Contents

1

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1

1.1

What is Bioinformatics? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

1.2

What Can Bioinformatics Do? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

1.3

An Ontology of Bioinformatics

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

1.4

The Organization of This Book . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

Part I

Overview

2

Genotype, Phenotype, and Environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16

3

Regulation and Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19

3.1

The Concept of Machine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19

3.2

Regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19

3.3

Cybernetics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21

3.4

Adaptation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

3.5

The Integrating Rôle of Directive Correlation

. . . . . . . . . . . . . . .

23

3.6

Timescales of Adaptation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24

3.7

The Architecture of Functional Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

25

3.8

Autonomy and Heterarchical Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . .

26

3.9

Biological Information Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

26

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

28

4

Evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

29

4.1

Phylogeny and Evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

30

4.1.1

Group and Kin Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

32

4.1.2

Models of Evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

34

4.2

Evolutionary Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

36

4.3

Evolutionary Computing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

37

4.4

Concluding Remarks on Evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

37

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

38

xv