Buclele de feedback sunt o caracteristică cheie a sistemelor pe care se concentrează acest articol, cum ar fi ecosistemele și organismele individuale. Ele există și în lumea umană, în comunități, organizații și familii.
Sistemele artificiale de acest fel includ roboți cu sisteme de control care folosesc feedback negativ pentru a menține stările dorite.
Funcții cheie
Într-un sistem adaptiv, parametrul se modifică lent și nu are o valoare preferată. Cu toate acestea, într-un sistem de autoreglare, valoarea parametrului depinde de istoricul dinamicii sistemului. Una dintre cele mai importante calități ale sistemelor de autoreglare este capacitatea de a se adapta la marginea haosului sau abilitatea de a evita haosul. Practic vorbind, îndreptându-se spre marginea haosului fără a merge mai departe, observatorul poate acționa spontan, dar fără catastrofe. Fizicienii au dovedit că adaptarea la marginea haosului are loc în aproape toate sistemele de feedback. Cititorul să nu fie surprins de terminologia pretențioasă, pentru că astfel de teorii afectează direct teoriahaos.
Practopoesis
Practopoiesis ca termen inventat de Danko Nikolic este o referire la un fel de sistem adaptativ sau de autoreglare în care autopoieza unui organism sau a unei celule are loc prin interacțiuni alopoetice între componentele sale. Ele sunt organizate într-o ierarhie poetică: o componentă creează alta. Teoria sugerează că sistemele vii prezintă o ierarhie de patru astfel de operații poetice:
evoluție (i) → expresia genei (ii) → mecanisme homeostatice non-gene (anapoieza) (iii) → funcția celulară (iv).
Practopoesis provoacă doctrina neuroștiinței moderne, argumentând că operațiile mentale au loc în mare parte la nivel anapoetic (iii), adică că mințile apar din mecanisme homeostatice (adaptative) rapide. Acest lucru contrastează cu credința larg răspândită că gândirea este sinonimă cu activitatea neuronală (funcția celulară la nivelul iv).
Fiecare nivel inferior conține cunoștințe care sunt mai generale decât nivelul superior. De exemplu, genele conțin cunoștințe mai generale decât mecanismele anapoetice, care la rândul lor conțin cunoștințe mai generale decât funcțiile celulare. Această ierarhie a cunoștințelor permite nivelului anapoetic să stocheze direct conceptele necesare apariției minții.
Sistem complex
Un sistem adaptiv complex este un mecanism complex în care o înțelegere perfectă a părților individuale nu oferă automat o înțelegere perfectă a întreguluidesene. Studiul acestor mecanisme, care sunt un fel de subset de sisteme dinamice neliniare, este extrem de interdisciplinar și combină cunoștințele științelor naturale și sociale pentru a dezvolta modele și reprezentări de cel mai în alt nivel care iau în considerare factorii eterogenei, tranziția de fază și alte nuanțe.
Sunt complexe prin aceea că sunt rețele dinamice de interacțiuni, iar relațiile lor nu sunt colecții de obiecte statice separate, adică comportamentul ansamblului nu este prezis de comportamentul componentelor. Ele sunt adaptative prin aceea că comportamentele individuale și colective se modifică și se auto-organizează în funcție de un microeveniment sau un set de evenimente care inițiază schimbarea. Sunt o colecție macroscopică complexă de microstructuri relativ similare și parțial înrudite, modelate pentru a se adapta unui mediu în schimbare și pentru a le spori supraviețuirea ca macrostructură.
Aplicație
Termenul „sisteme adaptive complexe” (CAS) sau știința complexității este adesea folosit pentru a descrie domeniul academic slab organizat care a crescut în jurul studiului unor astfel de sisteme. Știința complexității nu este o singură teorie - ea acoperă mai mult de un cadru teoretic și este foarte interdisciplinară, căutând răspunsuri la unele întrebări fundamentale despre sistemele vii, adaptabile și în schimbare. Cercetarea CAS se concentrează pe proprietățile complexe, emergente și macroscopice ale unui sistem. John H. Holland a spus că CAS sunt sisteme care au un marenumărul de componente, adesea denumite agenți, care interacționează, se adaptează sau învață.
