Примките за обратна връзка са ключова характеристика на системите, върху които тази статия се фокусира, като екосистеми и отделни организми. Те също съществуват в човешкия свят, общности, организации и семейства.
Изкуствените системи от този вид включват роботи със системи за управление, които използват отрицателна обратна връзка, за да поддържат желаните състояния.
Основни характеристики
В адаптивна система параметърът се променя бавно и няма предпочитана стойност. Въпреки това, в саморегулираща се система, стойността на параметъра зависи от историята на динамиката на системата. Едно от най-важните качества на саморегулиращите се системи е способността да се адаптират към ръба на хаоса или способността да се избягва хаоса. Практически казано, като се насочи към ръба на хаоса, без да отива по-далеч, наблюдателят може да действа спонтанно, но без катастрофи. Физиците са доказали, че адаптирането към ръба на хаоса се случва в почти всички системи за обратна връзка. Нека читателят не се учудва на претенциозната терминология, защото подобни теории влияят пряко на теориятахаос.
Практопоеза
Практопоеза като термин, въведен от Данко Николич, е препратка към вид адаптивна или саморегулираща се система, в която автопоезата на организъм или клетка се осъществява чрез алопоетични взаимодействия между неговите компоненти. Те са организирани в поетична йерархия: един компонент създава друг. Теорията предполага, че живите системи показват йерархия от четири такива поетични операции:
еволюция (i) → генна експресия (ii) → несвързани с ген хомеостатични механизми (анапоеза) (iii) → клетъчна функция (iv).
Practopoesis оспорва съвременната доктрина на невронауката, като твърди, че умствените операции се случват предимно на анапоетично ниво (iii), тоест че умовете се появяват от бързи хомеостатични (адаптивни) механизми. Това контрастира с широко разпространеното вярване, че мисленето е синоним на невронна активност (клетъчна функция на ниво iv).
Всяко по-ниско ниво съдържа знания, които са по-общи от по-високото ниво. Например, гените съдържат по-общи познания от анапоетичните механизми, които от своя страна съдържат по-общи знания от клетъчните функции. Тази йерархия на знанието позволява на анапоетичното ниво директно да съхранява понятията, необходими за появата на ума.
Сложна система
Сложната адаптивна система е сложен механизъм, при който перфектното разбиране на отделните части не осигурява автоматично перфектно разбиране на цялотодизайни. Изучаването на тези механизми, които са вид подмножество от нелинейни динамични системи, е силно интердисциплинарно и съчетава познанията на природните и социалните науки за разработване на модели и представяния от най-високо ниво, които отчитат хетерогенни фактори, фазов преход и други нюанси.
Те са сложни, тъй като са динамични мрежи от взаимодействия и техните връзки не са колекции от отделни статични обекти, тоест поведението на ансамбъла не се предвижда от поведението на компонентите. Те са адаптивни в това, че индивидуалното и колективното поведение мутират и се самоорганизират според иницииращото промяна микросъбитие или набор от събития. Те са сложна макроскопска колекция от относително сходни и частично свързани микроструктури, оформени да се адаптират към променящата се среда и да подобрят оцеляването им като макроструктура.
Заявление
Терминът "сложни адаптивни системи" (CAS) или науката за сложността често се използва за описание на слабо организираната академична област, която е израснала около изучаването на такива системи. Науката за сложността не е единна теория - тя обхваща повече от една теоретична рамка и е силно интердисциплинарна, търсеща отговори на някои фундаментални въпроси за живите, адаптивни, променящи се системи. Изследванията на CAS се фокусират върху сложните, възникващи и макроскопични свойства на една система. Джон Х. Холанд каза, че CAS са системи, които имат голямброя на компонентите, често наричани агенти, които взаимодействат, адаптират или се учат.
Примери
Типичните примери за адаптивни системи включват:
- климат;
- градове;
- фирми;
- пазари;
- правителства;
- индустрия;
- екосистеми;
- социални мрежи;
- електрически мрежи;
- пакети животни;
- трафик потоци;
- колонии от социални насекоми (напр. мравки);
- мозък и имунна система;
- клетки и развиващ се ембрион.
Но това не е всичко. Също така този списък може да включва адаптивни системи в кибернетиката, които набират все по-голяма популярност. Организации, базирани на социални групи от хора като политически партии, общности, геополитически общности, войни и терористични мрежи, също се считат за CAS. Интернет и киберпространството, съставени, съвместни и управлявани от сложен набор от взаимодействия човек-компютър, също се разглеждат като сложна адаптивна система. CAS може да бъде йерархичен, но винаги ще показва аспекти на самоорганизация по-често. По този начин някои съвременни технологии (например невронни мрежи) могат да бъдат наречени самообучаващи се и самонастройващи се информационни системи.
Разлики
Това, което отличава CAS от чистата многоагентна система (MAS), е вниманието към характеристиките и функциите от най-високо ниво като самоподобие, структурна сложност и самоорганизация. MAS е дефиниранкато система, състояща се от няколко взаимодействащи си агента, докато в CAS агентите и системата са адаптивни, а самата система е самоподобна.
CAS е сложна колекция от взаимодействащи адаптивни агенти. Такива системи се характеризират с висока степен на адаптация, което ги прави необичайно устойчиви на промени, кризи и катастрофи. Това трябва да се има предвид при разработването на адаптивна система.
