Palautesilmukat ovat keskeinen ominaisuus järjestelmissä, joihin tämä artikkeli keskittyy, kuten ekosysteemeihin ja yksittäisiin organismeihin. Niitä on myös ihmisten maailmassa, yhteisöissä, järjestöissä ja perheissä.
Tällaisiin keinotekoisiin järjestelmiin kuuluvat robotit ohjausjärjestelmillä, jotka käyttävät negatiivista palautetta haluttujen tilojen ylläpitämiseen.
Pääominaisuudet
Mukautuvassa järjestelmässä parametri muuttuu hitaasti, eikä sillä ole ensisijaista arvoa. Itsesäätyvässä järjestelmässä parametrin arvo riippuu kuitenkin järjestelmän dynamiikan historiasta. Yksi itsesäätelyjärjestelmien tärkeimmistä ominaisuuksista on kyky sopeutua kaaoksen reunaan tai kyky välttää kaaosta. Käytännössä katsoja voi toimia spontaanisti, mutta suuntaamalla kohti kaaoksen reunaa menemättä pidemmälle. Fyysikot ovat osoittaneet, että sopeutuminen kaaoksen reunaan tapahtuu melkein kaikissa palautejärjestelmissä. Älkää antako lukijaa yllättyä vaativasta terminologiasta, koska tällaiset teoriat vaikuttavat suoraan teoriaankaaos.
Praktopoeesi
Praktopoeesi Danko Nikolicin keksimänä termi viittaa eräänlaiseen mukautuvaan tai itsesäätelevään järjestelmään, jossa organismin tai solun autopoieesi tapahtuu sen komponenttien välisten allopoeettisten vuorovaikutusten kautta. Ne on järjestetty runolliseen hierarkiaan: yksi komponentti luo toisen. Teoria ehdottaa, että elävillä järjestelmillä on neljän tällaisen runollisen operaation hierarkia:
evoluutio (i) → geenin ilmentyminen (ii) → ei-geeneihin liittyvät homeostaattiset mekanismit (anapoieesi) (iii) → solun toiminta (iv).
Praktopoeesi haastaa modernin neurotieteen opin väittämällä, että mielentoiminnot tapahtuvat enimmäkseen anapoeettisella tasolla (iii), toisin sanoen, että mielet syntyvät nopeista homeostaattisista (adaptatiivisista) mekanismeista. Tämä on ristiriidassa sen yleisen käsityksen kanssa, että ajattelu on synonyymi hermotoiminnan (solun toiminta tasolla iv) kanssa.
Jokainen alempi taso sisältää tietoa, joka on yleisempää kuin korkeampi taso. Esimerkiksi geenit sisältävät yleisempää tietoa kuin anapoeettiset mekanismit, jotka puolestaan sisältävät yleisempää tietoa kuin solujen toiminnot. Tämä tiedon hierarkia sallii anapoeettisen tason tallentaa suoraan mielen syntymiselle välttämättömät käsitteet.
Monimutkainen järjestelmä
Monimutkainen mukautuva järjestelmä on monimutkainen mekanismi, jossa yksittäisten osien täydellinen ymmärtäminen ei automaattisesti anna täydellistä ymmärrystä kokonaisuudestamallit. Näiden mekanismien, jotka ovat eräänlainen epälineaaristen dynaamisten järjestelmien osajoukko, tutkimus on erittäin monitieteistä ja yhdistää luonnon- ja yhteiskuntatieteiden tietämyksen kehittääkseen korkeimman tason malleja ja esityksiä, jotka ottavat huomioon heterogeeniset tekijät, faasisiirtymät ja muita vivahteita.
