Contents tagged “variability”

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  1. Which first principles for mathematical modelling in biology?

    Which first principles for mathematical modelling in biology?

    Rendiconti di Matematica e delle sue Applicazioni

    Like theoretical physics, theoretical biology is not just mathematical modeling. Instead, it should strive to find principles to frame experiments and models.

    Abstract

    Like theoretical physics, theoretical biology is not just mathematical modeling. Instead, theoretical biology should strive to find suitable first principles to ground the understanding of biological phenomena and ultimately frame biological experiments and mathematical models. First principles in physics are expressed in terms of symmetries and the associated conservations, on the one side, and optimization on the other side. In biology, we argue instead that a strong notion of variation is fundamental. This notion encompasses new possibilities and the historicity of biological phenomena. By contrast, the relative regularity of some aspects of biological organisms, which we call constraints, should be regarded as the consequence of a mutual stabilization of the parts of organisms. We exemplify several aspects of this framework with the modeling of allometric relationships. Our change of perspective leads to reconsider the meaning of measurements and the structure of the space of description.

    Keywords: Allometry, first principles, Historicity, invariants, theoretical biology, Variability

    Citation
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  2. Theoretical principles for biology: Variation

    Theoretical principles for biology: Variation

    Progress in Biophysics and Molecular Biology

    Biological variation should be given the status of a fundamental theoretical principle in biology. Variation goes with randomness, historicity and contextuality.

    Abstract

    Abstract Darwin introduced the concept that random variation generates new living forms. In this paper, we elaborate on Darwin’s notion of random variation to propose that biological variation should be given the status of a fundamental theoretical principle in biology. We state that biological objects such as organisms are specific objects. Specific objects are special in that they are qualitatively different from each other. They can undergo unpredictable qualitative changes, some of which are not defined before they happen. We express the principle of variation in terms of symmetry changes, where symmetries underlie the theoretical determination of the object. We contrast the biological situation with the physical situation, where objects are generic (that is, different objects can be assumed to be identical) and evolve in well-defined state spaces. We derive several implications of the principle of variation, in particular, biological objects show randomness, historicity and contextuality. We elaborate on the articulation between this principle and the two other principles proposed in this special issue: the principle of default state and the principle of organization.

    Keywords: Variability, Historicity, Genericity, Biological randomness, Organization, Theory of organisms

    Citation
    Montévil, Maël, Matteo Mossio, A. Pocheville, and G. Longo. 2016. “Theoretical Principles for Biology: Variation.” Progress in Biophysics and Molecular Biology 122 (1): 36–50. https://doi.org/10.1016/j.pbiomolbio.2016.08.005
    Manuscript Citation Publisher Full text
  3. Géométrie du temps biologique : rythmes et protension

    Géométrie du temps biologique : rythmes et protension

    Questions de phrasé

    Nous distinguons les rythmes de type physique de ceux proprement biologiques. Nous abordons aussi les activités protensives et rétensives du vivant.

    Abstract

    Le vivant possède une phénoménalité particulière et originale. Comme cadre et siège de cette phénoménalité, l’organisation temporelle des organismes est elle-même d’une grande richesse. Ainsi, l’on rencontre dans l’activité biologique des cas de cyclicité : cycle cardiaque, cycle respiratoire, rythmes cérébraux, cycles circadiens, cycle de vie, etc. ; et d’autre part il s’y présente, parfois même au sein de ces cycles, des phénomènes dont la nature semble plutôt être caractérisée par une irréversibilité fondamentale : cognition, nutrition, développement, vieillissement, évolution, ...Il nous semble dès lors impératif, pour aborder théoriquement — et donc aussi empiriquement — ces phénomènes, de les considérer dans un cadre où la question de la temporalité soit abordée de manière adéquate.

    Citation
    Montévil, Maël. 2012. “Géométrie Du Temps Biologique : Rythmes et Protension.” In Questions de Phrasé, edited by A. bonnet, F. Nicolas, and T. Paul. Hermann. https://www.editions-hermann.fr/livre/9782705681555
    Manuscript Citation Publisher Full text
  4. Temps biologique et transitions critiques étendues - Vers une objectivation de l’état vivant de la matière

    Temps biologique et transitions critiques étendues - Vers une objectivation de l’état vivant de la matière

    Cette thèse se place dans le contexte d’une démarche théorique en biologie, s’inspirant, sans toutefois s’y réduire, des méthodes d’objectivation utilisées en physique. Pour cela, nous rapportons les possibles symétries et invariants biologiques sous forme de “lois d’échelles” empiriques (allométrie...

    Abstract

    Cette thèse se place dans le contexte d’une démarche théorique en biologie, s’inspirant, sans toutefois s’y réduire, des méthodes d’objectivation utilisées en physique. Pour cela, nous rapportons les possibles symétries et invariants biologiques sous forme de “lois d’échelles” empiriques (allométrie et fractales en particulier), ainsi que la variabilité associée. Nous abordons ensuite plusieurs aspects du temps biologique. Nous considérons une dimension temporelle supplémentaire, correspondant à l’autonomie de certains rythmes biologiques. Nous développons aussi une approche de la protension, comme principe d’organisation locale de la temporalité biologique.
    La notion de symétrie ayant un statut fondationel pour les théories physiques, nous interrogeons ensuite leur rôles en biologie. Partant de la notion de criticité étendue, nous proposons que la dynamique du vivant soit régie par une omniprésence des changements de symétries, constituant dès lors une historicité irréductible et conférant un statut théorique particulier à l’object et à la mesure en biologie. Nous appréhendons aussi la notion d’anti-entropie comme mesure d’un potentiel de variabilité.
    Nous nous intéressons ensuite à la question des niveaux d’organisation, par deux voies complémentaires. Nous l’abordons dans un premier temps par la notion de clôture organisationnelle. Ensuite nous la considérons comme associée à des singularités fortes, telles que dans les situations critiques. Enfin, nous esquissons un schème opératoriel de l’unité de l’organisme, qui combine un grand nombre des aspects préalablement exposés.

    Keywords: criticité, symmétries, historicité, variabilité, temps biologique, organisme, mesure, renormalisation

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