לולאות משוב הן תכונה מרכזית של המערכות שבהן מתמקד מאמר זה, כגון מערכות אקולוגיות ואורגניזמים בודדים. הם קיימים גם בעולם האנושי, בקהילות, בארגונים ובמשפחות.
מערכות מלאכותיות מהסוג הזה כוללות רובוטים עם מערכות בקרה המשתמשות במשוב שלילי כדי לשמור על המצבים הרצויים.
תכונות עיקריות
במערכת אדפטיבית, הפרמטר משתנה באיטיות ואין לו ערך מועדף. עם זאת, במערכת מווסתת עצמית, ערך הפרמטר תלוי בהיסטוריה של הדינמיקה של המערכת. אחת התכונות החשובות ביותר של מערכות הוויסות העצמי היא היכולת להסתגל לקצה הכאוס, או היכולת להימנע מכאוס. באופן מעשי, על ידי יציאה לקצה הכאוס מבלי ללכת רחוק יותר, הצופה יכול לפעול באופן ספונטני, אך ללא קטסטרופות. פיזיקאים הוכיחו כי הסתגלות לקצה הכאוס מתרחשת כמעט בכל מערכות המשוב. אל הקורא יופתע מטרמינולוגיה יומרנית, כי תיאוריות כאלה משפיעות ישירות על התיאוריהכאוס.
Practopoesis
Practopoiesis כמונח שנטבע על ידי Danko Nikolic הוא התייחסות למעין מערכת אדפטיבית או מווסתת עצמית שבה האוטופואזה של אורגניזם או תא מתרחשת באמצעות אינטראקציות אלופואטיות בין מרכיביו. הם מאורגנים בהיררכיה פואטית: מרכיב אחד יוצר מרכיב אחר. התיאוריה מציעה שמערכות חיות מציגות היררכיה של ארבע פעולות פיוטיות כאלה:
אבולוציה (i) → ביטוי גנים (ii) → מנגנונים הומיאוסטטיים שאינם קשורים לגנים (אנפואזה) (iii) → תפקוד התא (iv).
Practopoesis מאתגר את הדוקטרינה המודרנית של מדעי המוח בטענה שפעולות מנטליות מתרחשות לרוב ברמה האנפואטית (iii), כלומר, המוחות יוצאים ממנגנונים הומאוסטטיים (הסתגלים) מהירים. זה מנוגד לאמונה הרווחת שחשיבה היא שם נרדף לפעילות עצבית (תפקוד תאים ברמה iv).
כל רמה נמוכה יותר מכילה ידע כללי יותר מהרמה הגבוהה יותר. לדוגמה, גנים מכילים יותר ידע כללי מאשר מנגנונים אנפואטיים, שבתורם מכילים ידע כללי יותר מתפקודי התא. היררכיית ידע זו מאפשרת לרמה האנפואטית לאחסן ישירות את המושגים הדרושים להופעת הנפש.
מערכת מורכבת
מערכת מסתגלת מורכבת היא מנגנון מורכב שבו הבנה מושלמת של חלקים בודדים אינה מספקת באופן אוטומטי הבנה מושלמת של השלםעיצובים. חקר המנגנונים הללו, שהם מעין תת-קבוצה של מערכות דינמיות לא-לינאריות, הינו אינטרדיסציפלינרי ביותר ומשלב את הידע של מדעי הטבע והחברה כדי לפתח מודלים וייצוגים ברמה הגבוהה ביותר שלוקחים בחשבון גורמים הטרוגניים, מעבר שלבים ו ניואנסים אחרים.
הם מורכבים בכך שהם רשתות דינמיות של אינטראקציות, והיחסים ביניהם אינם אוספים של אובייקטים סטטיים נפרדים, כלומר, התנהגות האנסמבל אינה צפויה על ידי התנהגות הרכיבים. הם מסתגלים בכך שהתנהגויות אינדיבידואליות וקולקטיביות משתנות ומתארגנות בעצמן על פי מיקרו-אירוע יוזם שינוי או סט של אירועים. הם אוסף מקרוסקופי מורכב של מיקרו-מבנים דומים יחסית וקשורים חלקית, מעוצבים להסתגל לסביבה משתנה ולשפר את הישרדותם כמבנה מאקרו.
Application
המונח "מערכות אדפטיביות מורכבות" (CAS) או מדע המורכבות משמש לעתים קרובות כדי לתאר את התחום האקדמי המאורגן בצורה רופפת שצמח סביב חקר מערכות כאלה. מדע המורכבות אינו תיאוריה אחת - הוא מכסה יותר ממסגרת תיאורטית אחת והוא אינטרדיסציפלינרי ביותר, מחפש תשובות לכמה שאלות בסיסיות על מערכות חיות, ניתנות להתאמה ומשתנות. מחקר CAS מתמקד בתכונות המורכבות, המתעוררות והמקרוסקופיות של מערכת. ג'ון ה. הולנד אמר ש-CAS הן מערכות שיש להן גדולמספר הרכיבים, המכונה לעתים קרובות סוכנים, המקיימים אינטראקציה, מסתגלים או לומדים.
