Els bucles de retroalimentació són una característica clau dels sistemes en què se centra aquest article, com ara els ecosistemes i els organismes individuals. També existeixen al món humà, comunitats, organitzacions i famílies.
Els sistemes artificials d'aquest tipus inclouen robots amb sistemes de control que utilitzen retroalimentació negativa per mantenir els estats desitjats.
Funcions clau
En un sistema adaptatiu, el paràmetre canvia lentament i no té un valor preferit. Tanmateix, en un sistema d'autoregulació, el valor del paràmetre depèn de la història de la dinàmica del sistema. Una de les qualitats més importants dels sistemes d'autoregulació és la capacitat d'adaptar-se a la vora del caos, o la capacitat d'evitar el caos. Pràcticament parlant, dirigint-se cap a la vora del caos sense anar més lluny, l'observador pot actuar de manera espontània, però sense catàstrofes. Els físics han demostrat que l'adaptació a la vora del caos es produeix en gairebé tots els sistemes de retroalimentació. Que el lector no es sorprengui amb una terminologia pretenciosa, perquè aquestes teories afecten directament la teoriacaos.
Practopoesis
Practopoiesi com a terme encunyat per Danko Nikolic és una referència a una mena de sistema adaptatiu o autorregulador en què l'autopoiesi d'un organisme o cèl·lula es produeix mitjançant interaccions al·lopoètiques entre els seus components. S'organitzen en una jerarquia poètica: un component en crea un altre. La teoria suggereix que els sistemes vius presenten una jerarquia de quatre d'aquestes operacions poètiques:
evolució (i) → expressió gènica (ii) → mecanismes homeostàtics no relacionats amb gens (anapoiesi) (iii) → funció cel·lular (iv).
Practopoesis desafia la doctrina de la neurociència moderna argumentant que les operacions mentals es produeixen majoritàriament a nivell anapoètic (iii), és a dir, que les ments sorgeixen de mecanismes homeostàtics (adaptatius) ràpids. Això contrasta amb la creença generalitzada que pensar és sinònim d'activitat neuronal (funció cel·lular al nivell iv).
Cada nivell inferior conté coneixements més generals que el nivell superior. Per exemple, els gens contenen més coneixement general que els mecanismes anapoètics, que al seu torn contenen més coneixement general que les funcions cel·lulars. Aquesta jerarquia de coneixement permet que el nivell anapoètic emmagatzemi directament els conceptes necessaris per a l'aparició de la ment.
Sistema complex
Un sistema adaptatiu complex és un mecanisme complex en el qual una perfecta comprensió de les parts individuals no proporciona automàticament una perfecta comprensió del conjuntdissenys. L'estudi d'aquests mecanismes, que són una mena de subconjunt de sistemes dinàmics no lineals, és altament interdisciplinari i combina els coneixements de les ciències naturals i socials per desenvolupar models i representacions del més alt nivell que tinguin en compte factors heterogenis, transició de fase i altres matisos.
Són complexos perquè són xarxes dinàmiques d'interaccions, i les seves relacions no són col·leccions d'objectes estàtics separats, és a dir, el comportament del conjunt no està previst pel comportament dels components. Són adaptatius perquè els comportaments individuals i col·lectius muten i s'autoorganitzen segons un microesdeveniment o conjunt d'esdeveniments que inicia el canvi. Són una complexa col·lecció macroscòpica de microestructures relativament similars i parcialment relacionades, dissenyades per adaptar-se a un entorn canviant i millorar la seva supervivència com a macroestructura.
Aplicació
El terme "sistemes adaptatius complexos" (CAS) o la ciència de la complexitat s'utilitza sovint per descriure l'àmbit acadèmic poc organitzat que ha crescut al voltant de l'estudi d'aquests sistemes. La ciència de la complexitat no és una teoria única: cobreix més d'un marc teòric i és altament interdisciplinària, buscant respostes a algunes preguntes fonamentals sobre sistemes vius, adaptables i canviants. La investigació CAS se centra en les propietats complexes, emergents i macroscòpiques d'un sistema. John H. Holland va dir que CAS són sistemes que tenen un granel nombre de components, sovint anomenats agents, que interactuen, s'adapten o aprenen.
