Petlje za povratne informacije su ključna karakteristika sistema na koje se ovaj članak fokusira, kao što su ekosistemi i pojedinačni organizmi. Oni također postoje u ljudskom svijetu, zajednicama, organizacijama i porodicama.
Veštački sistemi ove vrste uključuju robote sa kontrolnim sistemima koji koriste negativnu povratnu spregu za održavanje željenih stanja.
Ključne karakteristike
U adaptivnom sistemu, parametar se sporo menja i nema željenu vrednost. Međutim, u samoregulišućem sistemu, vrednost parametra zavisi od istorije dinamike sistema. Jedan od najvažnijih kvaliteta samoregulirajućih sistema je sposobnost prilagođavanja ivici haosa, odnosno sposobnost izbjegavanja haosa. Praktično govoreći, krećući se ka ivici haosa bez odlaska dalje, posmatrač može delovati spontano, ali bez katastrofa. Fizičari su dokazali da se prilagođavanje na ivici haosa dešava u gotovo svim sistemima povratne sprege. Neka čitaoca ne čudi pretenciozna terminologija, jer takve teorije direktno utiču na teorijuhaos.
Practopoesis
Praktopoeza kao termin koji je skovao Danko Nikolić je referenca na neku vrstu adaptivnog ili samoregulišućeg sistema u kojem se autopoeza organizma ili ćelije odvija kroz alopoetske interakcije između njegovih komponenti. Oni su organizovani u poetsku hijerarhiju: jedna komponenta stvara drugu. Teorija sugerira da živi sistemi pokazuju hijerarhiju od četiri takve poetske operacije:
evolucija (i) → ekspresija gena (ii) → homeostatski mehanizmi koji nisu povezani sa genom (anapoeza) (iii) → funkcija ćelije (iv).
Practopoesis izaziva modernu doktrinu neuronauke tvrdeći da se mentalne operacije uglavnom dešavaju na anapoetskom nivou (iii), odnosno da umovi izlaze iz brzih homeostatskih (prilagodljivih) mehanizama. Ovo je u suprotnosti sa široko rasprostranjenim uvjerenjem da je razmišljanje sinonim za neuronsku aktivnost (funkcija ćelije na nivou iv).
Svaki niži nivo sadrži znanje koje je opštije od višeg nivoa. Na primjer, geni sadrže općenitije znanje od anapoetskih mehanizama, koji zauzvrat sadrže općenitije znanje od ćelijskih funkcija. Ova hijerarhija znanja omogućava anapoetskom nivou da direktno skladišti koncepte neophodne za nastanak uma.
Složeni sistem
Složeni adaptivni sistem je složen mehanizam u kojem savršeno razumijevanje pojedinačnih dijelova ne osigurava automatski savršeno razumijevanje cjelinedizajni. Proučavanje ovih mehanizama, koji su svojevrsni podskup nelinearnih dinamičkih sistema, visoko je interdisciplinarno i kombinuje znanja prirodnih i društvenih nauka kako bi se razvili modeli i reprezentacije najvišeg nivoa koji uzimaju u obzir heterogene faktore, fazni prelaz i ostale nijanse.
Oni su složeni po tome što su dinamičke mreže interakcija, a njihovi odnosi nisu kolekcije odvojenih statičkih objekata, odnosno ponašanje ansambla nije predviđeno ponašanjem komponenti. Oni su prilagodljivi u tome što individualna i kolektivna ponašanja mutiraju i samoorganiziraju se prema mikro-događaju ili skupu događaja koji iniciraju promjenu. Oni su složena makroskopska zbirka relativno sličnih i djelimično povezanih mikrostruktura, oblikovanih da se prilagode promjenjivom okruženju i poboljšaju njihov opstanak kao makrostrukture.
Prijava
Izraz "kompleksni adaptivni sistemi" (CAS) ili nauka o složenosti često se koristi da opiše labavo organizovano akademsko polje koje je izraslo oko proučavanja takvih sistema. Nauka o složenosti nije jedinstvena teorija – ona pokriva više od jednog teorijskog okvira i visoko je interdisciplinarna, tražeći odgovore na neka fundamentalna pitanja o živim, prilagodljivim, promjenjivim sistemima. CAS istraživanje se fokusira na kompleksna, pojavna i makroskopska svojstva sistema. John H. Holland je rekao da su CAS sistemi koji imaju velikubroj komponenti, koje se često nazivaju agentima, koje komuniciraju, prilagođavaju se ili uče.
