حلقه‌های بازخورد یکی از ویژگی‌های کلیدی سیستم‌هایی هستند که این مقاله روی آنها تمرکز دارد، مانند اکوسیستم‌ها و ارگانیسم‌های منفرد. آنها همچنین در دنیای انسانی، جوامع، سازمان ها و خانواده ها وجود دارند.
سیستم‌های مصنوعی از این نوع شامل ربات‌هایی با سیستم‌های کنترلی است که از بازخورد منفی برای حفظ حالت‌های دلخواه استفاده می‌کنند.
ویژگی های کلیدی
در یک سیستم تطبیقی، پارامتر به آرامی تغییر می کند و مقدار ترجیحی ندارد. با این حال، در یک سیستم خود تنظیم، مقدار پارامتر به تاریخچه دینامیک سیستم بستگی دارد. یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های سیستم‌های خودتنظیمی، توانایی سازگاری با لبه آشوب یا توانایی اجتناب از هرج و مرج است. عملاً، با رفتن به سمت لبه هرج و مرج بدون رفتن بیشتر، ناظر می تواند خود به خود، اما بدون فاجعه عمل کند. فیزیکدانان ثابت کرده اند که سازگاری با لبه هرج و مرج تقریباً در همه سیستم های بازخوردی رخ می دهد. اجازه دهید خواننده از اصطلاحات ادعایی تعجب نکند، زیرا چنین نظریه هایی مستقیماً بر نظریه تأثیر می گذاردهرج و مرج.
Practopoesis
Practopoiesis به عنوان اصطلاحی که توسط Danko Nikolic ابداع شده است اشاره ای به نوعی سیستم تطبیقی یا خودتنظیمی است که در آن اتوپوئزیس یک ارگانیسم یا سلول از طریق فعل و انفعالات آلوپوز بین اجزای آن اتفاق می افتد. آنها در یک سلسله مراتب شاعرانه سازماندهی شده اند: یک جزء دیگری را ایجاد می کند. این نظریه پیشنهاد می کند که سیستم های زنده سلسله مراتبی از چهار عمل شاعرانه را نشان می دهند:
تکامل (i) → بیان ژن (ii) → مکانیسم های هموستاتیک غیر مرتبط با ژن (آناپوئزیس) (iii) → عملکرد سلول (IV).
Practopoesis دکترین علوم اعصاب مدرن را با این استدلال به چالش می‌کشد که عملیات‌های ذهنی عمدتاً در سطح anapoetic (iii) رخ می‌دهند، یعنی ذهن‌ها از مکانیسم‌های هموستاتیک سریع (تطبیقی) بیرون می‌آیند. این در تضاد با این باور عمومی است که تفکر مترادف با فعالیت عصبی است (عملکرد سلول در سطح IV).
هر سطح پایین‌تر حاوی دانشی است که عمومی‌تر از سطح بالاتر است. به عنوان مثال، ژن ها حاوی دانش عمومی بیشتری نسبت به مکانیسم های آناپوئتیک هستند، که به نوبه خود حاوی دانش عمومی بیشتری نسبت به عملکرد سلول هستند. این سلسله مراتب دانش به سطح آنالوایی اجازه می دهد تا به طور مستقیم مفاهیم لازم برای ظهور ذهن را ذخیره کند.
سیستم پیچیده
سیستم تطبیقی پیچیده مکانیزم پیچیده ای است که در آن درک کامل اجزای منفرد به طور خودکار درک کاملی از کل ارائه نمی دهد.طرح ها. مطالعه این مکانیسم‌ها که نوعی زیرمجموعه از سیستم‌های دینامیکی غیرخطی هستند، بسیار بین‌رشته‌ای است و دانش علوم طبیعی و اجتماعی را با هم ترکیب می‌کند تا مدل‌ها و نمایش‌هایی در بالاترین سطح ایجاد کند که عوامل ناهمگن، انتقال فاز و تفاوت های ظریف دیگر.