Ne ovat monimutkaisia siinä mielessä, että ne ovat dynaamisia vuorovaikutuksen verkostoja, eivätkä niiden suhteet ole erillisten staattisten objektien kokoelmia, toisin sanoen komponenttien käyttäytyminen ei ennusta kokonaisuuden käyttäytymistä. Ne ovat mukautuvia siinä mielessä, että yksilölliset ja kollektiiviset käyttäytymiset muuntuvat ja organisoituvat muutoksen käynnistävän mikrotapahtuman tai tapahtumasarjan mukaan. Ne ovat monimutkainen makroskooppinen kokoelma suhteellisen samank altaisia ja osittain toisiinsa liittyviä mikrorakenteita, jotka on muotoiltu mukautumaan muuttuvaan ympäristöön ja parantamaan niiden selviytymistä makrorakenteena.
Hakemus
Termiä "kompleksiset mukautuvat järjestelmät" (CAS) tai monimutkaisuuden tiedettä käytetään usein kuvaamaan löyhästi organisoitunutta akateemista alaa, joka on kasvanut tällaisten järjestelmien tutkimuksen ympärille. Monimutkaisuustiede ei ole yksittäinen teoria - se kattaa useamman kuin yhden teoreettisen viitekehyksen ja on erittäin monitieteistä ja etsii vastauksia joihinkin peruskysymyksiin elävistä, mukautuvista ja muuttuvista järjestelmistä. CAS-tutkimus keskittyy järjestelmän monimutkaisiin, ilmeneviin ja makroskooppisiin ominaisuuksiin. John H. Holland sanoi, että CAS ovat järjestelmiä, joilla on suuriniiden komponenttien määrä, joita usein kutsutaan agenteiksi ja jotka ovat vuorovaikutuksessa, mukautuvat tai oppivat.
Esimerkkejä
Tyypillisiä esimerkkejä mukautuvista järjestelmistä ovat:
- ilmasto;
- kaupungit;
- yritykset;
- markkinat;
- hallitukset;
- teollisuus;
- ekosysteemit;
- sosiaaliset verkostot;
- sähköverkot;
- eläinlaumat;
- liikennevirrat;
- sosiaaliset hyönteisyhdyskunnat (esim. muurahaiset);
- aivot ja immuunijärjestelmä;
- solut ja kehittyvä alkio.
Mutta siinä ei vielä kaikki. Tämä luettelo voi sisältää myös kybernetiikan mukautuvia järjestelmiä, jotka ovat saamassa yhä enemmän suosiota. CAS:iksi katsotaan myös organisaatiot, jotka perustuvat sosiaalisiin ihmisryhmiin, kuten poliittiset puolueet, yhteisöt, geopoliittiset yhteisöt, sodat ja terroristiverkostot. Internet ja kyberavaruus, jotka muodostuvat, tekevät yhteistyötä ja joita hallitsee monimutkainen joukko ihmisen ja tietokoneen vuorovaikutusta, nähdään myös monimutkaisena mukautuvana järjestelmänä. CAS voi olla hierarkkinen, mutta se näyttää aina useammin itseorganisoitumisen näkökohtia. Joitakin nykyaikaisia teknologioita (esim. hermoverkkoja) voidaan siis kutsua itseoppiviksi ja itsesäätyviksi tietojärjestelmiksi.
Erot
Se, mikä erottaa CAS:n puhtaasta monitoimijärjestelmästä (MAS) on huomion kiinnittäminen huipputason ominaisuuksiin ja toimintoihin, kuten samank altaisuuteen, rakenteelliseen monimutkaisuuteen ja itseorganisoitumiseen. MAS on määriteltyuseista vuorovaikutuksessa olevista aineista koostuvana järjestelmänä, kun taas CAS:ssa agentit ja järjestelmä ovat mukautuvia ja itse järjestelmä on itsensäk altainen.
CAS on monimutkainen kokoelma vuorovaikutuksessa olevia adaptiivisia aineita. Tällaisille järjestelmille on ominaista korkea sopeutumisaste, mikä tekee niistä epätavallisen joustavia muutosten, kriisien ja katastrofien edessä. Tämä tulee ottaa huomioon kehitettäessä mukautuvaa järjestelmää.
