ロイド・デメトリウス
ロイド・デメトリウス
2015年のロイド・デメトリウス
母校ケンブリッジ大学シカゴ大学
知られている進化エントロピーと方向性理論
科学者としてのキャリア
フィールド数学者および理論生物学者
機関ハーバード大学

ロイド・A・デメトリウスは、ハーバード大学生物進化生物学部のアメリカの数学者、理論生物学者である。[ 1 ]彼は進化エントロピーの概念の発見で最もよく知られている。[ 2 ]進化エントロピーは、分子レベル、生物レベル、社会レベルなど、生物組織のさまざまなレベルでの進化プロセスのモデルにおけるダーウィンの適応度を特徴付ける統計パラメータである。進化エントロピーは、統計熱力学におけるギブス・ボルツマン エントロピーの一般化であり、変異と選択による進化の分析的研究である方向性理論の基礎となっている。[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]この理論は、次に応用されている。 a) 老化の進行と寿命の進化。[ 7 ] [ 8 ] b) ガンなどの加齢関連疾患、アルツハイマー病やパーキンソン病などの神経変性疾患の起源と進行。[ 9 ] [ 10 ] c) 協力の進化と不平等の拡大。[ 11 ]

教育

ジャマイカ生まれ。英国ケンブリッジ大学で数学の学士号を取得。1967年にシカゴ大学で数理生物学の博士号を取得。その後、カリフォルニア大学バークレー校で博士研究員を務めた。

キャリア

デメトリウスは、1969年から1979年にかけて、カリフォルニア大学バークレー校、ブラウン大学、ラトガース大学など、米国の複数の数学科で教鞭を執り、また、ゲッティンゲンのマックス・プランク生物物理化学研究所（1980年から1989年）、ベルリンのマックス・プランク分子遺伝学研究所の研究員も務めました。1990年以降、ケンブリッジのハーバード大学生物進化生物学部に客員教授として（1990年から1992年）、その後、集団遺伝学の准教授として勤務しました。マサチューセッツ工科大学（MIT）、パリ大学の客員教授を歴任し、グルノーブル大学の名誉客員教授（Chaire Municipale）も務めました。彼の研究は、エルゴード理論と力学系理論を生物系および社会経済系における進化過程の研究に応用することを含みます。また、量子力学の方法論を細胞における代謝率と世代時間の間の相対成長関係の研究に応用する先駆者でもあります。この研究は、がんや神経変性疾患を代謝性疾患および生体エネルギー疾患として 分析するための数学的基盤となっています。

進化エントロピーと方向性理論

デメトリウスの主な業績は、進化エントロピーの概念の発見と方向性理論の開発である。方向性理論は、高分子、細胞、高等生物などの有機物の集合体の集合的特性と進化のダイナミクスをその微視的構造に基づいて研究するものである。[ 2 ] [ 3 ] [ 5 ]

デメトリウスは、進化のエントロピーがルートヴィヒ・ボルツマンとJWギブスの熱力学的エントロピーと関連していること、そして方向性理論が無機物質の集団的行動を研究する統計力学の自然な拡張であることを示した。

ボルツマンによって発見された統計パラメータである熱力学的エントロピーは、与えられたマクロ状態に対応する瞬間的なミクロ状態の数を記述します。進化的エントロピーは、瞬間的なミクロ状態の時間的進行を特徴付ける軌跡の多重性と関連しています。

熱力学的エントロピーは瞬間的なミクロ状態の構成を記述し、粒子間力の影響を無視する。進化的エントロピーは粒子間力によって誘起される軌道の多重性を記述し、瞬間的なミクロ状態の時間的進行によって定義される。ミクロ状態の数が膨大で、実質的に無限である場合、協力の2つの統計的尺度は正の相関を示す。

現代物理学の柱の一つである統計力学は、無生物の集合体の熱力学的性質をその微細構造から推論することに取り組んでいます。統計的尺度である熱力学的エントロピーに基づくこの理論は、熱力学的エントロピーによって協同性が効果的に測定できる物理系および化学系における集団的挙動の研究に限定されています。

デメトリウスの方向性理論は有機物に関するもので、微細構造を構成する実体間の協同性の尺度として進化エントロピーに基づく現象論的・解析的理論である。これは、統計力学の方法論を生物系における集団的・進化的行動の研究に拡張したものである。

方向性理論の基礎となるのはエントロピー選択原理である。変異と選択のプロセスによる進化エントロピーの変化は、資源賦存量と個体群規模によって決定される。[ 2 ] [ 5 ]

