Brian Carey Goodwin (25 มีนาคม 1931 – 15 กรกฎาคม 2009) ( Sainte-Anne-de-Bellevue , Quebec, Canada - Torbay , Devon, UK) เป็นนักคณิตศาสตร์และนักชีววิทยาชาวแคนาดา ศาสตราจารย์กิตติคุณแห่งมหาวิทยาลัยเปิดและผู้ก่อตั้งชีววิทยาเชิงทฤษฎีและชีวคณิตศาสตร์ เขาได้แนะนำการใช้ระบบที่ซับซ้อนและแบบจำลองเชิงกำเนิดในชีววิทยาพัฒนาการเขาเสนอว่า มุมมอง แบบลดทอนของธรรมชาติไม่สามารถอธิบายลักษณะที่ซับซ้อนได้ โดยเสนอ ทฤษฎี โครงสร้างนิยม ที่ก่อให้เกิดข้อถกเถียง ว่าสนามทาง สัณฐานวิทยา อาจใช้แทนการคัดเลือกโดยธรรมชาติในการขับเคลื่อนวิวัฒนาการ[ ^{1 ] เขา}ยังเป็นสมาชิกที่โดดเด่นของขบวนการวัฒนธรรมที่สาม อีกด้วย ^{[ 2 ]}

Brian Goodwin เกิดที่เมืองมอนทรีออ ล รัฐควิเบกประเทศแคนาดา ในปี 1931 เขาศึกษาชีววิทยาที่มหาวิทยาลัย McGillจากนั้นจึงอพยพไปสหราชอาณาจักรภายใต้ทุนRhodes Scholarshipเพื่อศึกษาคณิตศาสตร์ที่ Oxford เขาได้รับปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัย Edinburghโดยนำเสนอวิทยานิพนธ์เรื่อง"การศึกษาทฤษฎีทั่วไปของการพัฒนาและวิวัฒนาการ" ^{[ 3 ]}ภายใต้การดูแลของConrad Hal Waddingtonจากนั้นเขาย้ายไปที่มหาวิทยาลัย Sussex จนถึงปี 1983 เมื่อเขาได้เป็น ศาสตราจารย์เต็มตัวที่Open UniversityในMilton Keynesจนเกษียณอายุในปี 1992 เขากลายเป็นบุคคลสำคัญในการพัฒนาชีววิทยาเชิงคณิตศาสตร์ ในช่วงแรก ร่วมกับนักวิจัยคนอื่นๆ เขาเป็นหนึ่งในผู้เข้าร่วมการประชุมที่มีชื่อเสียงซึ่งจัดขึ้นระหว่างปี 1965 ถึง 1968 ที่ Villa Serbelloni ซึ่งจัดโดยมูลนิธิ Rockefellerภายใต้หัวข้อ "มุ่งสู่ชีววิทยาเชิงทฤษฎี"

หลังจากนั้น เขาได้สอนที่วิทยาลัยชูมาเคอร์ในเดวอนสหราชอาณาจักรซึ่งเขามีบทบาทสำคัญในการริเริ่มหลักสูตรปริญญาโทวิทยาศาสตร์แบบองค์รวมของวิทยาลัย เขาได้รับแต่งตั้งให้เป็นผู้ก่อตั้งวิทยาลัยชูมาเคอร์ไม่นานก่อนเสียชีวิต กูดวินยังดำรงตำแหน่งนักวิจัยที่MITและเป็นผู้เยี่ยมชมสถาบันต่างๆ หลายแห่งเป็นเวลานาน รวมถึงUNAMในเม็กซิโกซิตี้ เขาเป็นสมาชิกผู้ก่อตั้งสถาบันซานตาเฟในนิวเม็กซิโกซึ่งเขายังดำรงตำแหน่งเป็นสมาชิกคณะกรรมการวิทยาศาสตร์เป็นเวลาหลายปี^{[ 4 ] [ 5 ]}

ไบรอัน กูดวินเสียชีวิตในโรงพยาบาลในปี 2552 หลังจากการผ่าตัดอันเนื่องมาจากการตกจากจักรยาน^{[ 6 ]}กูดวินมีภรรยาคนที่สามชื่อคริสเตล และลูกสาวชื่อลินน์

