zelforganisatie

De digitale wortel

‘simpel’ netwerk complexe uitkomst

pompen auxine TF

stamcel

delen

strekken+dif-ferentiëren

differentiëren

actie

Page 24: L2 De schoonheid van zelforganisatie

1 extra netwerk regel…

Emergente eigenschappen?

auxine beinvloedt hoeveelheid en richting transportmoleculen

Page 25: L2 De schoonheid van zelforganisatie

…geeft zelforganisatie

tijd

auxine pompen

auxine

pompen

Digitale en echte embryo’s:

Page 27: L2 De schoonheid van zelforganisatie

Verklaring groeipatronen scheut

Page 28: L2 De schoonheid van zelforganisatie

Zelforganiserende schoonheid

DNA en informatie netwerken Feedback en verstrengeling

Voorbeelden Biologische klok Kleurpatronen op vleugels Architectuur van de plant

Finale

Page 29: L2 De schoonheid van zelforganisatie

Evolutie en zelf-organisatie

mutatie, replicatie en selectie evolutie

Page 30: L2 De schoonheid van zelforganisatie

Evolutie van Gedrag…

Selectie van stuurprogramma: Samenwerkende robots!

Page 31: L2 De schoonheid van zelforganisatie

…in simpel neuraal netwerk

Feedback: Selectie op robots die

effectief bij voedsel blijven

Page 32: L2 De schoonheid van zelforganisatie

Een experiment in netwerk evolutie

Hoeveel ‘zelforganisatie’ kan worden begrepen… •Door een mens?

•Door een computer? •Door de mensheid?

Page 33: L2 De schoonheid van zelforganisatie

Conclusies Zelf-organisatie - niet chaos - is de kern

van de biologie Met wiskunde/informatica naar een

nieuwe ‘netwerk-biologie’ Het biologisch ontwerp kent zijn eigen

schoonheid : U2!

Page 34: L2 De schoonheid van zelforganisatie