آنها از این جهت پیچیده هستند که شبکه های پویا از تعاملات هستند، و روابط آنها مجموعه ای از اشیاء ایستا مجزا نیست، یعنی رفتار مجموعه با رفتار اجزا پیش بینی نمی شود. آنها از این جهت سازگار هستند که رفتارهای فردی و جمعی بر اساس یک رویداد خرد یا مجموعه ای از رویدادها جهش می یابند و خود سازماندهی می کنند. آنها یک مجموعه ماکروسکوپی پیچیده از ریزساختارهای نسبتا مشابه و تا حدی مرتبط هستند که برای انطباق با یک محیط در حال تغییر و افزایش بقای خود به عنوان یک ساختار کلان شکل گرفته اند.
برنامه
اصطلاح «سیستم‌های انطباقی پیچیده» (CAS) یا علم پیچیدگی اغلب برای توصیف رشته دانشگاهی سازمان‌یافته ضعیفی که حول مطالعه چنین سیستم‌هایی رشد کرده است، استفاده می‌شود. علم پیچیدگی یک نظریه واحد نیست - بیش از یک چارچوب نظری را پوشش می دهد و بسیار بین رشته ای است و به دنبال پاسخ هایی برای برخی سؤالات اساسی در مورد سیستم های زنده، سازگار و در حال تغییر است. تحقیقات CAS بر روی خواص پیچیده، ظهوری و ماکروسکوپی یک سیستم متمرکز است. جان اچ هالند گفت که CAS سیستم هایی هستند که دارای یک سیستم بزرگ هستندتعداد مؤلفه‌هایی که اغلب به عنوان عامل نامیده می‌شوند، تعامل، تطبیق یا یادگیری دارند.
نمونه
نمونه‌های معمولی از سیستم‌های تطبیقی عبارتند از:
- اقلیم؛
- شهرها;
- شرکتها;
- بازارها;
- دولتها;
- صنعت؛
- اکوسیستم;
- شبکه های اجتماعی؛
- شبکه های الکتریکی؛
- بسته حیوانات؛
- جریان ترافیک؛
- کلنی حشرات اجتماعی (مانند مورچه ها)؛
- مغز و سیستم ایمنی؛
- سلول ها و جنین در حال رشد.
اما این همه ماجرا نیست. همچنین این لیست می تواند شامل سیستم های تطبیقی در سایبرنتیک باشد که روز به روز محبوبیت بیشتری پیدا می کنند. سازمان های مبتنی بر گروه های اجتماعی افراد مانند احزاب سیاسی، جوامع، جوامع ژئوپلیتیکی، جنگ ها و شبکه های تروریستی نیز CAS محسوب می شوند. اینترنت و فضای مجازی که توسط مجموعه پیچیده ای از تعاملات انسان و رایانه تشکیل شده، با هم همکاری و مدیریت می شوند، به عنوان یک سیستم سازگار پیچیده نیز دیده می شوند. CAS می تواند سلسله مراتبی باشد، اما همیشه جنبه های خود سازمان دهی را بیشتر نشان می دهد. بنابراین، برخی از فناوری‌های مدرن (به عنوان مثال، شبکه‌های عصبی) را می‌توان سیستم‌های اطلاعاتی خودآموز و خود تنظیمی نامید.
تفاوت
آنچه که CAS را از یک سیستم چند عاملی خالص (MAS) متمایز می‌کند، توجه به ویژگی‌ها و عملکردهای سطح بالا مانند خود شباهت، پیچیدگی ساختاری و خود سازماندهی است. MAS تعریف شده استبه عنوان یک سیستم متشکل از چندین عامل در حال تعامل است، در حالی که در CAS عوامل و سیستم تطبیقی هستند، و خود سیستم خود مشابه است.
CAS مجموعه پیچیده ای از عوامل تطبیقی متقابل است. چنین سیستم هایی با درجه بالایی از سازگاری مشخص می شوند که آنها را به طور غیرعادی در برابر تغییرات، بحران ها و فجایع انعطاف پذیر می کند. این باید هنگام توسعه یک سیستم تطبیقی در نظر گرفته شود.