エントロピー選択原理の帰結は進化の基本定理である：[ 2 ] [ 4 ]

I a) 資源の賦存量が乏しく一定である場合、進化エントロピーは増加する

I b) 資源の賦存量が豊富で不安定な場合、進化エントロピーは減少します。

方向性理論と熱力学第二法則

デメトリウスはエントロピー選択原理を利用して、物理学と生物学の境界における長年の問題を解決しました。 ルドルフ・クラウジウスは、熱はより高温の物体からより低温の物体へと自発的に流れるという現象的事実（熱力学第二法則）は、彼がエントロピーと名付けた物質特性の存在を意味することを示しました。ボルツマンの大きな功績は、第二法則の統計力学的根拠でした。ボルツマンの説明は、統計パラメータである熱力学的エントロピーを導入し、この協力性の統計的尺度を現象論的構成概念であるクラウジウスのエントロピーと関連付けることによって達成されました。ボルツマンによる第二法則の説明は、統計力学の有名な定理に基づいていました。

II) 孤立系、つまりエネルギーと物質の流入が遮断された系では、熱力学的エントロピーが増加します。

デメトリウスは、無機物におけるエネルギー変換に関する熱力学の第二法則と、有機物におけるエネルギー変換に関する進化の基本定理を調和させた。[ 2 ] [ 5 ]これは、進化システムを駆動する資源生産率がゼロに近づき、進化システムの自由度の数が無限大に近づくときに、進化エントロピーの方向性原理と第二法則が一致することを確立することによって達成される。[ 2 ] [ 5 ]デメトリウスは、この関係が生命の起源、すなわち固体、液体、気体などの無機物によって定義される非生物的システムから、ダーウィンの進化を可能にする組織化された化学集合体の出現への移行を理解するための概念的枠組みを提供することを示した。[ 2 ]

参照

参考文献

  1. ^ 「ロイド・デメトリウス」Hwpi.harvard.edu .
  2. ^ a b c d e f gデメトリウス、ロイド (2013年9月1日). 「ボルツマン、ダーウィン、方向性理論」.物理学レポート. 530 (1): 1– 85. Bibcode : 2013PhR...530....1D . doi : 10.1016/j.physrep.2013.04.001 .
  3. ^ a b Arnold, Ludwig; Gundlach, Volker Matthias; Demetrius, Lloyd (1994). 「正確率行列の積に対する進化的形式主義」 . Ann. Appl. Probab . 4 (3): 859– 901. doi : 10.1214/aoap/1177004975 .
  4. ^ a bデメトリウス、ロイド、ガンドラック、フォルカー・マティアス（2014年10月20日）「方向性理論と自然選択のエントロピー原理」エントロピー誌16 ( 10): 5428– 5522. Bibcode : 2014Entrp..16.5428D . doi : 10.3390/e16105428 .
  5. ^ a b c d e Lloyd A., Demetrius; Christian, Wolf (2022). 「方向性理論と熱力学第二法則」. Physica A. 598 127325. Bibcode : 2022PhyA..59827325D . doi : 10.1016 /j.physa.2022.127325 . S2CID 247995422 . 
  6. ^ Dietz, Klaus (2005). 「ダーウィンの適応度、進化的エントロピー、方向性理論」. BioEssays . 27 (11): 1097–1101 . doi : 10.1002/bies.20317 . PMID 16237668 . 
  7. ^ Demetrius, L. (2004). 「カロリー制限、代謝率、エントロピー」 . The Journals of Gerontology Series A: Biological Sciences and Medical Sciences . 59 (9): B902– B915. doi : 10.1093/gerona/59.9.B902 . PMID 15472153 . 
  8. ^ショー、ジョナサン（2004年11月1日）「長寿に関する新理論」ハーバード・マガジン。
  9. ^ミュラー＝ユング、ヨアヒム。「Das Streitgespräch: アルツハイマー: Heilung – ウィーナは人間ヴィルクリヒ・ドランですか?」。ファズネット。
  10. ^ 「アルツハイマー病に関する新たな理解」 News.harvard.edu . 2015年2月25日。
  11. ^ファブリツィオ・ジェルマーノ (2022). 「エントロピー、方向性理論、そして所得格差の進化」 .経済行動・組織ジャーナル. 198 : 15–43 . doi : 10.1016/j.jebo.2022.03.017 . hdl : 10230/57605 .
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