หลังจากที่François JacobและJacques Monodพัฒนาแบบจำลองการควบคุมยีนเป็นครั้งแรก Goodwin ก็ได้เสนอแบบจำลองแรกของออสซิลเลเตอร์ทางพันธุกรรม โดยแสดงให้เห็นว่าปฏิสัมพันธ์การควบคุมระหว่างยีนทำให้เกิดความผันผวนเป็นคาบได้ หลังจากที่แบบจำลองนี้ได้รับการตีพิมพ์ไม่นาน เขาก็ได้กำหนดทฤษฎีทั่วไปของเครือข่ายการควบคุมยีน ที่ซับซ้อน โดยใช้กลศาสตร์เชิงสถิติในรูปแบบที่ง่ายที่สุด ออสซิลเลเตอร์ของ Goodwin เกี่ยวข้องกับยีนเดี่ยวที่ยับยั้งตัวเอง สมการของ Goodwin เดิมทีถูกกำหนดขึ้นในแง่ของระบบอนุรักษ์ (Hamiltonian) ดังนั้นจึงไม่ได้คำนึงถึงผลกระทบของการกระจายพลังงานซึ่งจำเป็นในแนวทางที่สมจริงต่อปรากฏการณ์การควบคุมในทางชีววิทยา มีการพัฒนาหลายเวอร์ชันนับตั้งแต่นั้นมา สูตรที่ง่ายที่สุด (แต่สมจริง) พิจารณาตัวแปรสามตัว คือ X, Y และ Z ซึ่งบ่งชี้ถึงความเข้มข้นของRNA โปรตีนและผลิตภัณฑ์สุดท้ายที่สร้างวงจรป้อนกลับ เชิง ลบ สมการคือ

${\displaystyle {\frac {dX}{dt}}={k_{1} \over K_{1}+Z^{n}}-k_{2}X}$

${\displaystyle {\frac {dY}{dt}}=k_{3}X-k_{4}Y}$

${\displaystyle {\frac {dZ}{dt}}=k_{5}Y-k_{6}Z}$

และการสั่นแบบปิดสามารถเกิดขึ้นได้สำหรับ n>8 และมีพฤติกรรมเหมือนวงจรจำกัด : หลังจากที่สถานะของระบบถูกรบกวน ระบบจะกลับไปยังจุดดึงดูดก่อนหน้า การปรับเปลี่ยนแบบจำลองนี้อย่างง่าย โดยการเพิ่มเงื่อนไขอื่นๆ ที่แนะนำขั้นตอนเพิ่มเติมในกลไกการถอดรหัส จะช่วยให้พบการสั่นสำหรับค่า n ที่เล็กลงได้ แบบจำลองของ Goodwin และส่วนขยายของมันถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายตลอดหลายปีที่ผ่านมาในฐานะโครงสร้างพื้นฐานสำหรับแบบจำลองอื่นๆ ของพฤติกรรมการสั่น รวมถึงนาฬิกาชีวภาพการแบ่งเซลล์หรือระบบควบคุมทางสรีรวิทยา

ในสาขาชีววิทยาพัฒนาการกู๊ดวินได้สำรวจการจัดระเบียบตนเองในการสร้างรูปแบบโดยใช้กรณีศึกษาตั้งแต่สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว (เช่นAcetabularia ) ไปจนถึงสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ รวมถึงการพัฒนาในระยะเริ่มต้นของแมลงหวี่เขาเสนอว่าสนามมอร์โฟเจเนติกซึ่งกำหนดในแง่ของการกระจายตัวเชิงพื้นที่ของสัญญาณทางเคมี (มอร์โฟเจน) สามารถสร้างรูปแบบและรูปร่างของตัวอ่อนได้ ด้วยวิธีนี้ เรขาคณิตและการพัฒนาจึงเชื่อมโยงกันผ่านรูปแบบทางคณิตศาสตร์ ร่วมกับลินน์ เทรนอร์ เพื่อนร่วมงานของเขา กู๊ดวินได้พัฒนาชุดสมการทางคณิตศาสตร์ที่อธิบายการเปลี่ยนแปลงของทั้งขอบเขตทางกายภาพในสิ่งมีชีวิตและระดับความเข้มข้นของสารเคมี

โดยพิจารณาพฤติกรรมเชิงกลเคมีของไซโตพลาซึมส่วนเปลือก (หรือไซโตเจล) ของเซลล์พืช ซึ่งเป็นวัสดุหนืดหยุ่นที่ประกอบด้วยไมโครฟิลาเมนต์ของแอคตินเป็นหลักและเสริมด้วยเครือข่ายไมโครทิวบูล Goodwin & Trainor (1985) ได้แสดงให้เห็นถึงวิธีการเชื่อมโยงแคลเซียมและคุณสมบัติเชิงกลของไซโตพลาซึม ไซโตเจลถูกมองว่าเป็นตัวกลางหนืดหยุ่นต่อเนื่องที่ไอออนของแคลเซียมสามารถแพร่กระจายและมีปฏิสัมพันธ์กับโครงสร้างไซโตสเกเลตันได้ แบบจำลองนี้ประกอบด้วยสมการเชิงอนุพันธ์ย่อยแบบไม่เชิงเส้นสองสมการ ซึ่งอธิบายวิวัฒนาการของสนามความเครียดเชิงกลและการกระจายตัวของแคลเซียมในไซโตเจล

