Vòng phản hồi là tính năng chính của các hệ thống mà bài viết này tập trung vào, chẳng hạn như hệ sinh thái và các sinh vật riêng lẻ. Chúng cũng tồn tại trong thế giới con người, cộng đồng, tổ chức và gia đình.
Các hệ thống nhân tạo thuộc loại này bao gồm robot có hệ thống điều khiển sử dụng phản hồi tiêu cực để duy trì trạng thái mong muốn.
Tính năng chính
Trong hệ thống thích ứng, tham số thay đổi chậm và không có giá trị ưu tiên. Tuy nhiên, trong một hệ thống tự điều chỉnh, giá trị của tham số phụ thuộc vào lịch sử động lực học của hệ thống. Một trong những phẩm chất quan trọng nhất của hệ thống tự điều chỉnh là khả năng thích ứng với rìa của sự hỗn loạn, hay khả năng tránh được sự hỗn loạn. Thực tế mà nói, bằng cách hướng tới rìa của sự hỗn loạn mà không đi xa hơn, người quan sát có thể hành động một cách tự phát, nhưng không gây ra thảm họa. Các nhà vật lý đã chứng minh rằng sự thích nghi với rìa của sự hỗn loạn xảy ra trong hầu hết các hệ thống phản hồi. Để người đọc không bị ngạc nhiên bởi những thuật ngữ giả tạo, vì những lý thuyết như vậy ảnh hưởng trực tiếp đến lý thuyếthỗn loạn.
Practopoesis
Practopoiesis là một thuật ngữ do Danko Nikolic đặt ra là một tham chiếu đến một loại hệ thống thích nghi hoặc tự điều chỉnh, trong đó quá trình tự tạo của một sinh vật hoặc tế bào xảy ra thông qua các tương tác tạo ra giữa các thành phần của nó. Chúng được tổ chức theo một hệ thống phân cấp thơ: một thành phần này tạo ra một thành phần khác. Lý thuyết cho rằng các hệ thống sống thể hiện một thứ bậc gồm bốn hoạt động thơ ca như vậy:
tiến hóa (i) → biểu hiện gen (ii) → cơ chế cân bằng nội môi không liên quan đến gen (anapoiesis) (iii) → chức năng tế bào (iv).
Practopoesis thách thức học thuyết khoa học thần kinh hiện đại bằng cách lập luận rằng các hoạt động trí óc chủ yếu xảy ra ở cấp độ anapoetic (iii), tức là tâm trí xuất hiện từ cơ chế cân bằng nội môi (thích nghi) nhanh chóng. Điều này trái ngược với niềm tin rộng rãi rằng suy nghĩ đồng nghĩa với hoạt động thần kinh (chức năng tế bào ở cấp độ iv).
Mỗi cấp độ thấp hơn chứa kiến thức tổng quát hơn cấp độ cao hơn. Ví dụ, gen chứa nhiều kiến thức tổng quát hơn là cơ chế anapoetic, do đó chứa nhiều kiến thức tổng quát hơn các chức năng của tế bào. Hệ thống phân cấp kiến thức này cho phép trình độ anapotic lưu trữ trực tiếp các khái niệm cần thiết cho sự xuất hiện của tâm trí.
Hệ thống phức hợp
Một hệ thống thích ứng phức tạp là một cơ chế phức tạp trong đó sự hiểu biết hoàn hảo về các bộ phận riêng lẻ không tự động cung cấp sự hiểu biết hoàn hảo về toàn bộkiểu dáng. Việc nghiên cứu các cơ chế này, là một loại tập hợp con của các hệ động lực phi tuyến tính, có tính liên ngành cao và kết hợp kiến thức của khoa học tự nhiên và xã hội để phát triển các mô hình và biểu diễn ở mức cao nhất có tính đến các yếu tố không đồng nhất, chuyển pha và sắc thái khác.
Chúng phức tạp ở chỗ chúng là các mạng tương tác động và các mối quan hệ của chúng không phải là tập hợp của các đối tượng tĩnh riêng biệt, nghĩa là hành vi của tập hợp không được dự đoán bởi hành vi của các thành phần. Họ thích nghi trong đó các hành vi cá nhân và tập thể thay đổi và tự tổ chức theo một sự kiện vi mô bắt đầu thay đổi hoặc tập hợp các sự kiện. Chúng là một tập hợp vĩ mô phức tạp của các cấu trúc vi mô tương đối giống nhau và có liên quan một phần, được định hình để thích ứng với môi trường thay đổi và tăng cường khả năng tồn tại của chúng như một cấu trúc vĩ mô.
Đơn
Thuật ngữ "hệ thống thích ứng phức tạp" (CAS) hoặc khoa học về sự phức tạp thường được sử dụng để mô tả lĩnh vực học thuật được tổ chức lỏng lẻo đã phát triển xung quanh việc nghiên cứu các hệ thống như vậy. Khoa học phức tạp không phải là một lý thuyết duy nhất - nó bao gồm nhiều hơn một khung lý thuyết và có tính liên ngành cao, tìm kiếm câu trả lời cho một số câu hỏi cơ bản về các hệ thống sống, thích nghi và thay đổi. Nghiên cứu CAS tập trung vào các đặc tính phức tạp, nổi bật và vĩ mô của một hệ thống. John H. Holland nói rằng CAS là hệ thống cósố lượng các thành phần, thường được gọi là tác nhân, tương tác, thích nghi hoặc học hỏi.