خواص مهم دیگر عبارتند از: سازگاری (یا هموستاز)، ارتباط، همکاری، تخصص، سازماندهی مکانی و زمانی و تولید مثل. آنها را می‌توان در همه سطوح یافت: سلول‌ها مانند موجودات بزرگ‌تر متخصص، سازگار و تکثیر می‌شوند. ارتباط و همکاری در همه سطوح، از سطح عامل تا سطح سیستم، رخ می دهد. نیروهای محرک همکاری بین عوامل در چنین سیستمی را می توان در برخی موارد با استفاده از نظریه بازی تجزیه و تحلیل کرد.
شبیه سازی
CAS سیستم های سازگار هستند. گاهی اوقات آنها با استفاده از مدل های شبکه مبتنی بر عامل و پیچیده مدل می شوند. آنهایی که مبتنی بر عامل هستند با استفاده از روش‌ها و ابزارهای مختلف، در درجه اول با شناسایی عوامل مختلف در مدل توسعه می‌یابند. روش دیگر برای توسعه مدل‌های CAS شامل توسعه مدل‌های شبکه پیچیده با استفاده از داده‌های تعامل اجزای مختلف CAS، مانند یک سیستم ارتباطی تطبیقی است.
در سال 2013SpringerOpen / BioMed Central یک مجله آنلاین دسترسی آزاد در مورد مدل سازی سیستم های پیچیده (CASM) راه اندازی کرده است.
موجودات زنده سیستم های سازگار پیچیده ای هستند. در حالی که تعیین کمیت پیچیدگی در زیست شناسی دشوار است، تکامل موجودات شگفت انگیزی را به وجود آورده است. این مشاهدات باعث شده است که تصور غلط رایج در مورد تکامل پیش رونده باشد.
تلاش برای پیچیدگی
اگر موارد فوق به طور کلی درست بود، تکامل تمایل زیادی به پیچیدگی داشت. در این نوع فرآیند، ارزش رایج ترین درجه سختی در طول زمان افزایش می یابد. در واقع، برخی شبیه‌سازی‌های زندگی مصنوعی نشان می‌دهند که تولید CAS یکی از ویژگی‌های اجتناب‌ناپذیر تکامل است.
با این حال، ایده یک روند کلی به سمت پیچیدگی در تکامل نیز می تواند با یک فرآیند منفعل توضیح داده شود. این شامل افزایش واریانس است، اما رایج ترین مقدار، حالت، تغییر نمی کند. بنابراین، حداکثر سطح دشواری در طول زمان افزایش می یابد، اما فقط به عنوان یک محصول غیر مستقیم از تعداد کل موجودات. به این نوع فرآیند تصادفی، پیاده‌روی تصادفی محدود نیز می‌گویند.
در این فرضیه، تمایل آشکار به پیچیده کردن ساختار موجودات یک توهم است. از تمرکز بر تعداد کمی از ارگانیسم‌های بزرگ و بسیار پیچیده که در دم سمت راست توزیع پیچیدگی زندگی می‌کنند و نادیده گرفتن موارد ساده‌تر و بسیار رایج‌تر ناشی می‌شود.ارگانیسم ها این مدل غیرفعال تاکید می کند که اکثریت قریب به اتفاق گونه ها پروکاریوت های میکروسکوپی هستند که حدود نیمی از زیست توده جهان و اکثریت قریب به اتفاق تنوع زیستی زمین را تشکیل می دهند. بنابراین، زندگی ساده بر روی زمین غالب باقی می ماند، در حالی که حیات پیچیده تنها به دلیل سوگیری نمونه گیری متنوع تر به نظر می رسد.
اگر زیست شناسی فاقد گرایش کلی به پیچیدگی باشد، این امر مانع از وجود نیروهایی نمی شود که سیستم ها را به سمت پیچیدگی در زیر مجموعه ای از موارد سوق می دهند. این روندهای جزئی با فشارهای تکاملی دیگری که سیستم ها را به سمت حالت های کمتر پیچیده سوق می دهد، متعادل می شود.
