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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.
Validity of physical laws for any aspect of brain activity and strict correlation of mental to physical states of the brain do not imply, with logical necessity, that a complete algorithmic theory of the mind-body relation is possible. A limit of decodability may be imposed by the finite number of possible analytical operations which is rooted in the finiteness of the world. It is considered as a fundamental intrinsic limitation of the scientific approach comparable to quantum indeterminacy and the theorems of logical undecidability. An analysis of these limits, applied to dispositions of future behaviour, suggests that limits of decodability of the psycho-physic relation may actually exist with respect to brain states with self-referential aspects, as they are involved in mental processes. Limits for an algorithmic theory of the mind-body problem suggested by this study are formally similar to other intrinsic limits of the scientific method such as quantum indeterminacy and mathematical undecidability which are also related to self-referential operations. At the metatheoretical level, hard sciences, despite their reliability, universality and objectivity, depend on metatheoretical presuppositions which allow for multiple philosophical interpretations.
In diesem Buch zeigt der Physiker und Biologe Alfred Gierer - er ist Direktor am Max-Planck- Institut für Entwicklungsbiologie - die Reichweite, aber auch die prinzipiellen Grenzen naturwissenschaftlichen Denkens auf. Beides wird nirgends so deutlich wie im Verhältnis der Biologie zur Physik: Hier stellen sich die Fragen, was Leben ist, wie es entstand und sich bis zur Höhe des Menschen entwickelte, wie der Reichtum der Formen zu verstehen ist und in welcher Beziehung das Bewußtsein, die “Seele”, zu einem wissenschaftlichen Verständnis der Lebensvorgänge steht. “Die Physik, das Leben und die Seele” informiert über diese wichtigen Zusammenhänge in allgemeinverständlicher Form und regt in besonderem Maße die Freude am kritischen Mitdenken an. Das Buch schlägt einen weiten Bogen von der Grundlagen der Physik und Logik über die neuen Erkenntnisse der Biologie bis zu der Frage, was uns die Naturwissenschaften über den Menschen und sein Bewußtsein lehren können - und was nicht.
Aside from the increasing, impressive evidence on chemical identification of graded molecules involved, it is the capability of axons for approaching the target position from different aspects in a two-dimensional field which is per se a strong indication for the involvement of gradients. Targeting requires, in the target field, counter-graded effects, either by antagonistic gradients, or by a single gradient in each dimension exerting attractive effects at low, reverting to inhibitory (repulsive) effects at high concentrations. A further requirement for mapping is the modulation of the counter-graded effects by components of the growth cone itself which depends on the origin of the corresponding axon.Transduction and processing of graded signals in the navigating growth cones are proposed to be strongly enhanced by intra-growth-cone pattern formation. The concept also encompasses regulatory and branching processes including the formation of the terminal arbors.
Physical principles underlying biological pattern formation are discussed. In particular, the combination of local self-enhancement and long-range (“lateral”) inhibition (Gierer and Meinhardt, 1972) accounts for de-novo pattern formation, and for striking features of developmental regulation such as induction, spacing and proportion regulation of centers of activation in tissues and cells. Part I explains physical principles of spatial organisation in biological development. Part II demonstrates in mathematical terms that and how short-range activation and long-range inhibition are conditions for the generation of spatial concentration patterns. The conditions can be expressed in terms of ranges, rates and orders of reactions. These conditions, in turn, can also be derived by analysis of dynamic instabilities by means of Fourier waves, showing the neither obvious nor trivial relation between the latter approach and the theory based primarily on autocatalysis and lateral inhibition.
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 science, based on the laws of physics, claims validity for all events in space and time. However, it also reveals its own limitations, such as the indeterminacy of quantum physics, the limits of decidability, and, presumably, limits of decodability of the mind-brain relationship. At the philosophical level, these intrinsic limitations allow for different interpretations of the relation between human cognition and the natural order. In particular, modern science may be logically consistent with religious as well as agnostic views of humans and the universe. These points are exemplified through the transcript of a discussion between Kurt Gödel and Rudolf Carnap that took place in 1940. Gödel, discoverer of mathematical undecidability, took a proreligious view; Carnap, one of the founders of analytical philosophy, an antireligious view. By the time of the discussion, Carnap had liberalized his ideas on theoretical concepts of science: he believed that observational terms do not suffice for an exhaustive definition of theoretical concepts. Then, responded Gödel, one should formulate a theory or metatheory that is consistent with scientific rationality, yet also encompasses theology. Carnap considered such theories unproductive. The controversy remained unresolved, but its emphasis shifted from rationality to wisdom, not only in the Gödel-Carnap discussion but also in our time.
