I cicli di feedback sono una caratteristica fondamentale dei sistemi su cui si concentra questo articolo, come gli ecosistemi e i singoli organismi. Esistono anche nel mondo umano, nelle comunità, nelle organizzazioni e nelle famiglie.
I sistemi artificiali di questo tipo includono robot con sistemi di controllo che utilizzano il feedback negativo per mantenere gli stati desiderati.
Caratteristiche principali
In un sistema adattivo, il parametro cambia lentamente e non ha un valore preferito. Tuttavia, in un sistema autoregolante, il valore del parametro dipende dalla storia della dinamica del sistema. Una delle qualità più importanti dei sistemi di autoregolazione è la capacità di adattarsi ai margini del caos, o la capacità di evitare il caos. In pratica, dirigendosi verso l'orlo del caos senza andare oltre, l'osservatore può agire spontaneamente, ma senza catastrofi. I fisici hanno dimostrato che l'adattamento al limite del caos si verifica in quasi tutti i sistemi di feedback. Il lettore non sia sorpreso dalla terminologia pretenziosa, perché tali teorie influenzano direttamente la teoriacaos.
Practopoesi
Practopoiesi come termine coniato da Danko Nikolic è un riferimento a una sorta di sistema adattativo o autoregolante in cui l'autopoiesi di un organismo o di una cellula avviene attraverso interazioni allopoietiche tra i suoi componenti. Sono organizzati in una gerarchia poetica: un componente ne crea un altro. La teoria suggerisce che i sistemi viventi esibiscano una gerarchia di quattro di queste operazioni poetiche:
evoluzione (i) → espressione genica (ii) → meccanismi omeostatici non correlati ai geni (anapoiesi) (iii) → funzione cellulare (iv).
La practopoesi sfida la moderna dottrina delle neuroscienze sostenendo che le operazioni mentali si verificano principalmente a livello anapoetico (iii), cioè che le menti emergono da meccanismi omeostatici veloci (adattivi). Ciò contrasta con la convinzione diffusa che pensare sia sinonimo di attività neurale (funzione cellulare al livello iv).
Ogni livello inferiore contiene conoscenze più generali rispetto al livello superiore. Ad esempio, i geni contengono conoscenze più generali rispetto ai meccanismi anapoietici, che a loro volta contengono conoscenze più generali rispetto alle funzioni cellulari. Questa gerarchia di conoscenza permette al livello anapoetico di immagazzinare direttamente i concetti necessari per l'emergere della mente.
Sistema complesso
Un sistema adattivo complesso è un meccanismo complesso in cui una perfetta comprensione delle singole parti non fornisce automaticamente una perfetta comprensione dell'insiemedisegni. Lo studio di questi meccanismi, che sono una sorta di sottoinsieme dei sistemi dinamici non lineari, è altamente interdisciplinare e combina le conoscenze delle scienze naturali e sociali per sviluppare modelli e rappresentazioni di altissimo livello che tengano conto di fattori eterogenei, transizione di fase e altre sfumature.
Sono complessi in quanto sono reti dinamiche di interazioni e le loro relazioni non sono raccolte di oggetti statici separati, ovvero il comportamento dell'insieme non è previsto dal comportamento dei componenti. Sono adattivi in quanto i comportamenti individuali e collettivi mutano e si auto-organizzano in base a un microevento o a un insieme di eventi che avviano il cambiamento. Sono una complessa raccolta macroscopica di microstrutture relativamente simili e parzialmente correlate, modellate per adattarsi a un ambiente mutevole e migliorare la loro sopravvivenza come macrostruttura.
Applicazione
Il termine "sistemi adattivi complessi" (CAS) o scienza della complessità è spesso usato per descrivere il campo accademico vagamente organizzato che è cresciuto attorno allo studio di tali sistemi. La scienza della complessità non è un'unica teoria: copre più di un quadro teorico ed è altamente interdisciplinare, cercando risposte ad alcune domande fondamentali sui sistemi viventi, adattabili e mutevoli. La ricerca CAS si concentra sulle proprietà complesse, emergenti e macroscopiche di un sistema. John H. Holland ha detto che i CAS sono sistemi che hanno un grandeil numero di componenti, spesso indicati come agenti, che interagiscono, si adattano o apprendono.