มีการแสดงให้เห็นแล้ว (Trainor & Goodwin, 1986) ว่าในช่วงค่าพารามิเตอร์หนึ่งๆ ความไม่เสถียรอาจเกิดขึ้นและพัฒนาขึ้นในระบบนี้ นำไปสู่รูปแบบความเครียดและความเข้มข้นของแคลเซียมภายในเซลล์ สมการในรูปแบบทั่วไปมีดังนี้:

${\displaystyle \rho {\partial ^{2}\xi \over \partial t^{2}}={\partial \over \partial x}\left(P_{1}(\chi ){\partial \xi \over \partial x}\right)+{\partial \over \partial x}\left(P_{2}(\chi ){\partial ^{2}\xi \over \partial x\partial t}\right)-P_{3}(\chi )-F_{0}{\partial \chi \over \partial x}}$

${\displaystyle {\partial \chi \over \partial t}=\left(a_{0}+a{\partial \xi \over \partial x}\right)(K-\chi )-k_{1}(\beta +\chi )\chi ^{n}+D{\partial ^{2}\xi \over \partial x^{2}}}$

สมการเหล่านี้อธิบายพลวัตเชิงพื้นที่และเวลาของการกระจัดจากสถานะอ้างอิงและความเข้มข้นของแคลเซียม ตามลำดับ โดยที่ x และ t คือพิกัดเชิงพื้นที่และเวลา ตามลำดับ สมการเหล่านี้สามารถนำไปใช้กับสถานการณ์ต่างๆ ได้มากมาย และฟังก์ชัน P(x) ที่แตกต่างกันจะนำเสนอคุณสมบัติทางกลเฉพาะของตัวกลาง สมการเหล่านี้สามารถสร้างรูปแบบคงที่และพลวัตที่หลากหลาย ตั้งแต่ลวดลายทางเรขาคณิตที่ซับซ้อนไปจนถึงการสั่นและการอลวน (Briere 1994)

เขายังเป็นผู้สนับสนุนอย่างแข็งขันในมุมมองที่ว่ายีนไม่สามารถอธิบายความซับซ้อนของระบบชีวภาพได้อย่างสมบูรณ์ ในแง่นั้น เขาจึงกลายเป็นหนึ่งในผู้ปกป้องมุมมองเชิงระบบที่แข็งแกร่งที่สุดต่อต้านลัทธิลดทอนนิยม เขาเสนอว่าปรากฏการณ์ที่ไม่เป็นเชิงเส้นและกฎพื้นฐานที่กำหนดพฤติกรรมของปรากฏการณ์เหล่านั้นมีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจชีววิทยาและเส้นทางการวิวัฒนาการ ตำแหน่งของเขาในชีววิทยาเชิงวิวัฒนาการสามารถนิยามได้ว่าเป็น แบบ โครงสร้างนิยมสำหรับกูดวินรูปแบบต่างๆ ในธรรมชาติ จำนวนมาก เป็นผลพลอยได้จากข้อจำกัดที่เกิดจากความซับซ้อน รูปแบบของลวดลายที่จำกัดที่สังเกตได้ในการจัดระเบียบเชิงพื้นที่ของพืชและสัตว์ (ในบางระดับ) นั้น ในความคิดของกูดวิน จะเป็นร่องรอยของบทบาทที่ข้อจำกัดเหล่านั้นมีส่วนเกี่ยวข้อง บทบาทของการคัดเลือกโดยธรรมชาติจะเป็นรองลงมา