Exemples
Els exemples típics de sistemes adaptatius inclouen:
- clima;
- ciutats;
- empreses;
- mercats;
- governs;
- indústria;
- ecosistemes;
- xarxes socials;
- xarxes elèctriques;
- paquetes d'animals;
- fluxos de trànsit;
- colònies d'insectes socials (p. ex. formigues);
- cervell i sistema immunitari;
- cèl·lules i embrió en desenvolupament.
Però això no és tot. A més, aquesta llista pot incloure sistemes adaptatius en cibernètica, que estan guanyant cada cop més popularitat. També es consideren CAS les organitzacions basades en grups socials de persones com ara partits polítics, comunitats, comunitats geopolítiques, guerres i xarxes terroristes. Internet i el ciberespai, composts, col·laborats i gestionats per un conjunt complex d'interaccions home-ordinador, també es veuen com un sistema adaptatiu complex. CAS pot ser jeràrquic, però sempre mostrarà aspectes de l'autoorganització amb més freqüència. Així, algunes tecnologies modernes (per exemple, xarxes neuronals) es poden anomenar sistemes d'informació d'autoaprenentatge i autoajustament.
Diferències
El que distingeix CAS d'un sistema multiagent pur (MAS) és l'atenció a les característiques i funcions de primer nivell, com ara l'autosemblança, la complexitat estructural i l'autoorganització. MAS està definitcom un sistema format per diversos agents que interactuen, mentre que a CAS els agents i el sistema són adaptatius, i el sistema en si és autosimilar.
CAS és una complexa col·lecció d'agents adaptatius interactius. Aquests sistemes es caracteritzen per un alt grau d'adaptació, que els fa inusualment resilients davant els canvis, les crisis i les catàstrofes. Això s'ha de tenir en compte a l'hora de desenvolupar un sistema adaptatiu.
Altres propietats importants són: adaptació (o homeòstasi), comunicació, cooperació, especialització, organització espacial i temporal i reproducció. Es poden trobar a tots els nivells: les cèl·lules s'especialitzen, s'adapten i es multipliquen igual que els organismes més grans. La comunicació i la col·laboració es produeixen a tots els nivells, des de l'agent fins al nivell del sistema. En alguns casos, les forces que impulsen la cooperació entre agents en aquest sistema es poden analitzar mitjançant la teoria de jocs.
Simulació
CAS són sistemes adaptables. De vegades es modelen mitjançant models de xarxa complexos i basats en agents. Els basats en agents es desenvolupen utilitzant diversos mètodes i eines, principalment identificant primer diversos agents dins del model. Un altre mètode per desenvolupar models per a CAS consisteix en desenvolupar models de xarxa complexos mitjançant l'ús de les dades d'interacció de diversos components CAS, com ara un sistema de comunicació adaptatiu.
El 2013SpringerOpen / BioMed Central ha llançat una revista en línia d'accés obert sobre modelització de sistemes complexos (CASM).
Els organismes vius són sistemes adaptatius complexos. Tot i que la complexitat és difícil de quantificar en biologia, l'evolució ha produït alguns organismes sorprenents. Aquesta observació ha fet que la concepció errònia comuna sobre l'evolució sigui progressiva.
Esforçant per la complexitat
Si l'anterior fos generalment cert, l'evolució tindria una forta tendència a la complexitat. En aquest tipus de processos, el valor del grau de dificultat més habitual augmentarà amb el temps. De fet, algunes simulacions de vida artificial suggereixen que la generació CAS és una característica inevitable de l'evolució.
No obstant això, la idea d'una tendència general cap a la complexitat en l'evolució també es pot explicar per un procés passiu. Això inclou augmentar la variància, però el valor més comú, el mode, no canvia. Així, el nivell màxim de dificultat augmenta amb el temps, però només com a producte indirecte del nombre total d'organismes. Aquest tipus de procés aleatori també s'anomena caminada aleatòria limitada.