Muita tärkeitä ominaisuuksia ovat: sopeutuminen (tai homeostaasi), viestintä, yhteistyö, erikoistuminen, tilallinen ja ajallinen organisoituminen ja lisääntyminen. Niitä löytyy kaikilta tasoilta: solut erikoistuvat, mukautuvat ja lisääntyvät aivan kuten suuret organismit tekevät. Viestintä ja yhteistyö tapahtuu kaikilla tasoilla agentista järjestelmätasolle. Agenttien välistä yhteistyötä tällaisessa järjestelmässä ajavia voimia voidaan joissain tapauksissa analysoida peliteorian avulla.
Simulaatio
CAS ovat mukautuvia järjestelmiä. Joskus ne mallinnetaan agenttipohjaisilla ja monimutkaisilla verkkomalleilla. Agentteihin perustuvia kehitetään erilaisilla menetelmillä ja työkaluilla, ensisijaisesti tunnistamalla ensin eri agentit mallin sisällä. Toinen tapa kehittää malleja CAS:lle on monimutkaisten verkkomallien kehittäminen käyttämällä eri CAS-komponenttien, kuten adaptiivisen viestintäjärjestelmän, vuorovaikutustietoja.
Vuonna 2013SpringerOpen / BioMed Central on julkaissut avoimen pääsyn verkkojulkaisun monimutkaisten järjestelmien mallintamisesta (CASM).
Elävät organismit ovat monimutkaisia mukautuvia järjestelmiä. Vaikka monimutkaisuutta on vaikea mitata biologiassa, evoluutio on tuottanut hämmästyttäviä organismeja. Tämä havainto on saanut yleisen väärinkäsityksen evoluutiosta progressiiviseksi.
pyrkimys monimutkaisuuteen
Jos yllä oleva olisi yleisesti totta, evoluutiolla olisi voimakas taipumus monimutkaistua. Tämän tyyppisessä prosessissa yleisimmän vaikeusasteen arvo kasvaa ajan myötä. Todellakin, jotkut keinotekoisen elämän simulaatiot viittaavat siihen, että CAS-sukupolvi on evoluution väistämätön piirre.
Ajatus evoluution yleisestä monimutkaisuudesta voidaan kuitenkin selittää myös passiivisella prosessilla. Tämä sisältää varianssin kasvattamisen, mutta yleisin arvo, mode, ei muutu. Siten suurin vaikeustaso nousee ajan myötä, mutta vain epäsuorana tuotteena organismien kokonaismäärästä. Tämän tyyppistä satunnaista prosessia kutsutaan myös rajoitetuksi satunnaiseksi kävelyksi.
Tässä hypoteesissa ilmeinen taipumus monimutkaistaa organismien rakennetta on illuusio. Se syntyy keskittymällä pieneen määrään suuria, erittäin monimutkaisia organismeja, jotka elävät monimutkaisuusjakauman oikealla puolella, ja jättämällä huomiotta yksinkertaisempi ja paljon yleisempi.eliöt. Tämä passiivinen malli korostaa, että v altaosa lajeista on mikroskooppisia prokaryootteja, jotka muodostavat noin puolet maailman biomassasta ja v altaosan maapallon biologisesta monimuotoisuudesta. Siksi yksinkertainen elämä pysyy hallitsevana maan päällä, kun taas monimutkainen elämä näyttää monimuotoisemm alta vain näytteenottoharhaisuuden vuoksi.
Jos biologiasta puuttuu yleinen taipumus monimutkaisuuteen, tämä ei estä sellaisten voimien olemassaoloa, jotka ajavat järjestelmiä kohti monimutkaisuutta joissakin tapauksissa. Näitä pieniä suuntauksia tasapainottavat muut evoluutiopaineet, jotka ajavat järjestelmiä kohti vähemmän monimutkaisia tiloja.