Други важни свойства са: адаптация (или хомеостаза), комуникация, сътрудничество, специализация, пространствена и времева организация и възпроизвеждане. Те могат да бъдат намерени на всички нива: клетките се специализират, адаптират и се размножават точно както правят по-големите организми. Комуникацията и сътрудничеството се осъществяват на всички нива, от ниво агент до системно ниво. Силите, движещи сътрудничеството между агентите в такава система, могат в някои случаи да бъдат анализирани с помощта на теория на игрите.
Симулация
CAS са адаптивни системи. Понякога те се моделират с помощта на базирани на агенти и сложни мрежови модели. Тези, базирани на агенти, се разработват с помощта на различни методи и инструменти, главно чрез идентифициране на различни агенти в рамките на модела. Друг метод за разработване на модели за CAS включва разработване на сложни мрежови модели чрез използване на данните за взаимодействие на различни CAS компоненти, като например адаптивна комуникационна система.
През 2013гSpringerOpen / BioMed Central стартира онлайн списание с отворен достъп за моделиране на сложни системи (CASM).
Живите организми са сложни адаптивни системи. Макар че сложността е трудно да се определи количествено в биологията, еволюцията е създала някои невероятни организми. Това наблюдение накара общото погрешно схващане за еволюцията да бъде прогресивно.
Стремеж към сложност
Ако горното като цяло беше вярно, еволюцията би имала силна тенденция към сложност. При този тип процеси стойността на най-често срещаната степен на трудност ще нараства с времето. Наистина, някои симулации на изкуствен живот предполагат, че генерирането на CAS е неизбежна характеристика на еволюцията.
Въпреки това, идеята за обща тенденция към сложност в еволюцията може да се обясни и с пасивен процес. Това включва увеличаване на дисперсията, но най-често срещаната стойност, режим, не се променя. Така максималното ниво на трудност се увеличава с времето, но само като косвен продукт от общия брой организми. Този тип произволен процес се нарича също ограничена произволна разходка.
В тази хипотеза очевидната тенденция към усложняване на структурата на организмите е илюзия. Той възниква от концентрирането върху малък брой големи, силно сложни организми, които обитават дясната опашка на разпределението на сложността, и игнорирането на по-простите и много по-често срещаниорганизми. Този пасивен модел подчертава, че по-голямата част от видовете са микроскопични прокариоти, които съставляват около половината от световната биомаса и огромното мнозинство от биоразнообразието на Земята. Следователно простият живот остава доминиращ на Земята, докато сложният живот изглежда по-разнообразен само поради пристрастия към извадката.
Ако в биологията липсва обща тенденция към сложност, това няма да попречи на съществуването на сили, които тласкат системите към сложност в подмножество от случаи. Тези незначителни тенденции ще бъдат уравновесени от друг еволюционен натиск, който тласка системите към по-малко сложни състояния.
Имунна система
Адаптивната имунна система (известна също като придобита или по-рядко специфична имунна система) е подсистема на общата имунна система. Състои се от високоспециализирани клетки и процеси, които елиминират патогените или предотвратяват растежа им. Придобитата имунна система е една от двете основни имунни стратегии при гръбначните животни (другата е вродената имунна система). Придобитият имунитет създава имунологична памет след първоначален отговор към определен патоген и води до засилен отговор при последващи срещи със същия патоген. Този процес на придобит имунитет е в основата на ваксинацията. Подобно на вродената система, придобитата система включва не само компоненти на хуморалния имунитет, но и компоненти на клетъчния имунитет.
История на термина
Терминът "адаптивен" е въведен за първи пътизползван от Робърт Гуд във връзка с реакциите на антитела при жаби като синоним на придобит имунен отговор през 1964 г. Гуд призна, че използва термините взаимозаменяемо, но обясни само, че предпочита да използва термина. Може би той е мислил за тогавашната неправдоподобна теория за образуването на антитела, според която те са пластични и могат да се адаптират към молекулярната форма на антигените, или концепцията за адаптивни ензими, чиято експресия може да бъде причинена от техните субстрати. Фразата е използвана почти изключително от Гуд и неговите ученици, както и от няколко други имунолози, работещи върху маргинални организми до 90-те години на миналия век. Тогава той стана широко използван във връзка с термина "вроден имунитет", който стана популярна тема след откриването на Toll рецепторната система. в Drosophila, преди това маргинален организъм за изучаване на имунологията. Терминът "адаптивен", използван в имунологията, е проблематичен, тъй като придобитите имунни отговори могат да бъдат адаптивни или неадаптивни във физиологичен смисъл. Всъщност, както придобитите, така и имунните реакции могат да бъдат адаптивни и неадаптивни в еволюционен смисъл. Повечето учебници днес използват изключително термина "адаптивен", като се отбелязва, че той е синоним на "придобити".
Биологична адаптация
От откриването класическото значение на придобития имунитет започва да означава антиген-специфичен имунитет, медииран от пренареждания на соматичнигени, които създават антигенни рецептори, които определят клонингите. През последното десетилетие терминът "адаптивен" все повече се прилага към друг клас имунен отговор, който все още не е свързан със соматични генни пренареждания. Те включват експанзия на естествени клетки убийци (NK) с все още необяснима антигенна специфичност, разширяване на NK клетки, експресиращи рецептори, кодирани от зародишна линия, и активиране на други вродени имунни клетки в активирано състояние, което осигурява краткосрочна имунна памет. В този смисъл адаптивният имунитет е по-близо до понятието „активирано състояние“или „хетеростаза“, като по този начин се връща към физиологичния смисъл на „адаптация“към промените в околната среда. Просто казано, днес това е почти синоним на биологична адаптация.