En aquesta hipòtesi, la tendència òbvia a complicar l'estructura dels organismes és una il·lusió. Sorgeix de concentrar-se en un nombre reduït d'organismes grans i altament complexos que habiten la cua dreta de la distribució de la complexitat, i ignorant els més simples i molt més comuns.organismes. Aquest model passiu subratlla que la gran majoria de les espècies són procariotes microscòpics, que representen aproximadament la meitat de la biomassa mundial i la gran majoria de la biodiversitat de la Terra. Per tant, la vida simple continua sent dominant a la Terra, mentre que la vida complexa sembla més diversa només a causa del biaix de mostreig.
Si la biologia no té una tendència general cap a la complexitat, això no impedirà l'existència de forces que impulsin els sistemes cap a la complexitat en un subconjunt de casos. Aquestes tendències menors es veuran contrapesades per altres pressions evolutives que condueixen els sistemes cap a estats menys complexos.
Sistema immunitari
El sistema immunitari adaptatiu (també conegut com a sistema immunitari adquirit o, més rarament, sistema immunitari específic) és un subsistema del sistema immunitari general. Està format per cèl·lules i processos altament especialitzats que eliminen els patògens o impedeixen el seu creixement. El sistema immunitari adquirit és una de les dues estratègies immunitàries principals en els vertebrats (l' altra és el sistema immunitari innat). La immunitat adquirida crea una memòria immunològica després d'una resposta inicial a un patogen particular i condueix a una resposta millorada a les trobades posteriors amb el mateix patogen. Aquest procés d'immunitat adquirida és la base de la vacunació. Igual que el sistema innat, el sistema adquirit inclou no només components de la immunitat humoral, sinó també components de la immunitat cel·lular.
Història del terme
El terme "adaptatiu" es va introduir per primera vegadautilitzat per Robert Good en relació amb les respostes d'anticossos en granotes com a sinònim de resposta immune adquirida el 1964. Goode va reconèixer que utilitzava els termes indistintament, però només va explicar que preferia utilitzar el terme. Potser estava pensant en la aleshores inverosímil teoria de la formació d'anticossos, en què eren plàstics i podien adaptar-se a la forma molecular dels antígens, o el concepte d'enzims adaptatius l'expressió dels quals podria ser causada pels seus substrats. La frase va ser utilitzada gairebé exclusivament per Goode i els seus estudiants, i per diversos altres immunòlegs que treballaven en organismes marginals fins a la dècada de 1990. Després es va fer servir àmpliament juntament amb el terme "immunitat innata", que es va convertir en un tema popular després del descobriment del sistema receptor Toll. a Drosophila, abans un organisme marginal per a l'estudi de la immunologia. El terme "adaptatiu" tal com s'utilitza en immunologia és problemàtic perquè les respostes immunitàries adquirides poden ser adaptatives o desadaptatives en un sentit fisiològic. De fet, tant les respostes adquirides com les immunes poden ser adaptatives i no adaptatives en un sentit evolutiu. La majoria de llibres de text d'avui utilitzen el terme "adaptatiu" exclusivament, assenyalant que és sinònim de "adquirit".
Adaptació biològica
Des del descobriment, el significat clàssic d'immunitat adquirida ha arribat a significar la immunitat específica de l'antigen mediada per reordenacions somàtiques.gens que creen receptors d'antigen que defineixen clons. En l'última dècada, el terme "adaptatiu" s'ha aplicat cada cop més a una altra classe de resposta immune que encara no s'ha associat amb reordenacions de gens somàtics. Aquests inclouen l'expansió de cèl·lules assassines naturals (NK) amb una especificitat antigen encara inexplicada, l'expansió de cèl·lules NK que expressen receptors codificats per la línia germinal i l'activació d' altres cèl·lules immunitàries innates en un estat activat que proporciona memòria immune a curt termini. En aquest sentit, la immunitat adaptativa s'acosta més al concepte d'"estat activat" o "heterostasi", tornant així al significat fisiològic d'"adaptació" als canvis ambientals. En poques paraules, avui és gairebé sinònim d'adaptació biològica.