ความคิดเห็นเหล่านี้เป็นที่ถกเถียงกันอย่างมาก และทำให้กูดวินขัดแย้งกับนักวิวัฒนาการแบบดาร์วินที่มีชื่อเสียงหลายคน ในขณะที่นักฟิสิกส์บางคนมองว่าบางมุมมองของเขานั้นเป็นเรื่องธรรมชาติ ตัวอย่างเช่น นักฟิสิกส์เมอร์เรย์ เกลล์-แมนน์ยอมรับว่า "เมื่อวิวัฒนาการทางชีวภาพ ซึ่งอาศัยความแปรผันแบบสุ่มในสารพันธุกรรมและการคัดเลือกโดยธรรมชาติ ดำเนินไปในโครงสร้างของสิ่งมีชีวิตจริง มันจะอยู่ภายใต้กฎของวิทยาศาสตร์กายภาพ ซึ่งกำหนดข้อจำกัดที่สำคัญเกี่ยวกับวิธีการสร้างสิ่งมีชีวิต" ริชาร์ด ดอว์กินส์อดีตศาสตราจารย์ด้านความเข้าใจวิทยาศาสตร์สาธารณะแห่งมหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด และนักวิวัฒนาการแบบดาร์วินที่มีชื่อเสียง ยอมรับว่า "ผมไม่คิดว่าจะมีหลักฐานที่ดีมากนักที่จะสนับสนุน [วิทยานิพนธ์ของเขา] แต่เป็นเรื่องสำคัญที่คนอย่างไบรอัน กูดวินกำลังพูดถึงเรื่องแบบนั้น เพราะมันแสดงถึงอีกด้านหนึ่งของขั้วตรงข้าม และความจริงอาจอยู่ตรงกลางระหว่างสองขั้วนั้น" ดอว์กินส์ยังเห็นด้วยว่า "เป็นความเป็นไปได้ที่น่าสนใจอย่างแท้จริงที่กฎพื้นฐานของสัณฐานวิทยาอนุญาตให้มีรูปร่างได้เพียงช่วงจำกัดเท่านั้น" สำหรับกูดวินเอง เขาไม่ได้ปฏิเสธทฤษฎีวิวัฒนาการของดาร์วินโดยพื้นฐาน เพียงแต่ปฏิเสธเฉพาะส่วนที่เกินเลยไปเท่านั้น

นักชีววิทยาGert Korthofได้ยกย่องงานวิจัยของ Goodwin โดยแสดงความคิดเห็นว่าเขาพยายาม "ปรับปรุงทฤษฎีวิวัฒนาการของดาร์วินในเชิงวิทยาศาสตร์" ^{[ 7 ]} David B. Wakeยังได้วิจารณ์งานวิจัยของ Goodwin ในเชิงบวก โดยอธิบายว่าเขาเป็น "นักวิทยาศาสตร์ที่รอบคอบ หนึ่งในผู้ที่คัดค้านแนวคิดดั้งเดิมของชีววิทยาเชิงวิวัฒนาการ พันธุศาสตร์ และพัฒนาการสมัยใหม่" ^{[ 8 ]}

กูดวินได้โต้แย้งว่าการคัดเลือกโดยธรรมชาติเป็น "แรงที่อ่อนแอเกินไป" ที่จะอธิบายวิวัฒนาการ และทำหน้าที่เป็นเพียงกลไกการกรองเท่านั้น เขาอ้างว่าชีววิทยาวิวัฒนาการสมัยใหม่ล้มเหลวในการให้คำอธิบายสำหรับทฤษฎีรูปแบบทางชีววิทยา และละเลยความสำคัญของการสร้างรูปร่างในวิวัฒนาการ เขาอ้างว่าได้เสนอทฤษฎีวิวัฒนาการใหม่เพื่อแทนที่นีโอ-ดาร์วินิสม์ ในการวิจารณ์เชิงวิพากษ์ นักชีววิทยา แคทเธอรีน เอสซี ไพรซ์ ตั้งข้อสังเกตว่าถึงแม้เขาจะประสบความสำเร็จในการเสนอทางเลือกอื่นนอกเหนือจากการกลายพันธุ์ในฐานะแหล่งที่มาเดียวของความแปรผัน แต่เขาก็ล้มเหลวในการเสนอทางเลือกอื่นนอกเหนือจากการคัดเลือกโดยธรรมชาติในฐานะกลไกของการปรับตัว^{[ 9 ]}ไพรซ์อ้างว่า "การอภิปรายเรื่องวิวัฒนาการของกูดวินนั้นมีอคติ พัฒนาไม่เพียงพอ และขาดข้อมูล" และเขาบิดเบือนดาร์วินิสม์ ใช้ การโต้แย้ง แบบหุ่นฟางและเพิกเฉยต่อการวิจัยจาก พันธุ ศาสตร์ประชากร^{[ 9 ]}

นักชีววิทยาเชิงวิวัฒนาการGünter P. Wagnerอธิบายโครงสร้างนิยมของ Goodwin ว่าเป็น " การเคลื่อนไหว นอกกระแสในชีววิทยาเชิงวิวัฒนาการ" ^{[ 10 ]}

