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Integrative biology: linking levels of organization - 29/06/10

Doi : 10.1016/S1631-0691(03)00115-X 
Pierre Auger , Christophe Lett
Laboratoire de biométrie et biologie évolutive, UMR CNRS 5558, université Claude-Bernard, Lyon-1, 43, bd du 11-Novembre-1918, 69622 Villeurbanne cedex, France 

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Abstract

Biological systems are composed of different levels of organization. Usually, one considers the atomic, molecular, cellular, individual, population, community and ecosystem levels. These levels of organization also correspond to different levels of observation of the system, from microscopic to macroscopic, i.e., to different time and space scales. The more microscopic the level is, the faster the time scale and the smaller the space scale are. The dynamics of the complete system is the result of the coupled dynamical processes that take place in each of its levels of organization at different time scales. Variables aggregation methods take advantage of these different time scales to reduce the dimension of mathematical models such as a system of ordinary differential equations. We are going to study the dynamics of a system which is hierarchically organized in the sense that it is composed of groups of elements that can be themselves divided into further smaller sub-groups and so on. The hierarchical structure of the system results from the fact that the intra-group interactions are assumed to be larger than inter-group ones. We present aggregation methods that allow one to build a reduced model that governs a few global variables at the slow time scale. To cite this article: P. Auger, C. Lett, C. R. Biologies 326 (2003).

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Résumé

Les systèmes biologiques sont composés de différents niveaux d'organisation. Habituellement, les niveaux de l'atome, de la molécule, de la cellule, de l'individu, de la population, de la communauté et de l'écosystème sont considérés. Ces niveaux d'organisation correspondent en fait à des niveaux d'observation différents, c'est-à-dire à des échelles d'espace et de temps différentes : les niveaux plus microscopiques correspondent à des échelles de temps plus rapides et à des échelles d'espace plus petites. Ainsi, la dynamique globale d'un système biologique est le résultat des dynamiques couplées de chacun de ses niveaux d'organisation, dynamiques qui se déroulent à différentes échelles de temps. Les méthodes d'agrégation de variables tirent partie de l'existence de ces différentes échelles de temps afin de réduire la dimension des modèles mathématiques comme les systèmes d'équations différentielles ordinaires. Nous étudierons la dynamique d'un système présentant une structure hiérarchique, c'est-à-dire composée de groupes d'éléments, eux-même constitués de sous-groupes qui peuvent à leur tour être structurés en parties plus petites et ainsi de suite. La structure hiérarchique du système provient du fait que l'on suppose que les interactions intra-groupe sont rapides par rapport aux interactions de type inter-groupe. Nous présenterons la méthode d'agrégation qui permet de construire un modèle global gouvernant la dynamique de quelques variables macroscopiques à une échelle de temps lente. Pour citer cet article : P. Auger, C. Lett, C. R. Biologies 326 (2003).

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : hierarchy, global variables, aggregation, dynamical system

Mots-clé : hiérarchie, variables globales, agrégation, système dynamique


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Vol 326 - N° 5

P. 517-522 - mai 2003 Retour au numéro
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  • Metabolic analysis in drug design
  • Athel Cornish-Bowden, Marı́a Luz Cárdenas

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