Exemple
Exemple tipice de sisteme adaptive includ:
- climă;
- orașe;
- firme;
- piețe;
- guverne;
- industrie;
- ecosisteme;
- rețele sociale;
- rețele electrice;
- haite de animale;
- fluxuri de trafic;
- colonii de insecte sociale (de exemplu, furnici);
- creier și sistemul imunitar;
- celule și embrion în curs de dezvoltare.
Dar asta nu este tot. De asemenea, această listă poate include sisteme adaptive în cibernetică, care câștigă din ce în ce mai multă popularitate. Organizațiile bazate pe grupuri sociale de oameni, cum ar fi partidele politice, comunitățile, comunitățile geopolitice, războaiele și rețelele teroriste sunt, de asemenea, considerate CAS. Internetul și spațiul cibernetic, compuse, colaborând și gestionate de un set complex de interacțiuni om-calculator, sunt, de asemenea, văzute ca un sistem adaptativ complex. CAS poate fi ierarhic, dar întotdeauna va arăta mai des aspecte de auto-organizare. Astfel, unele tehnologii moderne (de exemplu, rețelele neuronale) pot fi numite sisteme informaționale de autoînvățare și autoajustare.
Diferențe
Ceea ce distinge CAS de un sistem multi-agent pur (MAS) este atenția acordată caracteristicilor și funcțiilor de nivel superior, cum ar fi auto-asemănarea, complexitatea structurală și auto-organizarea. MAS este definitca un sistem format din mai mulți agenți care interacționează, în timp ce în CAS agenții și sistemul sunt adaptivi, iar sistemul în sine este auto-similar.
CAS este o colecție complexă de agenți adaptativi care interacționează. Astfel de sisteme se caracterizează printr-un grad ridicat de adaptare, ceea ce le face neobișnuit de rezistente în fața schimbărilor, crizelor și catastrofelor. Acest lucru ar trebui să fie luat în considerare la dezvoltarea unui sistem adaptiv.
Alte proprietăți importante sunt: adaptarea (sau homeostazia), comunicarea, cooperarea, specializarea, organizarea și reproducerea spațială și temporală. Ele pot fi găsite la toate nivelurile: celulele se specializează, se adaptează și se înmulțesc la fel cum fac organismele mai mari. Comunicarea și colaborarea are loc la toate nivelurile, de la agent până la nivel de sistem. Forțele care determină cooperarea dintre agenți într-un astfel de sistem pot fi, în unele cazuri, analizate folosind teoria jocurilor.
Simulare
CAS sunt sisteme adaptabile. Uneori, acestea sunt modelate folosind modele de rețea complexe și bazate pe agenți. Cele bazate pe agenți sunt dezvoltate folosind diverse metode și instrumente, în primul rând prin identificarea diferiților agenți în cadrul modelului. O altă metodă de dezvoltare a modelelor pentru CAS implică dezvoltarea unor modele complexe de rețea prin utilizarea datelor de interacțiune a diferitelor componente CAS, cum ar fi un sistem de comunicare adaptiv.
În 2013SpringerOpen / BioMed Central a lansat un jurnal online cu acces deschis despre modelarea sistemelor complexe (CASM).
Organismele vii sunt sisteme adaptative complexe. În timp ce complexitatea este dificil de cuantificat în biologie, evoluția a produs câteva organisme uimitoare. Această observație a făcut ca concepția greșită comună despre evoluție să fie progresivă.
Luptă spre complexitate
Dacă cele de mai sus ar fi în general adevărate, evoluția ar avea o tendință puternică spre complexitate. În acest tip de proces, valoarea celui mai frecvent grad de dificultate va crește în timp. Într-adevăr, unele simulări de viață artificială sugerează că generarea CAS este o caracteristică inevitabilă a evoluției.
Totuși, ideea unei tendințe generale spre complexitate în evoluție poate fi explicată și printr-un proces pasiv. Aceasta include creșterea varianței, dar cea mai comună valoare, modul, nu se schimbă. Astfel, nivelul maxim de dificultate crește în timp, dar numai ca produs indirect al numărului total de organisme. Acest tip de proces aleatoriu se mai numește și mers aleatoriu delimitat.