Immuunijärjestelmä
Adaptiivinen immuunijärjestelmä (tunnetaan myös nimellä hankittu tai harvemmin spesifinen immuunijärjestelmä) on yleisen immuunijärjestelmän alajärjestelmä. Se koostuu pitkälle erikoistuneista soluista ja prosesseista, jotka poistavat patogeenit tai estävät niiden kasvun. Hankittu immuunijärjestelmä on toinen selkärankaisten kahdesta suurimmasta immuunistrategiasta (toinen on synnynnäinen immuunijärjestelmä). Hankittu immuniteetti luo immunologisen muistin alkuperäisen vasteen jälkeen tietylle taudinaiheuttajalle ja johtaa tehostettuun vasteeseen myöhemmissä kohtaamisissa saman patogeenin kanssa. Tämä hankitun immuniteetin prosessi on rokotuksen perusta. Kuten synnynnäinen järjestelmä, hankittu järjestelmä ei sisällä vain humoraalisen immuniteetin komponentteja, vaan myös soluimmuniteetin komponentteja.
Termin historia
Termi "adaptiivinen" otettiin käyttöön ensimmäisen kerranRobert Good käytti sitä liittyen sammakoiden vasta-ainevasteisiin synonyyminä hankitulle immuunivasteelle vuonna 1964. Goode myönsi käyttäneensä termejä vaihtokelpoisesti, mutta selitti vain, että hän mieluummin käyttää termiä. Ehkä hän ajatteli tuolloin epäuskottavaa vasta-aineiden muodostumisen teoriaa, jossa ne olivat plastisia ja pystyivät mukautumaan antigeenien molekyylimuotoon, tai käsitettä adaptiivisista entsyymeistä, joiden ilmentymisen saattoivat aiheuttaa niiden substraatit. Ilmausta käyttivät lähes yksinomaan Goode ja hänen oppilaansa sekä useat muut marginaalisten organismien parissa työskentelevät immunologit 1990-luvulle asti. Sitten sitä käytettiin laaj alti yhdessä termin "luonnollinen immuniteetti" kanssa, josta tuli suosittu aihe Toll-reseptorijärjestelmän löytämisen jälkeen. Drosophilassa, joka oli aiemmin marginaalinen organismi immunologian tutkimuksessa. Termi "adaptiivinen" immunologiassa käytettynä on ongelmallinen, koska hankitut immuunivasteet voivat olla joko adaptiivisia tai epämukavia fysiologisessa mielessä. Itse asiassa sekä hankitut että immuunivasteet voivat olla mukautuvia ja ei-adaptiivisia evolutionaarisessa mielessä. Useimmat oppikirjat käyttävät nykyään yksinomaan termiä "adaptiivinen" ja huomauttavat, että se on synonyymi sanalle "hankittu".
Biologinen sopeutuminen
Löydön jälkeen hankitun immuniteetin klassinen merkitys on alkanut tarkoittaa antigeenispesifistä immuniteettia, jota välittävät somaattiset uudelleenjärjestelytgeenit, jotka luovat antigeenireseptoreita, jotka määrittävät klooneja. Viimeisen vuosikymmenen aikana termiä "adaptiivinen" on sovellettu yhä enemmän toiseen immuunivasteen luokkaan, jota ei ole vielä liitetty somaattisiin geenien uudelleenjärjestelyihin. Näitä ovat luonnollisten tappajasolujen (NK) laajentuminen, joilla on vielä selittämätön antigeenispesifisyys, ituradan koodaamia reseptoreita ilmentävien NK-solujen laajentuminen ja muiden synnynnäisten immuunisolujen aktivoituminen aktivoituun tilaan, joka tarjoaa lyhytaikaisen immuunimuistin. Tässä mielessä adaptiivinen immuniteetti on lähempänä "aktivoidun tilan" tai "heterostaasin" käsitettä, mikä palauttaa "sopeutumisen" fysiologiseen merkitykseen ympäristön muutoksiin. Yksinkertaisesti sanottuna se on nykyään melkein synonyymi biologiselle sopeutumiselle.
