Ben Scheres legt uit hoe genetische netwerken zorgen voor schoonheid in de natuur. Van vlinderoogvlekken tot de ontwikkeling van ons oog.

1. Zelforganiserende Schoonheid

2. Introductie: regels voor
zelfconstructie
 Simpele regels geven
complexe patronen

3. Simpele regels en feedback geven
complexe patronen
Rule 30 cellular automaton
111 110 101 100 011 010 001 000
current pattern
new state for center cell 0 0 0 1 1 1 1 0
Makkelijk te illustreren in cellulaire automaten

4. Simpele regels geven ‘macro-’
patronen
Cellulaire automaten
Rule110 cellular automaton

5. Zelforganiserende schoonheid
 DNA en informatie netwerken
 Feedback en verstrengeling
 Voorbeelden
 Biologische klok
 Kleurpatronen op vleugels
 Architectuur van de plant
 Finale

6. Architectuur in de Biologie:
 Bouwplan start vanuit enkele cel
 Informatie opgeslagen in coderende
moleculen: DNA
 Hoe?
Mens: ~ 60 miljoen miljard cellen

7. Biologische informatie
 Klassiek ‘dogma’
DNA Eiwitten
Code: ..ACGTAAT.. Vertaalde code: ..QPLIV..

8. Biologisch informatie netwerk
 Informatie ‘verspreid’ over hierachieën:
DNA, eiwit, signalen, structuur…
Kleine
signalen
DNA
~1000 ‘Regel-Eiwitten’:
Transcriptiefactoren (TFs)
`~25000 gewone eiwitten

9. Zelforganiserende schoonheid
 DNA en informatie netwerken
 Feedback en verstrengeling
 Voorbeelden
 Biologische klok
 Kleurpatronen op vleugels
 Architectuur van de plant
 Finale

10. Emergente eigenschap van netwerkje
Centrale
oscillator
Biologische klok!

12. Ontwikkeling: de kip en het ei
 Verschillende gespecialiseerde cellen
gebruiken andere delen van de DNA code

13. Een ‘ei’ transcriptiefactor netwerk
Complexiteit ontvouwt zich geleidelijk

14. Van ei naar ‘kip’….en van ‘kip’ naar ei
Transcriptiefactor netwerk vormt 1 geheel

15. Patronen op vleugels
Meerdere cellen Signaal-eiwit:
wingless
Transcriptie-factoren (TF)
Voor: (1) cel-identiteit
(2) pigment-eiwitten

16. Bouwplan vleugel opzetten…

17. …inkleuren…

18. …: zelfgeprogrammeerde schoonheid
Signaalmolecuul gebruiken

19. Plant architectuur netwerken

20. Groeipunt netwerk componenten
Meerdere cellen Signaalmolecuul:
auxine
Transcriptie-factor (TF) Transport eiwit
voor cel-deling pompt auxine
naar buiten

21. Netwerk componenten in het echt
Auxine pompen
Auxine
Delings TF

22. Netwerk regels
celdeling
celstrekking
differentiatie
celdeling
auxine transport
Emergente eigenschappen?

23. De digitale wortel
pompen auxine TF actie
differentiëren
strekken+dif-
ferentiëren
delen
stamcel
‘simpel’ netwerk  complexe uitkomst

24. 1 extra netwerk regel…
auxine beinvloedt hoeveelheid en richting
transportmoleculen
Emergente eigenschappen?

25. …geeft zelforganisatie
auxine pompen
Digitale en echte
embryo’s:
tijd
pompen
auxine

26. Scheut architectuur

27. Verklaring groeipatronen scheut

28. Zelforganiserende schoonheid
 DNA en informatie netwerken
 Feedback en verstrengeling
 Voorbeelden
 Biologische klok
 Kleurpatronen op vleugels
 Architectuur van de plant
 Finale

29. Evolutie en zelf-organisatie
mutatie, replicatie en selectie 
evolutie

30. Evolutie van Gedrag…
Selectie van stuurprogramma:
Samenwerkende robots!

31. …in simpel neuraal netwerk
Feedback:
Selectie op robots die
effectief bij voedsel blijven

32. Een experiment in netwerk evolutie
Hoeveel ‘zelforganisatie’ kan worden begrepen…
•Door een mens?
•Door een computer?
•Door de mensheid?

33. Conclusies
 Zelf-organisatie - niet chaos - is de kern
van de biologie
 Met wiskunde/informatica naar een
nieuwe ‘netwerk-biologie’
 Het biologisch ontwerp kent zijn eigen
schoonheid : U2!