Atsauksmju cilpas ir galvenā šajā rakstā apskatīto sistēmu iezīme, piemēram, ekosistēmas un atsevišķi organismi. Tie pastāv arī cilvēku pasaulē, kopienās, organizācijās un ģimenēs.
Šāda veida mākslīgās sistēmas ietver robotus ar vadības sistēmām, kas izmanto negatīvas atsauksmes, lai uzturētu vēlamos stāvokļus.
Galvenās funkcijas
Adaptīvā sistēmā parametrs mainās lēni, un tam nav vēlamās vērtības. Tomēr pašregulējošā sistēmā parametra vērtība ir atkarīga no sistēmas dinamikas vēstures. Viena no svarīgākajām pašregulējošo sistēmu īpašībām ir spēja pielāgoties haosa robežai jeb spēja izvairīties no haosa. Praktiski runājot, virzoties uz haosa malu, neejot tālāk, novērotājs var rīkoties spontāni, taču bez katastrofām. Fiziķi ir pierādījuši, ka pielāgošanās haosa robežai notiek gandrīz visās atgriezeniskās saites sistēmās. Lai lasītājs nebrīnās par pretenciozu terminoloģiju, jo šādas teorijas tieši ietekmē teorijuhaoss.
Praktopoēze
Praktopoēze kā Danko Nikoliča izdomāts termins ir atsauce uz sava veida adaptīvu vai pašregulējošu sistēmu, kurā organisma vai šūnas autopoēze notiek ar alopoētisku mijiedarbību starp tā sastāvdaļām. Tie ir sakārtoti poētiskā hierarhijā: viena sastāvdaļa rada citu. Teorija liecina, ka dzīvām sistēmām ir četru šādu poētisku darbību hierarhija:
evolūcija (i) → gēnu ekspresija (ii) → ar gēniem nesaistīti homeostatiskie mehānismi (anapoēze) (iii) → šūnu funkcija (iv).
Praktopoēze izaicina mūsdienu neirozinātnes doktrīnu, apgalvojot, ka garīgās darbības galvenokārt notiek anapoētiskā līmenī (iii), tas ir, ka prāti rodas no ātriem homeostatiskiem (adaptīviem) mehānismiem. Tas ir pretrunā ar plaši izplatīto uzskatu, ka domāšana ir sinonīms nervu darbībai (šūnu funkcija iv līmenī).
Katrs zemāks līmenis satur zināšanas, kas ir vispārīgākas par augstāko līmeni. Piemēram, gēni satur vairāk vispārīgu zināšanu nekā anapoētiskie mehānismi, kas savukārt satur vispārīgākas zināšanas nekā šūnu funkcijas. Šī zināšanu hierarhija ļauj anapoētiskajā līmenī tieši glabāt prāta rašanās jēdzienus.
Sarežģīta sistēma
Sarežģīta adaptīvā sistēma ir sarežģīts mehānisms, kurā nevainojama atsevišķu daļu izpratne automātiski nenodrošina perfektu izpratni par visudizaini. Šo mehānismu, kas ir sava veida nelineāru dinamisku sistēmu apakškopa, izpēte ir ļoti starpdisciplināra un apvieno dabas un sociālo zinātņu zināšanas, lai izstrādātu augstākā līmeņa modeļus un reprezentācijas, kas ņem vērā neviendabīgus faktorus, fāzu pāreju un citas nianses.
Tie ir sarežģīti, jo tie ir dinamiski mijiedarbības tīkli, un to attiecības nav atsevišķu statisku objektu kolekcijas, tas ir, ansambļa uzvedību neparedz komponentu uzvedība. Viņi ir adaptīvi, jo individuālā un kolektīvā uzvedība mutē un pašorganizējas atbilstoši mikronotikumam vai notikumu kopumam, kas ierosina izmaiņas. Tās ir sarežģīta makroskopiska salīdzinoši līdzīgu un daļēji saistītu mikrostruktūru kolekcija, kas veidota, lai pielāgotos mainīgajai videi un uzlabotu to kā makrostruktūras izdzīvošanu.
Pieteikums
Termins "sarežģītas adaptīvās sistēmas" (CAS) vai zinātne par sarežģītību bieži tiek lietots, lai aprakstītu vāji organizēto akadēmisko jomu, kas ir izveidojusies ap šādu sistēmu izpēti. Sarežģītības zinātne nav viena teorija – tā aptver vairāk nekā vienu teorētisko ietvaru un ir ļoti starpdisciplināra, meklējot atbildes uz dažiem fundamentāliem jautājumiem par dzīvām, pielāgojamām, mainīgām sistēmām. CAS pētījumi koncentrējas uz sarežģītām, jaunām un makroskopiskām sistēmas īpašībām. Džons H. Holands teica, ka CAS ir sistēmas, kurām ir lielakomponentu skaits, ko bieži dēvē par aģentiem, kas mijiedarbojas, pielāgojas vai mācās.
