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at - Automatisierungstechnik

Methoden und Anwendungen der Steuerungs-, Regelungs- und Informationstechnik

Editor-in-Chief: Bretthauer, Georg

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Ein Beitrag zu einer Theorie lebender Zellen (A Contribution towards a Theory of Living Cells)

Olaf Wolkenhauer / Jan-Hendrik S. Hofmeyr

Citation Information: at - Automatisierungstechnik. Volume 56, Issue 5/2008, Pages 225–232, ISSN (Print) 0178-2312, DOI: 10.1524/auto.2008.0707, September 2009

Publication History

Published Online:
2009-09-25

Der folgende Beitrag beschreibt die Systembiologie als eine Verbindung der Systemtheorie mit der Zellbiologie. Die Rolle der Modellierung in der Beschreibung lebender Zellen wird diskutiert. Als Beispiel wird ein abstraktes Mehrebenenmodell einer Zelle entwickelt. Es wird gezeigt, dass eine Ebene elementarer zellulärer Prozesse zur Realisierung von Zellfunktionen und eine Koordinationsebene ausreichend sind, um ein System zu schaffen, das mit Bezug auf Wirkursachen kausal geschlossen ist. Diese Form der Selbstorganisation wird dabei als grundlegendes Kriterium zur Unterscheidung lebender Systeme wie Zellen und Organismen von Maschinen und Computern aufgefasst. Die kausale Geschlossenheit der Zelle wird durch die Definition des Zellmodells als kartesisch geschlossene Kategorie möglich. Es ergibt sich dann die Schlussfolgerung, dass Computersimulationen von Differentialgleichungen zwar zelluläre Prozesse nachbilden können, aber nicht diesen Aspekt der kausalen Geschlossenheit. Der Beitrag endet mit der Diskussion über die Rolle der Systemtheorie in den Lebenswissenschaften.

The following article describes systems biology as a merger of systems theory with cell biology. The role of modelling in the description of living cells is discussed. As an example, an abstract multiple-level model of a cell is developed. It is shown that a level of elementary cellular processes, realising cell functions, and a coordination-level are sufficient to create a system that is closed with respect to efficient causation. This form of self-organisation is thereby considered as basic criterion by which living systems, such as cells and organisms, are distinguished from machines and computers. Die causal closure of the cell is possible through the definition of the cell model as a cartesian closed category. It follows the conclusion that computer simulations of differential equations may be able to reproduce cellular processes but not this aspect of causal closure. The article ends with a discussion about the role of systems theory in the life sciences.

Keywords: System theory; cell biology; systems biology; processes; function; self-organisation; causality

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