Esempi
Esempi tipici di sistemi adattivi includono:
- clima;
- città;
- afferma;
- mercati;
- governi;
- industria;
- ecosistemi;
- social network;
- reti elettriche;
- bracchi di animali;
- flussi di traffico;
- colonie di insetti sociali (es. formiche);
- cervello e sistema immunitario;
- cellule ed embrione in via di sviluppo.
Ma non è tutto. Inoltre, questo elenco può includere i sistemi adattivi nella cibernetica, che stanno guadagnando sempre più popolarità. Sono considerate CAS anche le organizzazioni basate su gruppi sociali di persone come partiti politici, comunità, comunità geopolitiche, guerre e reti terroristiche. Anche Internet e il cyberspazio, composti, collaboranti e gestiti da un insieme complesso di interazioni uomo-computer, sono visti come un complesso sistema adattivo. Il CAS può essere gerarchico, ma mostrerà sempre più spesso aspetti dell'auto-organizzazione. Pertanto, alcune moderne tecnologie (ad esempio le reti neurali) possono essere chiamate sistemi informativi di autoapprendimento e autoregolazione.
Differenze
Ciò che distingue il CAS da un puro sistema multi-agente (MAS) è l'attenzione a caratteristiche e funzioni di alto livello come l'auto-somiglianza, la complessità strutturale e l'auto-organizzazione. MAS è definitocome un sistema costituito da diversi agenti interagenti, mentre in CAS gli agenti e il sistema sono adattivi e il sistema stesso è auto-simile.
CAS è una raccolta complessa di agenti adattivi interagenti. Tali sistemi sono caratterizzati da un elevato grado di adattamento, che li rende insolitamente resistenti di fronte a cambiamenti, crisi e catastrofi. Questo dovrebbe essere preso in considerazione quando si sviluppa un sistema adattivo.
Altre proprietà importanti sono: adattamento (o omeostasi), comunicazione, cooperazione, specializzazione, organizzazione spaziale e temporale e riproduzione. Possono essere trovati a tutti i livelli: le cellule si specializzano, si adattano e si moltiplicano proprio come fanno gli organismi più grandi. La comunicazione e la collaborazione avvengono a tutti i livelli, dall'agente al livello di sistema. Le forze che guidano la cooperazione tra agenti in un tale sistema possono in alcuni casi essere analizzate usando la teoria dei giochi.
Simulazione
CAS sono sistemi adattabili. A volte vengono modellati utilizzando modelli di rete complessi e basati su agenti. Quelli basati sugli agenti vengono sviluppati utilizzando vari metodi e strumenti, principalmente identificando i vari agenti all'interno del modello. Un altro metodo per lo sviluppo di modelli per CAS prevede lo sviluppo di modelli di rete complessi utilizzando i dati di interazione di vari componenti CAS, come un sistema di comunicazione adattivo.
Nel 2013SpringerOpen / BioMed Central ha lanciato una rivista online ad accesso aperto sulla modellazione di sistemi complessi (CASM).
Gli organismi viventi sono sistemi adattativi complessi. Mentre la complessità è difficile da quantificare in biologia, l'evoluzione ha prodotto alcuni organismi sorprendenti. Questa osservazione ha portato il comune malinteso sull'evoluzione ad essere progressivo.
Lotta per la complessità
Se quanto sopra fosse generalmente vero, l'evoluzione avrebbe una forte tendenza alla complessità. In questo tipo di processo, il valore del grado di difficoltà più comune aumenterà nel tempo. In effetti, alcune simulazioni di vita artificiale suggeriscono che la generazione di CAS sia una caratteristica inevitabile dell'evoluzione.
Tuttavia, l'idea di una tendenza generale verso la complessità nell'evoluzione può essere spiegata anche da un processo passivo. Ciò include l'aumento della varianza, ma il valore più comune, la modalità, non cambia. Pertanto, il livello massimo di difficoltà aumenta nel tempo, ma solo come prodotto indiretto del numero totale di organismi. Questo tipo di processo casuale è anche chiamato passeggiata casuale limitata.
