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The short paper introduces the concept of possible branches of double-stranded DNA (later sometimes called palindromes): Certain sequences of nucleotides may be followed, after a short unpaired stretch, by a complementary sequence in reversed order, such that each DNA strand can fold back on itself, and the DNA assumes a cruciform or tree-like structure. This is postulated to interact with regulatory proteins.
Socioeconomic inequalities are functions not only of intrinsic differences between persons or groups, but also of the dynamics of their interactions. Inequalities can arise and become stabilized if there are advantages (such as generalized wealth including “human capital”) which are self-enhancing, whereas depletion of limiting resources is widely distributed. A recent theory of biological pattern formation has been generalized, adapted and applied to deal with this process. Applications include models for the non-Gaussian distribution of personal income and wealth, for overall economic growth in relation to inequalities and for effects of uncoupling strategies between developing and developed countries. Note added after publication: The equations (14) for the model of the income distribution, with its characteristic non-Gaussian extension towards higher incomes (fig.4), are closely related to the Fokker-Planck equation that is widely applied in many fields of physics.
Abstract (ger): Reichweite und Grenzen naturwissenschaftlicher Erklärungen ergeben sich zum einen aus der universellen Gültigkeit physikalischer Gesetze, zum anderen aus intrinsischen Grenzen, zumal bei selbstbezüglichen Fragestellungen. In diesem Essay geht es um deutungsoffene Grundfragen in Zusammenhang mit der Beziehung von Wissenschaft und Religion: Der Unterscheidung von Tier und Mensch, der Entstehung der mentalen Fähigkeiten der biologischen Spezies „Mensch“, den naturgesetzlichen Voraussetzungen eines „lebensfreundlichen“ physikalischen Universums, und den Grenzen einer naturwissenschaftlichen Erklärung von menschlichem Bewusstsein. Naturwissenschaft kann auf der philosophischen, kulturellen und religiösen Ebene die Mehrdeutigkeit der Welt nicht auflösen. Agnostische und religiöse Grundauffassungen werden auf Dauer ko-existieren, und die Wahl ist nicht nur eine Frage des Wissens, sondern besonders auch der Weisheit und der Lebenskunst.
Full applicability of physics to human biology does not necessarily imply that one can uncover a comprehensive, algorithmic correlation between physical brain states and corresponding mental states. The argument takes into account that information processing is finite in principle in a finite world. Presumbly the brain-mind-relation cannot be resolved in all essential aspects, particularly when high degrees of abstraction or self-analytical processes are involved. Our conjecture plausibly unifies the universal validity of physics and a logical limitation of human thought, and it does not regard consciousness -the most basic human experience - as a marginal phenomenon. ++++ RATIO appeared up to 1987 in both a German and an English version. The German title of this article: Alfred Gierer, Der physikalische Grundlegungsversuch in der Biologie und das psychophysische Problem. RATIO XII, Heft 1, 1970, S. 40-54.
Die volle Anwendbarkeit der Physik auf die Biologie des menschlichen Gehirns bedeutet nicht notwendig, dass es ein finitistisches und zugleich vollständiges, algorithmisches Verfahren der Korrelation mentaler mit physikalischen Zuständen geben kann. Vielmehr gibt es Gründe für die Hypothese, dass eine umfassende Theorie der psychophysischen Beziehung prinzipiell unmöglich sein könnte. Diese Auffassung verbindet die Universalität der Physik mit der logischen Begrenztheit des menschlichen Denkens (z. B. in Bezug auf sich selbst) und betrachtet Bewusstsein - die ursprünglichste menschliche Erfahrung - nicht als Randphänomen. ++++ Die Zeitschrift RATIO erschien bis 1987 in einer deutschen und in einer englischen Ausgabe. Die englische Version des Artikels lautet: A. Gierer, The physical foundations of biology and the problems of psychophysics. RATIO XII, No. 1, 1970. S. 47-64.
