Nonlinear dynamics and the spatiotemporal principles of biology

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Die Veranstaltung fokussierte auf nichtlineare Dynamik, stochastische Resonanz und Synchronisation, mit engem Bezug zu biologischen Anwendungen. Bei der Erstellung mathematischer Modelle biologischer Phänomene erfolgt die Beschreibung zunächst über lineare Systeme. Die Einbeziehung nichtlinearer Wechselwirkungen führt zur nichtlinearen Dynamik. Die Kernthemen umfassen Oszillationen, Synchronisation und Rauschen. Die diskutierten Oszillationen reichen von ultradianen zu circadianen Rhythmen und betreffen die Dynamik von Enzymen, Zellen, Organismen und Populationen. Synchronisation wird in verschiedenen Kontexten behandelt, darunter Brownsche Teilchen, Ionenkanäle, Mikroalgen, Wasserflöhe, Zellen in Organen, Neuronen und Planktonpopulationen. Rauschen wird sowohl als Umwelteinfluss als auch als interner Beitrag zu schnellen Dynamiken betrachtet. Diese biologische Variabilität kann raumzeitliche Muster induzieren. Die Frage nach dem evolutionären Nutzen nichtlinearer Phänomene ist zentral; beispielsweise können Oszillationen einen Vorteil durch Zeitreferenzen bieten. Die Beiträge beleuchten funktionale Vorteile in der Synchronisation biologischer Prozesse, dem Einfluss von Rauschen auf Brownsche Motoren und der Krankheitskontrolle. Die nichtlineare Dynamik verleiht lebenden Systemen Robustheit. Alle Beiträge sind in englischer Sprache verfasst.