In questa ipotesi, l'ovvia tendenza a complicare la struttura degli organismi è un'illusione. Nasce dal concentrarsi su un piccolo numero di organismi grandi e altamente complessi che abitano la coda destra della distribuzione della complessità e ignorando i più semplici e molto più comuniorganismi. Questo modello passivo sottolinea che la stragrande maggioranza delle specie sono procarioti microscopici, che costituiscono circa la metà della biomassa mondiale e la stragrande maggioranza della biodiversità terrestre. Pertanto, la vita semplice rimane dominante sulla Terra, mentre la vita complessa appare più diversificata solo a causa della distorsione del campionamento.
Se alla biologia manca una tendenza generale alla complessità, ciò non impedirà l'esistenza di forze che spingono i sistemi verso la complessità in un sottoinsieme di casi. Queste tendenze minori saranno controbilanciate da altre pressioni evolutive che guidano i sistemi verso stati meno complessi.
Sistema immunitario
Il sistema immunitario adattativo (noto anche come sistema immunitario acquisito o, più raramente, specifico) è un sottosistema del sistema immunitario generale. È costituito da cellule e processi altamente specializzati che eliminano i patogeni o ne impediscono la crescita. Il sistema immunitario acquisito è una delle due principali strategie immunitarie nei vertebrati (l' altra è il sistema immunitario innato). L'immunità acquisita crea una memoria immunologica dopo una risposta iniziale a un particolare patogeno e porta a una risposta rafforzata ai successivi incontri con lo stesso patogeno. Questo processo di immunità acquisita è la base della vaccinazione. Come il sistema innato, il sistema acquisito include non solo componenti dell'immunità umorale, ma anche componenti dell'immunità cellulare.
Storia del termine
Il termine "adattivo" è stato introdotto per la prima voltausato da Robert Good in relazione alle risposte anticorpali nelle rane come sinonimo di risposta immunitaria acquisita nel 1964. Goode ha riconosciuto di aver usato i termini in modo intercambiabile, ma ha spiegato solo che preferiva usare il termine. Forse stava pensando all'allora non plausibile teoria della formazione di anticorpi, in cui erano plastici e potevano adattarsi alla forma molecolare degli antigeni, o al concetto di enzimi adattativi la cui espressione poteva essere causata dai loro substrati. La frase è stata usata quasi esclusivamente da Goode e dai suoi studenti e da molti altri immunologi che hanno lavorato su organismi marginali fino agli anni '90. Poi è diventato ampiamente utilizzato insieme al termine "immunità innata", che è diventato un argomento popolare dopo la scoperta del sistema dei recettori Toll. in Drosophila, precedentemente organismo marginale per lo studio dell'immunologia. Il termine "adattivo" usato in immunologia è problematico perché le risposte immunitarie acquisite possono essere adattative o disadattive in senso fisiologico. In effetti, sia le risposte acquisite che quelle immunitarie possono essere adattive e non adattive in senso evolutivo. La maggior parte dei libri di testo oggi usa esclusivamente il termine "adattivo", notando che è sinonimo di "acquisito".
Adattamento biologico
Dalla scoperta, il significato classico di immunità acquisita è arrivato a significare immunità antigene-specifica mediata da riarrangiamenti digeni che creano recettori per l'antigene che definiscono i cloni. Nell'ultimo decennio, il termine "adattivo" è stato sempre più applicato a un' altra classe di risposta immunitaria che non è stata ancora associata a riarrangiamenti genici somatici. Questi includono l'espansione delle cellule natural killer (NK) con specificità antigenica non ancora spiegata, l'espansione delle cellule NK che esprimono i recettori codificati nella linea germinale e l'attivazione di altre cellule immunitarie innate in uno stato attivato che fornisce memoria immunitaria a breve termine. In questo senso, l'immunità adattativa si avvicina al concetto di "stato attivato" o "eterostasi", tornando così al significato fisiologico di "adattamento" ai cambiamenti ambientali. In poche parole, oggi è quasi sinonimo di adattamento biologico.