Primjeri
Tipični primjeri adaptivnih sistema uključuju:
- klima;
- gradovi;
- firms;
- markets;
- vlade;
- industrija;
- ekosistemi;
- društvene mreže;
- električne mreže;
- pakovanja životinja;
- protoki;
- kolonije društvenih insekata (npr. mravi);
- mozak i imuni sistem;
- ćelije i embrion u razvoju.
Ali to nije sve. Takođe, na ovoj listi se mogu naći i adaptivni sistemi u kibernetici, koji dobijaju sve veću popularnost. Organizacije zasnovane na društvenim grupama ljudi kao što su političke stranke, zajednice, geopolitičke zajednice, ratovi i terorističke mreže takođe se smatraju CAS-om. Internet i sajber prostor, sastavljeni, sarađujući i kojima upravlja složeni skup interakcija između ljudi i računara, takođe se vide kao složeni prilagodljivi sistem. CAS može biti hijerarhijski, ali će uvijek češće pokazivati aspekte samoorganizacije. Tako se neke moderne tehnologije (na primjer, neuronske mreže) mogu nazvati informacionim sistemima koji se samouče i samoprilagođavaju.
Razlike
Ono što razlikuje CAS od čistog sistema sa više agenata (MAS) je pažnja na karakteristike i funkcije najvišeg nivoa kao što su samosličnost, strukturalna složenost i samoorganizacija. MAS je definirankao sistem koji se sastoji od nekoliko agenata koji međusobno djeluju, dok su u CAS-u agenti i sistem prilagodljivi, a sam sistem je sam sebi sličan.
CAS je složena kolekcija adaptivnih agenasa u interakciji. Takve sisteme karakteriše visok stepen adaptacije, što ih čini neobično otpornim na promene, krize i katastrofe. Ovo treba uzeti u obzir prilikom razvoja adaptivnog sistema.
Ostala važna svojstva su: adaptacija (ili homeostaza), komunikacija, saradnja, specijalizacija, prostorna i vremenska organizacija i reprodukcija. Mogu se naći na svim nivoima: ćelije se specijalizuju, prilagođavaju i razmnožavaju baš kao što to čine veći organizmi. Komunikacija i saradnja se odvijaju na svim nivoima, od agenta do nivoa sistema. Sile koje pokreću saradnju između agenata u takvom sistemu mogu se u nekim slučajevima analizirati korišćenjem teorije igara.
Simulacija
CAS su prilagodljivi sistemi. Ponekad se modeliraju korištenjem agenta baziranih i složenih mrežnih modela. One zasnovane na agentima razvijaju se korištenjem različitih metoda i alata, prvenstveno tako što se prvo identificiraju različiti agenti unutar modela. Druga metoda za razvoj modela za CAS uključuje razvoj složenih mrežnih modela korištenjem podataka o interakciji različitih CAS komponenti, kao što je adaptivni komunikacijski sistem.
U 2013SpringerOpen / BioMed Central je pokrenuo onlajn časopis otvorenog pristupa o modeliranju složenih sistema (CASM).
Živi organizmi su složeni adaptivni sistemi. Iako je složenost teško kvantificirati u biologiji, evolucija je proizvela neke nevjerovatne organizme. Ovo zapažanje dovelo je do toga da uobičajena zabluda o evoluciji bude progresivna.
Težnja za složenošću
Da je gore navedeno općenito tačno, evolucija bi imala snažnu tendenciju prema složenosti. U ovoj vrsti procesa, vrijednost najčešćeg stepena težine će se vremenom povećavati. Zaista, neke simulacije umjetnog života sugeriraju da je generiranje CAS-a neizbježna karakteristika evolucije.
Međutim, ideja općeg trenda prema složenosti u evoluciji također se može objasniti pasivnim procesom. Ovo uključuje povećanje varijanse, ali najčešća vrijednost, mod, se ne mijenja. Dakle, maksimalni nivo težine raste s vremenom, ali samo kao indirektan proizvod ukupnog broja organizama. Ovaj tip slučajnog procesa se također naziva ograničenim slučajnim hodanjem.