דוגמאות
דוגמאות אופייניות למערכות אדפטיביות כוללות:
- climate;
- cities;
- firms;
- markets;
- ממשלות;
- industry;
- ecosystems;
- רשתות חברתיות;
- רשתות חשמליות;
- חבילות של חיות;
- זורמת תנועה;
- מושבות חרקים חברתיות (למשל נמלים);
- מוח ומערכת החיסון;
- תאים ועובר מתפתח.
אבל זה לא הכל. כמו כן, רשימה זו יכולה לכלול מערכות אדפטיביות בתחום הקיברנטיקה, אשר צוברות יותר ויותר פופולריות. ארגונים המבוססים על קבוצות חברתיות של אנשים כמו מפלגות פוליטיות, קהילות, קהילות גיאופוליטיות, מלחמות ורשתות טרור נחשבים גם ל-CAS. האינטרנט והמרחב הקיברנטי, המורכבים, משתפים פעולה ומנוהלים על ידי מערך מורכב של אינטראקציות בין אדם למחשב, נתפסים גם כמערכת מסתגלת מורכבת. CAS יכול להיות היררכי, אבל הוא תמיד יציג היבטים של ארגון עצמי לעתים קרובות יותר. לפיכך, כמה טכנולוגיות מודרניות (לדוגמה, רשתות עצביות) יכולות להיקרא מערכות מידע למידה עצמית והתאמה עצמית.
הבדלים
מה שמבדיל CAS ממערכת מרובת סוכנים טהורה (MAS) הוא תשומת הלב לתכונות ופונקציות ברמה העליונה כגון דמיון עצמי, מורכבות מבנית וארגון עצמי. MAS מוגדרכמערכת המורכבת ממספר סוכנים המקיימים אינטראקציה, בעוד שב-CAS הסוכנים והמערכת הם אדפטיביים, והמערכת עצמה דומה לעצמה.
CAS הוא אוסף מורכב של סוכנים מסתגלים באינטראקציה. מערכות כאלה מאופיינות בדרגת הסתגלות גבוהה, מה שהופך אותן לעמידות בצורה יוצאת דופן מול שינויים, משברים וקטסטרופות. יש לקחת זאת בחשבון בעת פיתוח מערכת אדפטיבית.
מאפיינים חשובים נוספים הם: הסתגלות (או הומאוסטזיס), תקשורת, שיתוף פעולה, התמחות, ארגון ורבייה במרחב ובזמן. ניתן למצוא אותם בכל הרמות: תאים מתמחים, מסתגלים ומתרבים בדיוק כמו אורגניזמים גדולים יותר. תקשורת ושיתוף פעולה מתרחשים בכל הרמות, מהסוכן ועד לרמת המערכת. את הכוחות המניעים את שיתוף הפעולה בין סוכנים במערכת כזו ניתן במקרים מסוימים לנתח באמצעות תורת המשחקים.
סימולציה
CAS הן מערכות הניתנות להתאמה. לפעמים הם מעוצבים באמצעות מודלים מבוססי סוכן ורשת מורכבים. אלה המבוססים על סוכנים מפותחים בשיטות וכלים שונים, בעיקר על ידי זיהוי תחילה של סוכנים שונים בתוך המודל. שיטה נוספת לפיתוח מודלים עבור CAS כוללת פיתוח מודלים מורכבים של רשתות על ידי שימוש בנתוני האינטראקציה של רכיבי CAS שונים, כגון מערכת תקשורת אדפטיבית.
בשנת 2013SpringerOpen / BioMed Central השיקה יומן מקוון בגישה פתוחה על מודלים של מערכות מורכבות (CASM).
אורגניזמים חיים הם מערכות הסתגלות מורכבות. למרות שקשה לכמת מורכבות בביולוגיה, האבולוציה יצרה כמה אורגניזמים מדהימים. תצפית זו הובילה את התפיסה השגויה הנפוצה לגבי האבולוציה להיות מתקדמת.
חתירה למורכבות
אם האמור לעיל היה נכון בדרך כלל, לאבולוציה הייתה נטייה חזקה למורכבות. בתהליך מסוג זה, הערך של דרגת הקושי הנפוצה ביותר יעלה עם הזמן. אכן, כמה הדמיות חיים מלאכותיות מצביעות על כך שיצירת CAS היא תכונה בלתי נמנעת של האבולוציה.
עם זאת, הרעיון של מגמה כללית למורכבות באבולוציה יכול להיות מוסבר גם בתהליך פסיבי. זה כולל הגדלת השונות, אבל הערך הנפוץ ביותר, mode, אינו משתנה. לפיכך, רמת הקושי המקסימלית עולה עם הזמן, אך רק כתוצר עקיף של המספר הכולל של האורגניזמים. סוג זה של תהליך אקראי נקרא גם הליכה אקראית מוגבלת.
