Here we discuss the application and articulation of biological principles for mathematical modeling of morphogenesis in the case of mammary ductal morphogenesis, with an emphasis on the default state.
Abstract
Unlike inert objects, organisms and their cells have the ability to initiate activity by themselves, and thus change their properties or states even in the absence of an external cause. This crucial difference led us to search for principles suitable for the study organisms. We propose that cells follow the default state of proliferation with variation and motility, a principle of biological inertia. This means that in the presence of sufficient nutrients, cells will express their default state. We also propose a principle of variation that addresses two central features of organisms, variation and historicity. To address interdependence between parts, we use a third principle, the principle of organization: more specifically, the notion of the closure of constraints. Within this theoretical framework, constraints are specific theoretical entities defined by their relative stability with respect to the processes they constrain. Constraints are mutually dependent in an organized system and act on the default state. Here we discuss the application and articulation of these principles for mathematical modeling of morphogenesis in a specific case, that of mammary ductal morphogenesis, with an emphasis on the default state. Our model has both a biological component, the cells, and a physical component, the matrix that contains collagen fibers. Cells are agents that move and proliferate unless constrained; they exert mechanical forces that i) act on collagen fibers and ii) on other cells. As fibers are organized, they constrain the cells’ ability to move and to proliferate. This model exhibits a circularity that can be interpreted in terms of the closure of constraints. Implementing our mathematical model shows that constraints to the default state are sufficient to explain the formation of mammary epithelial structures. Finally, the success of this modeling effort suggests a step-wise approach whereby additional constraints imposed by the tissue and the organism can be examined in silico and rigorously tested by in vitro and in vivo experiments, in accordance with the organicist perspective we embrace.
Considérant qu’une histoire particulière de la philosophie a pris fin, Nancy a montré que la philosophie peut se lever à nouveau, touchant à son éternité.
Abstract
L’œuvre singulière plurielle de Jean-Luc Nancy a croisé presque toutes les préoccupations majeures de la philosophie – temps, être, espace, négativité, forme, image, poésie –, et a exercé une influence considérable sur de nombreux intellectuels et chercheurs du monde entier. Dans cet ouvrage, qui rassemble des articles rédigés par des philosophes et spécialistes reconnus, français et étrangers (Europe, Inde, États-Unis, Japon, Brésil, Chili, Égypte), les auteurs rendent hommage à Nancy pour son amitié et sa pensée. Considérant qu’une histoire particulière de la philosophie a pris fin, Nancy a montré que la philosophie peut se lever à nouveau, touchant à son éternité. Il a invité à la recommencer de manière multiple, métaphysique, post- phénoménologique, politique, littéraire et esthétique. Se souvenir de sa pensée, c’est donc recommencer ici d’une manière plurielle avec lui ; c’est relancer dans son sillage la réflexion sur la démocratie et l’art, en réassumant une approche résolument transversale, avec ce que Nancy appelait anastasis – ce qui « ne provient pas de soi » mais « vient de l’autre, ou relève de l’autre en lui ».
In the last decade, the notion that new possibilities appear over time in biological phenomena has received renewed and growing attention. Kauffman approaches it as the adjacent possible, Sarti and Citti as heterogenesis, and Longo and Montévil as symmetry change and specific objects. Accordingly, there is a growing understanding that this notion is a significant shift and challenge in the way to do science. However, there has yet to be a systematic effort to bring together the different perspectives on this question in biology and in other fields confronted with it. In this conference, we intend to create bridges between the different perspectives that have been developed, mostly independently, on the question of changing possibility spaces in biology.
Perpétuant les orientations impulsées par Jean-Jacques Kupiec lors de sa création, le séminaire Cavaillès se donne pour objet l'histoire et la philosophie des sciences du vivant. Une fois par mois un acteur des sciences expérimentales ou humaines est invité à y présenter ses travaux et réflexions. Le séminaire se veut ouvert à toutes et à tous, avec l'objectif de croiser les regards, partager les connaissances et favoriser les échanges sur un large spectre de thématiques et de questions. Il entend être le témoin de la vitalité, l'actualité et la fertilité des recherches en épistémologie historique des sciences biomédicales, ainsi que de leur incidence sur les débats scientifiques contemporains.
La biologie moléculaire a donné un cadre très fécond pour l’exploration empirique du vivant, mais ses résultats ont aussi et en même temps mis à mal son cadre conceptuel. Pour dépasser ce cadre, un certain nombre d’auteurs soulignent les défis théoriques que comporte la compréhension des êtres vivants dans leur historicité et organicité. Si l’on doit comprendre les êtres vivant comme des organisations biologiques, comment ne pas se perdre dans leur complexité ? Et si leurs régularités sont les résultat d’une histoire et continuent de changer, de produire une histoire, comment les objectiver ? Ces questions sont, nous le pensons, essentielles pour répondre aux défis de ce siècle concernant la santé et la biodiversité et croisent aussi la question de l’encadrement théorique de l’usage des nouvelles technologies dans le travail scientifique. Dans ce contexte, nous inaugurons ici le programme interdisciplinaire : fondations théoriques de la biologie. Notre approche consiste à aborder les questions théoriques en s’appuyant sur la philosophie, notamment l’épistémologie ainsi que la comparaison avec les innovations mais aussi les contraintes théoriques d’autres disciplines, notamment la physique. En s’appuyant sur cette réflexivité, il s’agira à la fois de réinterpréter les pratiques existantes et de développer de nouvelles pratiques et méthodes.
This Diverse Format Session will discuss some biological principles and notions that, we submit, should be integrated into the theoretical concepts of biology. Overall, these notions delineate an organism-centered biological science, by shifting the focus to the wholes rather than their parts. In particular, the session will examine how the adoption of these principles and notions fundamentally challenges the received view on biological explanation. The first notion is purposiveness. There is recent literature suggesting that biological organization can be interpreted as self-determining, and thereby intrinsically purposive (Mossio & Bich, 2017). Accepting the intrinsic purposiveness notion implies accepting a circular determination between the parts and the whole and thus a challenge to a mechanistic explanation of biological organization. The second notion is variation. In some recent studies (Montévil et al., 2016), biological variation is understood in terms of the emergence of changes that cannot be prestated. As such, biological variation challenges the very possibility of generalized formal models in biology. The third notion (Soto et al, 2016), is the biological default state according to which cells constantly grow, change shape, proliferate, and move. Because of this default state, the explanation of biological phenomena involving motility and proliferation is reversed, to the extent that what is to be accounted for is their absence (quiescence). The fourth notion is agency, which designates the capacity of organisms to behave in interaction with the environment and other organisms in a purposeful, normative, and functional way. Among other things, the conception of organisms as agents radically modifies evolutionary explanations (Jäger, 2023), insofar as agents are not only the result of selective processes, but they also actively shape selective processes. The session will consist of four short presentations (15 minutes each, maximum), followed by a discussion of 30 minutes at least, in which we will explore the capacity of these concepts to advance biological explanation, as well as their (deep) conceptual connections.
La théorie des jeux de Von Neumann propose une vision cybernétique et panoptique des différentes typologies de jeux dans le contexte géopolitique de la guerre froide. Cette approche mathématique qui a montré son efficacité aux débuts de l’informatique nous projette dans un contexte pourtant très différent de notre situation contemporaine dominé par l’approche statistique du monde. Comment à la fois « se jouer » de cette tendance statistique et dépasser le cadre réducteur de la théorie des jeux ? N’est-ce pas ce que fait le vivant lui-même ? Cette session ouvrira à la question du « jeu » du vivant et comment il peut inspirer de nouveau modèle de jeu.
