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Within the sedimentation diagram of infective RNA preparations isolated from Tobacco Mosaic Virus, undegraded molecules form a sharp peak with a molecular weight corresponding to the total RNA content of the virus particle. Degradation kinetics by ribonuclease is of the linear, single-target type, indicating that the RNA is single-stranded. The intact RNA of a virus particle thus forms one big single-stranded molecule. Quantitative evaluation of the effect degradation by RNA-ase on the infectivity of the RNA shows that the integrity of the entire molecule is required for its biological activity.
Ancient Greek philosophers were the first to postulate the possibility of explaining nature in theoretical terms and to initiate attempts at this. With the rise of monotheistic religions of revelation claiming supremacy over human reason and envisaging a new world to come, studies of the natural order of the transient world were widely considered undesirable. Later, in the Middle Ages, the desire for human understanding of nature in terms of reason was revived. This article is concerned with the fundamental reversal of attitudes, from “undesirable” to “desirable”, that eventually led into the foundations of modern science. One of the earliest, most ingenious and most interesting personalities involved was Eriugena, a theologian at the Court of Charles the Bald in the 9th century. Though understanding what we call nature is only one of the several aspects of his theological work, his line of thought implies a turn into a pro-scientific direction: the natural order is to be understood in abstract terms of ‘primordial causes’; understanding nature is considered to be the will of God; man encompasses the whole of creation in a physical as well as a mental sense. Basically similar ideas on the reconciliation of scientific rationality and monotheistic religions of revelation were conceived, independently and nearly simultaneously, by the Arab philosopher al-Kindi in Bagdad. Eriugena was more outspoken in his claim that reason is superior to authority. This claim is implicit in the thought of Nicholas of Cusa with his emphasis on human mental creativity as the image of God’s creativity; and it is the keynote of Galileo’s ‘Letter to the Grand Duchess Christina’ some 800 years later, the manifesto expressing basic attitudes of modern science. This article in English is based on the monography (in German): A. Gierer “Eriugena, al-Kindi, Nikolaus von Kues - Protagonisten einer wissenschaftsfreundlichen Wende im philosophischen und theologischen Denken”, Acta Historica Leopoldina 29 (1999), Barth Verlag in MVH Verlage Heidelberg, ISBN: 3-335-00652-6
Applying mild methods of preparation, part of the ribosomes of rabbit reticulocytes are found in aggregates (later called polyribosomes) of up to six ribosomal units. Upon treatment with RNA-ase, they desintegrate into single ribosomes. The fast-sedimenting aggregates are found to be more active in protein synthesis in terms of incorporation of radioactive amino acids, whereas the single ribosomes are more receptive to stimulation by the artificial messenger RNA poly-U. The findings indicate that the linkage of ribosomes into aggregates is due to the messenger RNA. They support a tape-reading mechanism of protein synthesis whereby growth of the peptide chain is accompanied by shifting the active site of the ribosome from one coding group of nucleotides of the messenger RNA to the next.
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.
This is the invited evening lecture of the biannual workshop on hydroid development of 1999. Its topic is the role of hydra as a rather puristic model for the de-novo generation of spatial patterns in development, and our work in this field. Emphasis is placed not only on experimental studies, but also on theoretical analysis, because the understanding of spatial order requires a systems approach involving the combination of knowledge on molecules, cells and tissues with mathematical analysis, laws and facts.
Der Artikel verweist auf die eindrucksvollen Beiträge moderner bewusstseinsnaher Hirnforschung zum Verständnis höherer Leistungen und Fähigkeiten des menschlichen Gehirns, geht dann aber auf Gründe für prinzipielle Grenzen einer naturwissenschaftlichen Erklärung unseres Bewusstseins ein. Insbesondere stehen entscheidungstheoretische Gründe vermutlich einer vollständigen Dekodierung der Gehirn-Geist-Beziehung entgegen, zumal hinsichtlich selbstbezogener Aspekte. Dies impliziert unter anderem, dass dem Einstieg in fremdes Bewusstsein Grenzen gesetzt sind, was die Gedanken, das Wissen und den Willen Anderer angeht - und doch gibt es oft zu wenig Bescheidenheit und Zurückhaltung im Urteil über angeblich genau bekannte fremde Motive.
