To the best of our knowledge, it was 1993 that Reddy et al. introduced
Petri nets for the qualitative modelling of biochemical networks. Since that time, just a few
papers appeared every year with similar approaches in order to model and/or analyse biochemical
pathways, dealing with metabolism, gene regulation, or signal transduction, respectively. Only
recently, there seems to be an increasing interest in that research topic, at least as far we
can tell from the total number of published papers.
A quick search through the papers found reveals a quite large variety of Petri net extension,
for qualitative modelling:
- hierarchies,
- colour
as well as for quantitative modelling and simulation:
- time dependency: discrete, continuous, hybrid,
- stochastics,
- self-modification, in different variations, and
- fuzzy Petri nets.
All these kinds of Petri nets are used on all levels of biological abstraction, for example
for the modelling of the relationships between biochemical substances, cell components, cells,
organs, individuals, species, organism classes, and populations.
In chemistry, applications seem to be restricted to the control and regulation of process
technologies and installations. Just Kuroda et al. used Petri nets for modelling more complex
reaction dynamics.
Also, many applications are conceivable in the field of stuff and energy flows, ecological
systems, population dynamics and evolution. Suzuki introduces spatial hybrid Petri nets for that
purpose.
In medicine, the majority of the published applications come from the field of management
processes, for instance the passing on of patients, diagnosis preparation, display preparation,
and therapy. But, there are also a few applications, modelling the development of some diseases.
A central topic of almost all investigated publications is the demonstration of a methodology
how to use Petri nets for the chosen application area, often associated with the presentation of
related software tools. Accordingly, almost all published applications seem to rely on
demonstration examples only. Therefore, a major break through of a Petri net based technology for
modelling and analysis in applications related to biology, chemistry, or medicine can´t be
reported yet.
M. Heiner, I. Koch, J. Will: Model Validation of Biological Pathways Using
Petri Nets - Demonstrated for Apoptosis"; in Priami, Corrado (ed.): Computational Methods in Systems Biology (CMSB 2003), Lect. Notes Comput. Sci. 2602 (2003) 173 und BioSystems 75 (2004) 15 -28
Abstract:
This paper demonstrates the first steps of a new integrating methodology
to develop and analyse models of biological pathways in a systematic manner using well
established Petri net technologies. The whole approach comprises step-wise modelling, animation,
model validation as well as qualitative and quantitative analysis for behaviour prediction. In
this paper, the first phase is addressed - how to develop and validate a qualitative model, which
might be extended afterwards to a quantitative model.
The example used in this paper is devoted
to apoptosis, the genetically programmed cell death. Apoptosis is an essential part of normal
physiology for most metazoan species. Disturbances in the apoptotic process could lead to several
diseases. The signal transduction pathway of apoptosis includes highly complex mechanisms to
control and execute programmed cell death. This paper explains how to model and validate this
pathway using qualitative Petri nets. The results provide a mathematically unique and valid
model enabling the confirmation of known properties as well as new insights in this pathway.
Windenergie (z. B.
Windhamster)
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Thesen:
- Es sollte eine einzige Computer-Programmiersprache möglich sein,
die alle bekannten universellen
Programmiersprachen vereint.
- Es sollte eine Computer-Programmiersprache möglich sein, die
es erlaubt, mathematische
Algorithmen wie durch Formeln und kurzen Text in einem Buch
zu beschreiben.
- Höhere Rechengeschwindigkeiten würden durch neuartige Analogrechner
ermöglicht, die mit Hilfe
z. B. elektrischer, magnetischer oder optischer Felder arbeiten.
- Denk über das Gewinnen von Gewitterblitz-Energie durch Erregen
des Blitzes nach!
- Denk darüber nach, einen lokal begrenzten Windwirbel ähnlich
dem eines Tornados zu erzeugen,
um Windenergie zu gewinnen! (Ich meine nicht den Yen-Tornado-Turm.)
- Denk darüber nach, eine sehr lange Schornsteinröhre an
einem hohen Berg aufzuhängen, um den
Wirkungsgrad eines Aufwindkraftwerkes zu erhöhen!
- Gibt es ein Spray zur Selbstverteidigung, das einen entsetzlich schlechten
Geruch hat (wie
Buttersäure oder Merkaptane)?
- Würde eine überall tragbare kleine Kamera jemanden vor
kriminellen Überfällen schützen? (Ein Schritt dahin ist gemacht mit Handy-Kameras.
Allerdings sind diese noch vom zentralen Funknetz abhängig, und die Bilder oder Filme sind bei
Verlust der Kamera auch weg.)
- Schutz vor Fernzündung einer Bombe könnte durch Verwenden
eines Faradayschen Käfigs
möglich sein.
- Versuche, von einem Flugmodell im Standflug aus Fotos zu machen! (Dies ist mittlerweile wohl realisiert - siehe Quadrocopter und Überwachungsflugdrohnen.)
- Wäre es möglich, die Form eines Dings (Auto, Flugzeug, Tragflügel oder
so) kontinuierlich zu verändern? (Inzwischen gibt es Versuche, die Form von Flugzeugtragflügeln kontinuierlich zu verändern.)
- Wäre das Fischefangen durch Anlocken mit Schall möglich?
Hier würden auch die für die Menschheit so nützlichen Ideen von Google, GoogleEarth,
GoogleMaps, GoogleBooks, Wikipedia, Digitalen Bibliotheken und anderen kostenlosen öffentlichen
Datenbanken (z. B. im Bereich Recht oder Patente) hingehören, ich hielt das damals aber wie viele
andere für finanziell nicht umsetzbar.
Jürgen Will
Wir haften nicht für Internetseiten anderer Anbieter.