În această ipoteză, tendința evidentă de a complica structura organismelor este o iluzie. Ea apare din concentrarea asupra unui număr mic de organisme mari, foarte complexe, care locuiesc în coada dreaptă a distribuției complexității și ignorând cele mai simple și mult mai comune.organisme. Acest model pasiv subliniază faptul că marea majoritate a speciilor sunt procariote microscopice, care reprezintă aproximativ jumătate din biomasa lumii și marea majoritate a biodiversității Pământului. Prin urmare, viața simplă rămâne dominantă pe Pământ, în timp ce viața complexă pare mai diversă doar din cauza prejudiciului de eșantionare.
Dacă biologiei îi lipsește o tendință generală spre complexitate, acest lucru nu va împiedica existența unor forțe care conduc sistemele către complexitate într-un subset de cazuri. Aceste tendințe minore vor fi contrabalansate de alte presiuni evolutive care conduc sistemele către stări mai puțin complexe.
Sistemul imunitar
Sistemul imunitar adaptiv (cunoscut și sub denumirea de sistem imunitar dobândit sau, mai rar, specific) este un subsistem al sistemului imunitar general. Constă din celule și procese foarte specializate care elimină agenții patogeni sau împiedică creșterea acestora. Sistemul imunitar dobândit este una dintre cele două strategii imune majore la vertebrate (ceal altă fiind sistemul imunitar înnăscut). Imunitatea dobândită creează o memorie imunologică după un răspuns inițial la un anumit agent patogen și duce la un răspuns sporit la întâlnirile ulterioare cu același agent patogen. Acest proces de imunitate dobândită stă la baza vaccinării. La fel ca sistemul înnăscut, sistemul dobândit include nu numai componente ale imunității umorale, ci și componente ale imunității celulare.
Istoria termenului
Termenul „adaptativ” a fost introdus pentru prima datăfolosit de Robert Good în legătură cu răspunsurile anticorpilor la broaște ca sinonim pentru răspunsul imun dobândit în 1964. Goode a recunoscut că a folosit termenii în mod interschimbabil, dar a explicat doar că a preferat să folosească termenul. Poate că se gândea la teoria de atunci neplauzibilă a formării anticorpilor, în care aceștia erau plastici și se puteau adapta la forma moleculară a antigenelor, sau la conceptul de enzime adaptative a căror expresie ar putea fi cauzată de substraturile lor. Expresia a fost folosită aproape exclusiv de Goode și studenții săi și de câțiva alți imunologi care lucrau pe organisme marginale până în anii 1990. Apoi a devenit utilizat pe scară largă împreună cu termenul „imunitate înnăscută”, care a devenit un subiect popular după descoperirea sistemului receptor Toll. în Drosophila, anterior un organism marginal pentru studiul imunologiei. Termenul „adaptativ” așa cum este utilizat în imunologie este problematic deoarece răspunsurile imune dobândite pot fi fie adaptive, fie dezadaptative în sens fiziologic. Într-adevăr, atât răspunsurile dobândite, cât și cele imune pot fi adaptative și neadaptative într-un sens evolutiv. Majoritatea manualelor din ziua de azi folosesc exclusiv termenul „adaptativ”, menționând că este sinonim cu „dobândit”.
Adaptare biologică
De la descoperire, sensul clasic al imunității dobândite a ajuns să însemne imunitatea specifică antigenului mediată de rearanjamentele somatice.gene care creează receptori antigen care definesc clonele. În ultimul deceniu, termenul „adaptativ” a fost aplicat din ce în ce mai mult unei alte clase de răspuns imun care nu a fost încă asociat cu rearanjamentele genelor somatice. Acestea includ expansiunea celulelor natural killer (NK) cu specificitate antigenului încă neexplicată, extinderea celulelor NK care exprimă receptorii codificați în linia germinativă și activarea altor celule imune înnăscute într-o stare activată care oferă memorie imună pe termen scurt. În acest sens, imunitatea adaptivă este mai apropiată de conceptul de „stare activată” sau „heterostază”, revenind astfel la sensul fiziologic de „adaptare” la schimbările de mediu. Mai simplu spus, astăzi este aproape sinonim cu adaptarea biologică.