U ovoj hipotezi, očigledna tendencija kompliciranja strukture organizama je iluzija. Ona proizlazi iz koncentriranja na mali broj velikih, vrlo složenih organizama koji naseljavaju desni rep distribucije složenosti, i ignoriranja jednostavnijih i mnogo češćih.organizmi. Ovaj pasivni model naglašava da su velika većina vrsta mikroskopski prokarioti, koji čine oko polovinu svjetske biomase i veliku većinu biodiverziteta Zemlje. Stoga, jednostavan život ostaje dominantan na Zemlji, dok se složeni život čini raznolikijim samo zbog pristranosti uzorkovanja.
Ako biologiji nedostaje opšta sklonost ka složenosti, to neće spriječiti postojanje sila koje vode sisteme ka složenosti u podskupu slučajeva. Ovi manji trendovi će biti uravnoteženi drugim evolucijskim pritiscima koji vode sisteme ka manje složenim stanjima.
Imuni sistem
Prilagodljivi imuni sistem (takođe poznat kao stečeni ili, rjeđe, specifični imuni sistem) je podsistem opšteg imunološkog sistema. Sastoji se od visoko specijalizovanih ćelija i procesa koji eliminišu patogene ili sprečavaju njihov rast. Stečeni imuni sistem je jedna od dvije glavne imunološke strategije kod kičmenjaka (druga je urođeni imuni sistem). Stečeni imunitet stvara imunološku memoriju nakon početnog odgovora na određeni patogen i dovodi do pojačanog odgovora na kasniji susret s istim patogenom. Ovaj proces stečenog imuniteta je osnova vakcinacije. Kao i urođeni sistem, stečeni sistem uključuje ne samo komponente humoralnog imuniteta, već i komponente ćelijskog imuniteta.
Istorija termina
Izraz "prilagodljiv" je prvi put uvedenkoristio Robert Good u vezi sa odgovorima antitijela kod žaba kao sinonim za stečeni imunološki odgovor 1964. Goode je priznao da je koristio termine naizmjenično, ali je objasnio samo da je više volio da koristi termin. Možda je razmišljao o tada nevjerovatnoj teoriji stvaranja antitijela, u kojoj su ona bila plastična i mogla se prilagoditi molekularnom obliku antigena, ili o konceptu adaptivnih enzima čiji bi ekspresiju mogli izazvati njihovi supstrati. Ovu frazu su koristili gotovo isključivo Goode i njegovi studenti, te nekoliko drugih imunologa koji su radili na marginalnim organizmima do 1990-ih. Zatim je postao naširoko korišćen u sprezi sa terminom "urođeni imunitet", koji je postao popularna tema nakon otkrića sistema Toll receptora. u Drosophila, ranije marginalni organizam za proučavanje imunologije. Termin "prilagodljiv" kako se koristi u imunologiji je problematičan jer stečeni imuni odgovori mogu biti adaptivni ili neprilagođeni u fiziološkom smislu. Zaista, i stečeni i imuni odgovori mogu biti adaptivni i neprilagodljivi u evolucijskom smislu. Većina današnjih udžbenika koristi isključivo izraz "prilagodljivi", uz napomenu da je on sinonim za "stečeno".
Biološka adaptacija
Od otkrića, klasično značenje stečenog imuniteta počelo je značiti antigen-specifičan imunitet posredovan preuređivanjem somatskihgeni koji stvaraju antigen receptore koji definiraju klonove. U posljednjoj deceniji, termin "prilagodljiv" se sve više primjenjuje na drugu klasu imunološkog odgovora koji još nije bio povezan sa somatskim preuređivanjem gena. To uključuje ekspanziju prirodnih ćelija ubica (NK) sa još neobjašnjenom specifičnošću antigena, ekspanziju NK ćelija koje eksprimiraju receptore kodirane zametnom linijom i aktivaciju drugih urođenih imunih ćelija u aktivirano stanje koje obezbeđuje kratkoročnu imunološku memoriju. U tom smislu, adaptivni imunitet je bliži konceptu "aktiviranog stanja" ili "heterostaze", čime se vraća fiziološkom značenju "prilagođavanja" promjenama okoline. Jednostavno rečeno, danas je gotovo sinonim za biološku adaptaciju.