หนังสือ

• 1963. การจัดระเบียบเชิงเวลาในเซลล์ สำนักพิมพ์ Academic Press, ลอนดอน 1963, ISBN 1376206161
• 1989. ชีววิทยาเชิงทฤษฎี: ลำดับทางพันธุกรรมและวิวัฒนาการสำหรับระบบที่ซับซ้อน ร่วมกับ ปีเตอร์ ซอนเดอร์ส สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเอดินบะระ 1989 ISBN 0-85224-600-5
• 1994. วิศวกรรมเชิงกลของโครงร่างเซลล์ในชีววิทยาการพัฒนา (วารสารนานาชาติทางด้านเซลล์วิทยา)ร่วมกับ Kwang W. Jeon และ Richard J. Gordon, สำนักพิมพ์ Academic Press, ลอนดอน 1994, ISBN 0-12-364553-0
• 1996. รูปแบบและการเปลี่ยนแปลง: หลักการกำเนิดและความสัมพันธ์ในชีววิทยา , สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์, 1996.
• 1997. วิธีที่เสือดาวเปลี่ยนลายจุด: วิวัฒนาการของความซับซ้อน , Scribner, 1994, ISBN 0-02-544710-6(เยอรมัน: Der Leopard, der seine Flecken verliert , Piper, München 1997, ISBN 3-492-03873-5)
• 2001. สัญญาณแห่งชีวิต: ความซับซ้อนแผ่ซ่านไปทั่วชีววิทยาร่วมกับ ริคาร์ด วี. โซเล่, สำนักพิมพ์เบสิก บุ๊คส์, 2001, ISBN 0-465-01927-7
• 2007. Nature's Due: Healing Our Fragmented Culture , Floris Books, 2007, ISBN 0-86315-596-0

บทความทางวิทยาศาสตร์ที่คัดเลือก

• Goodwin, BC 1965, "พฤติกรรมการสั่นในกระบวนการควบคุมเอนไซม์", Adv. Enz. Reg. 3: 425-428.
• Goodwin BC 1978, "มุมมองเชิงปัญญาของกระบวนการทางชีววิทยา" J Soc Biol Structures 1:117-125
• Gordon, DM, Goodwin, BC และ Trainor LEH 1992, "แบบจำลองการกระจายแบบขนานของพฤติกรรมของอาณานิคมมด", J. Theor. Biol. 156, 293-307.
• 1997, "การจัดระเบียบและความไม่เป็นระเบียบตามเวลาในสิ่งมีชีวิต" ใน: Chronobiology International 14 (5): 531-536 1997
• Goodwin BC, 1978 "มุมมองเชิงปัญญาของกระบวนการทางชีววิทยา" J. Soc. Biol. Struct. 1, 117-125.
• 2000, "ชีวิตของรูปแบบ รูปแบบที่เกิดขึ้นใหม่ของการเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยา" ใน: Comptes rendud de la Academie des Science III 323 (1): 15-21 มกราคม 2000
• กู๊ดวินบีซี (2000) ชีวิตของรูปแบบ รูปแบบที่เกิดขึ้นใหม่ของการเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยา Comptes rendus de l'academie des sciencies III - Sciences de la vie-life sciences 323 (1): 15-21
• Goodwin BC. (1997) การจัดระเบียบและความไม่เป็นระเบียบตามเวลาในสิ่งมีชีวิต Chronobiology international 14 (5): 531-536
• Solé, R., O. Miramontes y Goodwin BC. (1993) "ระเบียบและความวุ่นวายในสังคมมด" J. Theor. Biol. 161: 343
• Miramontes, O., R. Solé และ BC Goodwin (1993), พฤติกรรมรวมของเซลลูลาร์อัตโนมัติเคลื่อนที่ที่เปิดใช้งานแบบสุ่ม Physica D 63: 145-160
• Jaeger, J. และ Goodwin BC 2001, "แบบจำลองออสซิลเลเตอร์ของเซลล์สำหรับการก่อตัวของรูปแบบเป็นระยะ" J. Theor. Biol. 213, 71-181
• 2002, "ในเงามืดของวัฒนธรรม" ใน: "ห้าสิบปีข้างหน้า: วิทยาศาสตร์ในครึ่งแรกของศตวรรษที่ 21" บรรณาธิการโดย จอห์น บร็อคแมน, สำนักพิมพ์วินเทจบุ๊คส์, พฤษภาคม 2002, ISBN 0-375-71342-5
• Goodwin B 2005, "ความหมายในวิวัฒนาการ" J. Biol. Phys. Chem. 5, 51–56.

• วิทยาศาสตร์ใหม่แห่งคุณสมบัติ: การสนทนากับไบรอัน กู๊ดวิน
• บทสัมภาษณ์ศาสตราจารย์ไบรอัน กู๊ดวิน