בהשערה זו, הנטייה הברורה לסבך את המבנה של אורגניזמים היא אשליה. זה נובע מהתרכזות במספר קטן של אורגניזמים גדולים ומורכבים ביותר המאכלסים את הזנב הימני של התפלגות המורכבות, והתעלמות מהפשוט והנפוץ הרבה יותר.אורגניזמים. מודל פסיבי זה מדגיש שרובם המכריע של המינים הם פרוקריוטים מיקרוסקופיים, המהווים כמחצית מהביומסה בעולם ואת הרוב המכריע של המגוון הביולוגי של כדור הארץ. לכן, חיים פשוטים נשארים דומיננטיים בכדור הארץ, בעוד חיים מורכבים נראים מגוונים יותר רק בגלל הטיית דגימה.
אם לביולוגיה חסרה נטייה כללית למורכבות, הדבר לא ימנע את קיומם של כוחות המניעים מערכות למורכבות בתת-קבוצה של מקרים. מגמות קטנות אלו יתאזנו על ידי לחצים אבולוציוניים אחרים המניעים מערכות לעבר מצבים פחות מורכבים.
מערכת חיסונית
המערכת החיסונית הסתגלותית (הידועה גם בשם מערכת החיסון הנרכשת או, לעתים רחוקות יותר, מערכת החיסון הספציפית) היא תת-מערכת של מערכת החיסון הכללית. הוא מורכב מתאים ותהליכים מיוחדים ביותר המבטלים פתוגנים או מונעים את צמיחתם. מערכת החיסון הנרכשת היא אחת משתי האסטרטגיות החיסוניות העיקריות בבעלי חוליות (השנייה היא מערכת החיסון המולדת). חסינות נרכשת יוצרת זיכרון אימונולוגי לאחר תגובה ראשונית לפתוגן מסוים ומובילה לתגובה מוגברת למפגשים הבאים עם אותו פתוגן. תהליך זה של חסינות נרכשת הוא הבסיס לחיסון. כמו המערכת המולדת, המערכת הנרכשת כוללת לא רק מרכיבים של חסינות הומורלית, אלא גם מרכיבים של חסינות תאית.
היסטוריית המונח
המונח "אדפטיבי" הוצג לראשונהבשימוש על ידי רוברט גוד ביחס לתגובות נוגדנים בצפרדעים כמילה נרדפת לתגובה חיסונית נרכשת ב-1964. גוד הודה שהוא השתמש במונחים לסירוגין, אבל הסביר רק שהוא מעדיף להשתמש במונח. אולי הוא חשב על התיאוריה הבלתי סבירה אז של יצירת נוגדנים, שבה הם היו פלסטיים ויכולים להסתגל לצורה המולקולרית של אנטיגנים, או על הרעיון של אנזימים מסתגלים שהביטוי שלהם יכול להיגרם על ידי המצעים שלהם. הביטוי שימש כמעט אך ורק על ידי גוד ותלמידיו, ועל ידי כמה אימונולוגים אחרים שעבדו על אורגניזמים שוליים עד שנות ה-90. אחר כך נעשה בו שימוש נרחב בשילוב עם המונח "חסינות מולדת", שהפך לנושא פופולרי לאחר גילוי מערכת קולטני ה-Toll. ב-Drosophila, בעבר אורגניזם שולי לחקר האימונולוגיה. המונח "אדפטיבי" כפי שמשתמשים בו באימונולוגיה הוא בעייתי מכיוון שתגובות חיסון נרכשות יכולות להיות הסתגלותיות או לא מסתגלות במובן הפיזיולוגי. אכן, גם תגובות נרכשות וגם תגובות חיסוניות יכולות להיות אדפטיביות ולא מסתגלות במובן אבולוציוני. רוב ספרי הלימוד כיום משתמשים במונח "אדפטיבי" באופן בלעדי, ומציינים שהוא שם נרדף ל"נרכש".
הסתגלות ביולוגית
מאז הגילוי, המשמעות הקלאסית של חסינות נרכשת מתכוונת לחסינות ספציפית לאנטיגן המתווכת על ידי סידורים מחדש של סומטייםגנים היוצרים קולטנים לאנטיגנים המגדירים שיבוטים. בעשור האחרון, המונח "אדפטיבי" יושם יותר ויותר על סוג אחר של תגובה חיסונית שעדיין לא נקשר לסידורים מחדש של גנים סומטיים. אלה כוללים התרחבות של תאי רוצח טבעי (NK) עם סגוליות אנטיגן שעדיין לא מוסברת, התרחבות של תאי NK המבטאים קולטנים מקודדים בקו נבט והפעלה של תאי חיסון מולדים אחרים למצב מופעל המספק זיכרון חיסוני לטווח קצר. במובן זה, חסינות אדפטיבית קרובה יותר למושג "מצב מופעל" או "הטרוסטזיס", ובכך חוזרת למשמעות הפיזיולוגית של "הסתגלות" לשינויים סביבתיים. במילים פשוטות, היום זה כמעט שם נרדף להסתגלות ביולוגית.