In dem Buch über „Wissenschaft und Menschenbild“ werden verschiedene Wege zu einem Verständnis unserer Spezies „Mensch“ begangen: Zum einen zeigt uns die Geschichte und die geistige Struktur der modernen Naturwissenschaft sowohl die umfassende Reichweite als auch die prinzipiellen Grenzen menschlicher Erkenntnis auf, und zwar wohl besser und genauer als jede andere Kulturleistung. Zum anderen ergibt die Evolutions- und die Gehirnbiologie Einsichten in menschliche Grundfähigkeiten wie Sprache, Selbstrepräsentation und strategisches Denken. Sie sind Ergebnisse genetischer Evolution, bildeten aber dann die Voraussetzung dynamischer kultureller Entwicklung, die nicht mehr auf genetischen Änderungen beruht. Die moderne Wissenschaft ist, indem sie ihre eigenen Grenzen begründet, offen für verschiedene, natürlich nicht für alle kulturellen und philosophischen Interpretationen des Menschen und der Welt. Menschliches Bewusstsein ist ein Ergebnis der Evolution des Gehirns, und doch ist die Gehirn-Geist-Beziehung aus entscheidungstheoretischen Gründen vermutlich nicht vollständig dekodierbar. Eine wesentliche Fähigkeit unserer Spezies Mensch ist kognitionsgestützte Empathie. Sie entstand vielleicht im Kontext der Evolution strategischen Denkens, indem sie es erleichtert, das Verhalten anderer vorherzusehen, ist aber auch Motivation für altruistisches Verhalten. Stereotype Kontroversen zwischen Sozialwissenschaftlern und Soziobiologen erscheinen heute eher überflüssig; es gibt eine, wenn auch begrenzte, biologische Basis auch für freundliche menschliche Eigenschaften wie Kooperativität und Vertrauen und nicht nur für Egoismus. Moralische Vorstellungen sollten die biologischen Grundlagen menschlichen Verhaltens respektieren: Gemeinwohl ist eine durchaus reale, aber doch begrenzte Ressource unserer Spezies „Mensch“. Sie ist eher behutsam zu aktivieren, und moralische Überforderungen sind kontraproduktiv.
Understanding cooperative human behaviour depends on insights into the biological basis of human altruism, as well as into socio-cultural development. In terms of evolutionary theory, kinship and reciprocity are well established as underlying cooperativeness. Reasons will be given suggesting an additional source, the capability of a cognition-based empathy that may have evolved as a by-product of strategic thought. An assessment of the range, the intrinsic limitations, and the conditions for activation of human cooperativeness would profit from a systems approach combining biological and socio-cultural aspects. However, this is not yet the prevailing attitude among contemporary social and biological scientists who often hold prejudiced views of each other's notions. It is therefore worth noticing that the desirable integration of aspects has already been attempted, in remarkable and encouraging ways, in the history of thought on human nature. I will exemplify this with the ideas of the fourteenth century Arab-Muslim historian Ibn Khaldun. He set out to explicate human cooperativeness - "asabiyah" - as having a biological basis in common descent, but being extendable far beyond within social systems, though in a relatively unstable and attenuated fashion. He combined psychological and material factors in a dynamical theory of the rise and decline of political rulership, and related general social phenomena to basic features of human behaviour influenced by kinship, expectation of reciprocity, and empathic emotions.
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.
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 moderne Naturwissenschaft zeigt eindrucksvoll die große Reichweite des menschlichen Denkens - sie wirft aber auch die Frage nach ihrer menschengerechten Anwendung auf und führt an unüberwindliche Grenzen jeder Erkenntnis. Tragweite und Grenzen der Wissenschaft verweisen uns zurück auf uralte Fragen der Philosophie, zum Beispiel auf die Suche altgriechischer Denker nach den Urprinzipien der Natur oder auf das „Wissen vom Nichtwissen“ des Nikolaus von Kues. Der Blick auf 2500 Jahre Geschichte des Denkens über die Natur soll dabei helfen, die moderne Naturwissenschaft wieder in die großen Sinn- und Wertzusammenhänge menschlichen Lebens zu stellen.
Modern brain research related to consciousness has resulted in many interesting in- sights, for example into the neurobiological basis of attention and of language. In biological terms, human consciousness appears as a system’s feature of our brain, with neural processes strictly following the laws of physics. This does not necessarily imply, however, that there can be a general and comprehensive scientific theory of consciousness. Predictions of the extent to which such a theory may become possi- ble vary widely in the scientific community. There are reasons - not only practical but also epistemological - why the brain-mind relation may not be fully decodable by finite procedures. In particular, analogies with mathematical theorems of un- decidability suggest that self-referential features of consciousness, such as multiple self-representations like those involved in strategic thought, may not be fully resolv- able by brain analysis. Assuming such limitations exist, this implies that ob jective analysis cannot exhaust sub jective experience in principle. A person’s consciousness and will are accessible to external observation only within limits. In some respects, we do not even learn to know ourselves except by our actions. It thus appears that a scientific look at consciousness and the human mind, combining universal physi- calism with epistemological scepticism, is not inconsistent with certain concepts of sub jectivity that are current in the humanities, despite all the differences in the style and terminology of discourse.