سیستم ایمنی
سیستم ایمنی تطبیقی (همچنین به عنوان سیستم ایمنی اکتسابی یا، به ندرت، سیستم ایمنی خاص شناخته می شود) یک زیر سیستم از سیستم ایمنی عمومی است. این شامل سلول ها و فرآیندهای بسیار تخصصی است که عوامل بیماری زا را از بین می برد یا از رشد آنها جلوگیری می کند. سیستم ایمنی اکتسابی یکی از دو استراتژی ایمنی اصلی در مهره داران است (دیگر سیستم ایمنی ذاتی است). ایمنی اکتسابی پس از پاسخ اولیه به یک پاتوژن خاص، حافظه ایمونولوژیک ایجاد می کند و منجر به افزایش پاسخ به برخوردهای بعدی با همان پاتوژن می شود. این فرآیند ایمنی اکتسابی اساس واکسیناسیون است. مانند سیستم ذاتی، سیستم اکتسابی نه تنها شامل اجزای ایمنی هومورال، بلکه اجزای ایمنی سلولی است.
تاریخچه اصطلاح
اصطلاح "تطبیقی" برای اولین بار معرفی شدرابرت گود در رابطه با پاسخ های آنتی بادی در قورباغه ها به عنوان مترادف پاسخ ایمنی اکتسابی در سال 1964 استفاده کرد. گود تصدیق کرد که از این اصطلاحات به جای یکدیگر استفاده کرده است، اما توضیح داد که ترجیح می دهد از این اصطلاح استفاده کند. شاید او در مورد تئوری غیرقابل قبول تشکیل آنتی‌بادی فکر می‌کرد که در آن آنها پلاستیک بودند و می‌توانستند با شکل مولکولی آنتی‌ژن‌ها سازگار شوند، یا مفهوم آنزیم‌های تطبیقی که بیان آنها می‌تواند ناشی از بسترهای آنها باشد. این عبارت تقریباً به طور انحصاری توسط گود و شاگردانش و چندین ایمونولوژیست دیگر که تا دهه 1990 روی ارگانیسم های حاشیه ای کار می کردند استفاده می شد. سپس به طور گسترده ای در ارتباط با اصطلاح "ایمنی ذاتی" مورد استفاده قرار گرفت، که پس از کشف سیستم گیرنده Toll به یک موضوع محبوب تبدیل شد. در مگس سرکه قبلاً یک ارگانیسم حاشیه ای برای مطالعه ایمونولوژی بود. اصطلاح "تطبیقی" همانطور که در ایمونولوژی استفاده می شود مشکل ساز است زیرا پاسخ های ایمنی اکتسابی می توانند از نظر فیزیولوژیکی سازگار یا ناسازگار باشند. در واقع، هر دو پاسخ اکتسابی و ایمنی می توانند به معنای تکاملی سازگار و غیر انطباقی باشند. اکثر کتاب‌های درسی امروزه به طور انحصاری از اصطلاح «تطبیقی» استفاده می‌کنند و توجه دارند که مترادف با «اکتسابی» است.
سازگاری بیولوژیکی
از زمان کشف، معنای کلاسیک ایمنی اکتسابی به معنای ایمنی اختصاصی آنتی ژن است که با بازآرایی جسمانی انجام می شود.ژن هایی که گیرنده های آنتی ژنی را ایجاد می کنند که کلون ها را تعریف می کنند. در دهه گذشته، اصطلاح "تطبیقی" به طور فزاینده ای برای دسته دیگری از پاسخ های ایمنی به کار رفته است که هنوز با بازآرایی ژن های جسمی مرتبط نبوده اند. اینها شامل گسترش سلول‌های کشنده طبیعی (NK) با ویژگی آنتی‌ژنی هنوز غیرقابل توضیح است، گسترش سلول‌های NK که گیرنده‌های رمزگذاری‌شده با ژرملاین را بیان می‌کنند، و فعال شدن سایر سلول‌های ایمنی ذاتی در حالت فعال شده که حافظه کوتاه‌مدت ایمنی را فراهم می‌کند. از این نظر، مصونیت تطبیقی به مفهوم "حالت فعال" یا "هتروستاز" نزدیکتر است، بنابراین به معنای فیزیولوژیکی "انطباق" با تغییرات محیطی باز می گردد. به زبان ساده، امروزه تقریباً مترادف با سازگاری بیولوژیکی است.