Piemēri
Tipiski adaptīvo sistēmu piemēri:
- klimats;
- pilsētas;
- firmas;
- tirgi;
- valdības;
- industrija;
- ekosistēmas;
- sociālie tīkli;
- elektriskie tīkli;
- dzīvnieku pakas;
- satiksmes plūsmas;
- sociālās kukaiņu kolonijas (piem., skudras);
- smadzenes un imūnsistēma;
- šūnas un embrijs attīstās.
Bet tas vēl nav viss. Tāpat šajā sarakstā var iekļaut adaptīvās sistēmas kibernētikā, kas gūst arvien lielāku popularitāti. Par CAS tiek uzskatītas arī organizācijas, kuru pamatā ir sociālās cilvēku grupas, piemēram, politiskās partijas, kopienas, ģeopolitiskās kopienas, kari un teroristu tīkli. Internets un kibertelpa, ko veido, sadarbojas un pārvalda sarežģīts cilvēka un datora mijiedarbības kopums, arī tiek uzskatīti par sarežģītu adaptīvu sistēmu. CAS var būt hierarhiska, taču tā vienmēr biežāk parādīs pašorganizācijas aspektus. Tādējādi dažas mūsdienu tehnoloģijas (piemēram, neironu tīkli) var saukt par pašmācībām un pašregulējošām informācijas sistēmām.
Atšķirības
Tas, kas CAS atšķir no tīras vairāku aģentu sistēmas (MAS), ir uzmanība augstākā līmeņa pazīmēm un funkcijām, piemēram, pašlīdzībai, struktūras sarežģītībai un pašorganizācijai. MAS ir definētskā sistēma, kas sastāv no vairākiem mijiedarbīgiem aģentiem, savukārt CAS aģenti un sistēma ir adaptīvas, un pati sistēma ir sev līdzīga.
CAS ir sarežģīta mijiedarbīgu adaptīvo aģentu kolekcija. Šādām sistēmām ir raksturīga augsta pielāgošanās pakāpe, kas padara tās neparasti izturīgas pārmaiņu, krīžu un katastrofu apstākļos. Tas jāņem vērā, izstrādājot adaptīvo sistēmu.
Citas svarīgas īpašības ir: adaptācija (vai homeostāze), komunikācija, sadarbība, specializācija, telpiskā un laika organizācija un reprodukcija. Tos var atrast visos līmeņos: šūnas specializējas, pielāgojas un vairojas tāpat kā lielāki organismi. Komunikācija un sadarbība notiek visos līmeņos, sākot no aģenta līdz sistēmas līmenim. Spēkus, kas veicina sadarbību starp aģentiem šādā sistēmā, dažos gadījumos var analizēt, izmantojot spēļu teoriju.
Simulācija
CAS ir pielāgojamas sistēmas. Dažreiz tie tiek modelēti, izmantojot uz aģentiem balstītus un sarežģītus tīkla modeļus. Tie, kuru pamatā ir aģenti, tiek izstrādāti, izmantojot dažādas metodes un rīkus, galvenokārt, modelī vispirms identificējot dažādus aģentus. Vēl viena CAS modeļu izstrādes metode ietver sarežģītu tīkla modeļu izstrādi, izmantojot dažādu CAS komponentu, piemēram, adaptīvās sakaru sistēmas, mijiedarbības datus.
2013. gadāSpringerOpen/BioMed Central ir izlaidusi atklātas piekļuves tiešsaistes žurnālu par komplekso sistēmu modelēšanu (CASM).
Dzīvie organismi ir sarežģītas adaptīvas sistēmas. Lai gan bioloģijā sarežģītību ir grūti noteikt, evolūcija ir radījusi dažus pārsteidzošus organismus. Šis novērojums ir radījis izplatīto nepareizo priekšstatu par evolūciju, kas ir progresīva.
Tiekšanās pēc sarežģītības
Ja iepriekš teiktais kopumā būtu patiess, evolūcijai būtu izteikta tendence uz sarežģītību. Šāda veida procesā visbiežāk sastopamās grūtības pakāpes vērtība laika gaitā palielināsies. Patiešām, dažas mākslīgās dzīves simulācijas liecina, ka CAS ģenerēšana ir neizbēgama evolūcijas iezīme.
Tomēr ideja par vispārēju tendenci uz sarežģītību evolūcijā ir izskaidrojama arī ar pasīvu procesu. Tas ietver dispersijas palielināšanu, bet visizplatītākā vērtība mode nemainās. Tādējādi maksimālā grūtības pakāpe laika gaitā palielinās, bet tikai kā netiešs rezultāts no kopējā organismu skaita. Šo nejaušības procesa veidu sauc arī par ierobežotu nejaušu iešanu.