Die Entstehung der modernen Naturwissenschaften beruhte auf sehr spezifischen Merkmalen der daran beteiligten Kulturen, und doch sind ihre Erkenntnisse und Ergebnisse transkulturell und weltweit akzeptiert. So waren die Elektrizitätslehre und die Elektrotechnik spezifische Produkte der europäischen Kultur der Neuzeit, die ihrerseits auf einer bestimmten Sequenz und Kombination kultureller und interkultureller Entwicklungen bis zurück zur altgriechischen Philosophie aufbauten. Sie entstanden nicht in China, wo die Kraft des theoretischen Denkens nicht in gleicher Weise eingeschätzt wurde. Warum wurden dann aber moderne Wissenschaft und Technik transkulturell wirksam? Ein Hauptgrund dafür dürfte darin bestehen, daß die zugrunde liegenden kognitiven Fähigkeiten - Fähigkeiten der Abstraktion, des symbolischen und strategischen Denkens - auf einer biologischen Basis beruhen, die der gesamten heutigen Spezies Mensch gemeinsam ist. Gegenstand wissenschaftlicher Erkenntnis sind aber auch die prinzipiellen Grenzen der Erkenntnis; sie bedingen, daß naturwissenschaftliches Denken, das seine eigenen Grenzen kritisch reflektiert, auf der metatheoretischen Ebene mit verschiedenen philosophischen und kulturellen Interpretationen des Menschen und der Welt vereinbar ist. Dazu gehören auch religiöse Interpretationen, die die Ordnung der Natur mit dem menschlichen Geist verbinden und es dem Menschen aufgeben, diese Ordnung mit Hilfe seines Denkens zu erleben und zu erfahren.
Aggregates of previously isolated cells of Hydra are capable, under suitable solvant conditions, of regeneration forming complete animals. In a first stage, ecto- and endodermal cells sort out, producing the bilayered hollow structure characteristic of Hydra tissue; thereafter, heads are formed (even if the original cell preparation contained no head cells), eventually leading to the separation of normal animals with head, body column and foot. Hydra appears to be the highest type of organism that allows for regeneration of the entire structure from random cell aggregates. The system is particularly useful for studying cell interactions, tissue polarity, pattern formation, and cell differentiation.
Biological evolution and technological innovation, while differing in many respects, also share common features. In particular, the implementation of a new technology in the market is analogous to the spreading of a new genetic trait in a population. Technological innovation may occur either through the accumulation of quantitative changes, as in the development of the ocean clipper, or it may be initiated by a new combination of features or subsystems, as in the case of steamships. Other examples of the latter type are electric networks that combine the generation, distribution, and use of electricity, and containerized transportation that combines standardized containers, logistics, and ships. Biological evolution proceeds, phenotypically, in many small steps, but at the genetic level novel features may arise not only through the accumulation of many small, common mutational changes, but also when distinct, relatively rare genetic changes are followed by many further mutations. New evolutionary directions may be initiated by, in particular, some rare combinations of regulatory sections within the genome. The combinatorial type of mechanism may not be a logical prerequisite for biological innovation, but it can be efficient, especially when novel features arise out of already highly developed systems. Such is the case with the evolution of general, widely applicable capabilities of the human brain. Hypothetical examples include the evolution of strategic thought, which encompasses multiple self-representations, cognition-based empathy, meta-levels of abstraction, and symbolic language. These capabilities of biologically modern man may have been initiated, perhaps some 150 000 years ago, by one or few accidental but distinct combinations of modules and subroutines of gene regulation which are involved in the generation of the neural network in the cerebral cortex. This hypothesis concurs with current insights into the molecular biology of the combinatorial and hierarchical facets of gene regulation that underlie brain development. A theory of innovation encompassing technological as well as biological development cannot per se dictate alternative explanations of biological evolution, but it may help in adding weight and directing attention to notions outside the mainstream, such as the hypothesis that few distinct genetic changes were crucial for the evolution of modern man.
The topic of this article is the relation between bottom-up and top-down, reductionist and “holistic” approaches to the solution of basic biological problems. While there is no doubt that the laws of physics apply to all events in space and time, including the domains of life, understanding biology depends not only on elucidating the role of the molecules involved, but, to an increasing extent, on systems theoretical approaches in diverse fields of the life sciences. Examples discussed in this article are the generation of spatial patterns in development by the interplay of autocatalysis and lateral inhibition; the evolution of integrating capabilities of the human brain, such as cognition-based empathy; and both neurobiological and epistemological aspects of scientific theories of consciousness and the mind.