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.
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
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.
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>.
Der Vortrag über den im Titel „Naturwissenschaft und Menschenbild“ umschriebenen Problemkreis, der natur- und kulturwissenschaftliche Aspekte betrifft, bildete den Abschluss des Symposiums über das Thema „Wie entstehen neue Qualitäten in komplexen Systemen“ am 18. Dezember 1998 in Berlin zum 50-jährigen Gründungsjubiläum der Max-Planck-Gesellschaft. Schwerpunkte sind Reichweite und Grenzen naturwissenschaftlicher Erklärung von Bewusstsein, evolutionsbiologische Grundlagen von Kooperativität und Empathie, sowie die kulturellen Verallgemeinerungs- und Gestaltungsmöglichkeiten biologisch angelegter Fähigkeiten, insbesondere was die Aktivierung der fragilen und begrenzten, aber durchaus realen und wichtigen Ressource „Gemeinsinn“ angeht.
The development of modern science has depended strongly on specific features of the cultures involved; however, its results are widely and transculturally accepted and applied. The science and technology of electricity, for example, emerged as a specific product of post-Renaissance Europe, rooted in the Greek philosophical tradition that encourages explanations of nature in theoretical terms. It did not evolve in China presumably because such encouragement was missing. The transcultural acceptance of modern science and technology is postulated to be due, in part, to the common biological dispositions underlying human cognition, with generalizable capabilities of abstract, symbolic and strategic thought. These faculties of the human mind are main prerequisites for dynamic cultural development and differentiation. They appear to have evolved up to a stage of hunters and gatherers perhaps some 100 000 years ago. However, the extent of the correspondence between some constructions of the human mind and the order of nature, as revealed by science, is a late insight of the last two centuries. Unless we subscribe to extreme forms of constructivism or historical relativism, we may take the success and the formal structure of science as indications of a close, intrinsic relation between the physical and the mental, between the order of nature and the structure of human cognition. At the metatheoretical level, however, modern science is consistent with philosophical and cultural diversity.
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.
Unsere Kulturfähigkeit ist ein Ergebnis der biologischen Evolution der Spezies “Mensch”; die einzelne Kultur selbst jedoch ist ein Produkt gesellschaftlicher Entwicklungen, Differenzierungen und Traditionen. Der Kulturvergleich zeigt uns erhebliche Spielräume für Ausprägungen von Gemeinsinn. Da dessen Aktivierung wesentlich zur Lebensqualität einer Gesellschaft beiträgt, sind Versuche einer realistischen Einschätzung kultureller Gestaltungsspielräume in dieser Hinsicht sinnvoll. Sie sind nicht zuletzt durch die biologischen Grund- und Randbedingungen der Spezies Mensch gegeben und begrenzt, zumal hinsichtlich von Anlagen zu altruistischem und kooperativem Verhalten. Während bis vor kurzem Soziobiologen und Sozialwissenschaftler oft wenig Neigung zu gegenseitigem Verständnis zeigten, zumal manche Biologen relativ extreme Theorien über genetisch angelegte egoistische Verhaltensanlagen vertraten, verstehen sich neuere, durch die Spieltheorie beeinflusste und sehr allgemeine psychische Disposition betonende Linien soziobiologischen Denkens dazu, auch ausgesprochen freundliche Eigenschaften unserer Spezies zu erklären und zu begründen. Sie kommen sozialwissenschaftlichen Bestrebungen entgegen, zum Beispiel in Zusammenhang mit Theorien begrenzt rationalen Verhaltens, in denen die Fairness eine wesentliche Rolle spielt. Besondere Aufmerksamkeit verdienen in diesem Zusammenhang die biologisch angelegte Fähigkeit zu kognitionsgestützter Empathie sowie die fragile Anlage “Vertrauensbereitschaft”, von denen die Effizienz und das Wohlbefinden in einer Gesellschaft wesentlich abhängen. Insgesamt kann eine - keineswegs unkritische - Beachtung evolutionsbiologischer Aspekte menschlicher Verhaltensdispositionen zu einer realistischen Einschätzung der knappen Ressource “Gemeinsinn” beitragen. Sie ist in Grenzen durchaus ein auch in der Natur des Menschen angelegtes Potential. Dies ist jedoch - unter Beachtung eben dieser Grenzen - behutsam zu aktivieren. Moralische Überforderungen, welche die natürlichen Anlagen des Menschen missachten, sind kontraproduktiv.
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.