Šajā hipotēzē acīmredzamā tendence sarežģīt organismu struktūru ir ilūzija. Tas rodas, koncentrējoties uz nelielu skaitu lielu, ļoti sarežģītu organismu, kas dzīvo sarežģītības sadalījuma labajā pusē, un ignorējot vienkāršāko un daudz izplatītāko.organismiem. Šis pasīvais modelis uzsver, ka lielākā daļa sugu ir mikroskopiski prokarioti, kas veido aptuveni pusi no pasaules biomasas un lielāko daļu Zemes bioloģiskās daudzveidības. Tāpēc vienkārša dzīvība joprojām dominē uz Zemes, savukārt sarežģītā dzīve šķiet daudzveidīgāka tikai izlases novirzes dēļ.
Ja bioloģijai trūkst vispārējas tendences uz sarežģītību, tas nenovērsīs tādu spēku pastāvēšanu, kas dažos gadījumu apakškopā virza sistēmas uz sarežģītību. Šīs nelielās tendences līdzsvaros citi evolūcijas procesi, kas virza sistēmas uz mazāk sarežģītiem stāvokļiem.
Imūnsistēma
Adaptīvā imūnsistēma (pazīstama arī kā iegūtā vai retāk specifiskā imūnsistēma) ir vispārējās imūnsistēmas apakšsistēma. Tas sastāv no ļoti specializētām šūnām un procesiem, kas likvidē patogēnus vai novērš to augšanu. Iegūtā imūnsistēma ir viena no divām galvenajām imūnsistēmas stratēģijām mugurkaulniekiem (otra ir iedzimtā imūnsistēma). Iegūtā imunitāte rada imunoloģisku atmiņu pēc sākotnējās reakcijas uz konkrētu patogēnu un izraisa pastiprinātu reakciju uz turpmākām tikšanās reizēm ar to pašu patogēnu. Šis iegūtās imunitātes process ir vakcinācijas pamatā. Tāpat kā iedzimtā sistēma, arī iegūtā sistēma ietver ne tikai humorālās, bet arī šūnu imunitātes sastāvdaļas.
Termina vēsture
Pirmo reizi tika ieviests termins "adaptīvs". Roberts Guds izmantoja saistībā ar antivielu reakcijām vardēs kā sinonīmu iegūtajai imūnreakcijai 1964. gadā. Guds atzina, ka viņš lietoja šos terminus kā sinonīmus, taču paskaidroja tikai to, ka viņš labprātāk lieto šo terminu. Varbūt viņš domāja par tolaik neticamo antivielu veidošanās teoriju, kurā tās bija plastiskas un varēja pielāgoties antigēnu molekulārajai formai, vai adaptīvo enzīmu koncepciju, kuru izpausmi varētu izraisīt to substrāti. Šo frāzi lietoja gandrīz tikai Guds un viņa studenti, kā arī vairāki citi imunologi, kas līdz 90. gadiem strādāja ar marginālajiem organismiem. Pēc tam to plaši izmantoja kopā ar terminu "iedzimtā imunitāte", kas kļuva par populāru tēmu pēc Toll receptoru sistēmas atklāšanas. Drosofilā, kas iepriekš bija margināls organisms imunoloģijas izpētei. Imunoloģijā lietotais termins "adaptīvs" ir problemātisks, jo iegūtās imūnās atbildes var būt vai nu adaptīvas, vai neadaptīvas fizioloģiskā nozīmē. Patiešām, gan iegūtās, gan imūnās atbildes var būt adaptīvas un neadaptīvas evolūcijas nozīmē. Lielākajā daļā mācību grāmatu mūsdienās tiek izmantots tikai termins "adaptīvs", norādot, ka tas ir sinonīms vārdam "iegūts".
Bioloģiskā adaptācija
Kopš atklāšanas klasiskā iegūtās imunitātes nozīme ir apzīmēta ar antigēnu specifisku imunitāti, ko izraisa somatiskās sistēmas pārkārtošanās.gēni, kas rada antigēnu receptorus, kas nosaka klonus. Pēdējā desmitgadē termins "adaptīvs" arvien vairāk tiek lietots citai imūnās atbildes reakcijai, kas vēl nav saistīta ar somatisko gēnu pārkārtošanos. Tie ietver dabisko slepkavu (NK) šūnu paplašināšanos ar vēl neizskaidrojamu antigēna specifiku, NK šūnu paplašināšanos, kas ekspresē dzimumšūnu kodētus receptorus, un citu iedzimtu imūnšūnu aktivizēšanu aktivizētā stāvoklī, kas nodrošina īslaicīgu imūno atmiņu. Šajā ziņā adaptīvā imunitāte ir tuvāka jēdzienam "aktivizētais stāvoklis" vai "heterostāze", tādējādi atgriežoties pie "adaptācijas" vides izmaiņām fizioloģiskās nozīmes. Vienkārši sakot, šodien tas ir gandrīz sinonīms bioloģiskajai adaptācijai.