Naturwissenschaftliches Denken, wie es von altgriechischen Naturphilosophen begründet und in der Antike weiterentwickelt wurde, verfiel mit dem Aufstieg der monotheistischen Offenbarungsreligionen, die die Neugier auf die natürliche Wirklichkeit als eitle Bemühung ansahen, welche nichts zum Seelenheil beitrage. Die neuzeitliche Naturwissenschaft nahm ihren Ausgang in der Renaissance, die die kreativen Fähigkeiten des menschlichen Denkens wiederentdeckte. Sie verdankt aber auch sehr viel dem Aufbruch philosophisch-theologischen Denkens im Mittelalter, der dem „Buch der Natur“ eine Anerkennung als gleichberechtigten Zugang zur Wahrheit neben dem „Buch der Offenbarung“ verschaffte. Die ersten Ansätze hierzu zeigen sich besonders im Werk eines überragenden, wenn auch oft verkannten Denkers des 9. Jahrhunderts - Johannes ERIUGENA. Er postulierte den Vorrang der Vernunft vor der Autorität, erlaubte sich sehr weitgehende sinngemäße Interpretationen biblischer Überlieferungen und sah die Erkenntnis der natürlichen Wirklichkeit mit Begriffen menschlicher Vernunft als gottgewollt und gottgegeben an. Der Mensch selbst sei die Zusammenfassung der gesamten Schöpfung. Gleichzeitig und unabhängig von ERIUGENA forderte AL-KINDI in Bagdad - auf der Grundlage ähnlichen Wissens und ähnlicher philosophischer Ideen - die positive Bewertung wissenschaftlicher Bemühungen ein. In der frühen Renaissance war es besonders CUSANUS, der Ideen von ERIUGENA aufnahm. Mit der Betonung der menschlichen Kreativität, der Forderung nach quantitativen Experimenten, besonders aber mit seiner Philosophie des positiven Wissens um die Grenzen des Wissens, ging CUSANUS aber auch wesentlich über ERIUGENAs Gedanken hinaus. Als dann, über sieben Jahrhunderte nach ERIUGENA, GALILEI die moderne Naturwissenschaft begründete, rechtfertigte er sein freizügiges Denken im „Brief an CASTELLI“ mit Argumenten, die in erstaunlichem Maße mit Vorstellungen ERIUGENAS übereinstimmen.+++++++ An abbrived English version is also available online (17 pages): <a href="http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:b4360-1001048">Alfred Gierer (2000), Eriugena and al-Kindi, Nineth century protagonists pro-scientific cultural change</a>.
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.
Nach einem kurzen Resümee über entscheidungstheoretisch begründete Grenzen einer rein naturwissenschaftlichen Theorie menschlichen Bewusstseins werden Implikationen für unser Menschenbild erörtert. Was die Willensfreiheit angeht, so sprechen starke erkenntnistheoretische Gründe dagegen, dass der Wille Anderer durch Analyse von Außen vollständig erschließbar sein könnte; was aber für niemanden determiniert ist, ist nicht determiniert. Für die Evolution mentaler Fähigkeiten, die den biologisch modernen Menschentyp charakterisieren, könnten auch einzelne, eher seltene Neukombinationen von Abschnitten im Genom eine wesentliche Rolle gespielt haben. Die entwickelten Fähigkeiten und Eigenschaften führten dann weit über den Anlass ihrer Entstehung hinaus. Hinsichtlich der menschlichen Erkenntnisfähigkeit ist die grundsätzliche philosophische Frage, ob und wieweit es eine Ordnung der Welt lediglich als Konstrukte unserer Gehirne, oder aber auch vor und ohne uns gibt, rein neurobiologisch sicher nicht zu entscheiden. Dies betrifft zum Beispiel das Grundverständnis der Mathematik, aber auch das von Religion. Naturwissenschaften insgesamt und ihre wissenschaftlich begründeten Grenzen sind mit verschiedenen, natürlich nicht mit allen philosophischen, kulturellen und religiösen Deutungen vereinbar.
The introductory personal remarks refer to my motivations for choosing research projects, and for moving from physics to molecular biology and then to development, with Hydra as a model system. Historically, Trembley’s discovery of Hydra regeneration in 1744 was the begin¬ning of developmental biology as we understand it, with passionate debates about preformation versus de novo generation, mechanisms versus organisms. In fact, seemingly conflicting bottom-up and top-down concepts are both required in combination to understand development. In modern terms, this means analysing the molecules involved, as well as searching for physical principles underlying development within systems of molecules, cells and tissues. During the last decade, molecular biology has provided surprising and impressive evidence that the same types of mol¬ecules and molecular systems are involved in pattern formation in a wide range of organisms, including coelenterates like Hydra, and thus appear to have been “invented” early in evolution. Likewise, the features of certain systems, especially those of developmental regulation, are found in many different organisms. This includes the generation of spatial structures by the interplay of self-enhancing activation and “lateral” inhibitory effects of wider range, which is a main topic of my essay. Hydra regeneration is a particularly clear model for the formation of defined patterns within initially near-uniform tissues. In conclusion, this essay emphasizes the analysis of development in terms of physical laws, including the application of mathematics, and insists that Hydra was, and will continue to be, a rewarding model for understanding general features of embryogenesis and regeneration.
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.