Ví dụ
Ví dụ điển hình về hệ thống thích ứng bao gồm:
- khí hậu;
- thành phố;
- hãng;
- chợ;
- chính phủ;
- ngành;
- hệ sinh thái;
- mạng xã hội;
- mạng điện;
- gói động vật;
- luồng giao thông;
- thuộc địa côn trùng xã hội (ví dụ: kiến);
- não và hệ thống miễn dịch;
- tế bào và phôi đang phát triển.
Nhưng đó không phải là tất cả. Ngoài ra, danh sách này có thể bao gồm các hệ thống thích ứng trong điều khiển học, đang ngày càng trở nên phổ biến hơn. Các tổ chức dựa trên các nhóm người xã hội như đảng phái chính trị, cộng đồng, cộng đồng địa chính trị, chiến tranh và mạng lưới khủng bố cũng được coi là CAS. Internet và không gian mạng, được cấu tạo, hợp tác và quản lý bởi một tập hợp phức tạp các tương tác giữa con người và máy tính, cũng được coi là một hệ thống thích ứng phức tạp. CAS có thể có thứ bậc, nhưng nó sẽ luôn hiển thị các khía cạnh của việc tự tổ chức thường xuyên hơn. Do đó, một số công nghệ hiện đại (ví dụ, mạng nơ-ron) có thể được gọi là hệ thống thông tin tự học và tự điều chỉnh.
Khác biệt
Điều phân biệt CAS với hệ thống đa tác nhân thuần túy (MAS) là sự chú ý đến các tính năng và chức năng cấp cao nhất như tính tương tự, độ phức tạp về cấu trúc và tự tổ chức. MAS được định nghĩalà một hệ thống bao gồm một số tác nhân tương tác, trong khi trong CAS, các tác nhân và hệ thống có khả năng thích ứng và bản thân hệ thống cũng tự tương tự.
CAS là một tập hợp phức tạp của các tác nhân thích ứng tương tác. Các hệ thống như vậy được đặc trưng bởi mức độ thích ứng cao, khiến chúng có khả năng phục hồi bất thường khi đối mặt với sự thay đổi, khủng hoảng và thảm họa. Điều này cần được tính đến khi phát triển một hệ thống thích ứng.
Các tính chất quan trọng khác là: thích nghi (hoặc cân bằng nội môi), giao tiếp, hợp tác, chuyên môn hóa, tổ chức không gian và thời gian và sinh sản. Chúng có thể được tìm thấy ở mọi cấp độ: tế bào chuyên hóa, thích nghi và nhân lên giống như các sinh vật lớn hơn. Giao tiếp và cộng tác xảy ra ở tất cả các cấp, từ cấp đại lý đến cấp hệ thống. Trong một số trường hợp, các động lực thúc đẩy sự hợp tác giữa các tác nhân trong một hệ thống như vậy có thể được phân tích bằng lý thuyết trò chơi.
Mô phỏng
CAS là các hệ thống có thể thích ứng. Đôi khi chúng được mô hình hóa bằng cách sử dụng các mô hình mạng phức tạp và dựa trên tác nhân. Các tác nhân dựa trên các tác nhân được phát triển bằng cách sử dụng nhiều phương pháp và công cụ khác nhau, chủ yếu bằng cách xác định trước tiên các tác nhân khác nhau trong mô hình. Một phương pháp khác để phát triển các mô hình cho CAS liên quan đến việc phát triển các mô hình mạng phức tạp bằng cách sử dụng dữ liệu tương tác của các thành phần CAS khác nhau, chẳng hạn như hệ thống truyền thông thích ứng.
Năm 2013SpringerOpen / BioMed Central đã ra mắt tạp chí trực tuyến truy cập mở về mô hình hệ thống phức tạp (CASM).
Sinh vật sống là những hệ thống thích nghi phức tạp. Trong khi sự phức tạp khó định lượng trong sinh học, thì quá trình tiến hóa đã tạo ra một số sinh vật tuyệt vời. Quan sát này đã khiến quan niệm sai lầm phổ biến về sự tiến hóa trở nên tiến bộ hơn.
Phấn đấu cho sự phức tạp
Nếu những điều trên nói chung là đúng, thì quá trình tiến hóa sẽ có xu hướng phức tạp hóa mạnh mẽ. Trong loại quy trình này, giá trị của mức độ khó phổ biến nhất sẽ tăng lên theo thời gian. Thật vậy, một số mô phỏng cuộc sống nhân tạo cho thấy việc tạo CAS là một đặc điểm tất yếu của quá trình tiến hóa.
Tuy nhiên, ý tưởng về xu hướng chung hướng tới sự phức tạp trong quá trình tiến hóa cũng có thể được giải thích bằng một quá trình thụ động. Điều này bao gồm việc tăng phương sai, nhưng giá trị phổ biến nhất, chế độ, không thay đổi. Do đó, mức độ khó tối đa tăng lên theo thời gian, nhưng chỉ là sản phẩm gián tiếp của tổng số sinh vật. Loại quy trình ngẫu nhiên này còn được gọi là bước đi ngẫu nhiên có giới hạn.
Trong giả thuyết này, xu hướng phức tạp hóa cấu trúc của các sinh vật là một ảo tưởng. Nó phát sinh từ việc tập trung vào một số lượng nhỏ các sinh vật lớn, phức tạp cao sống ở đuôi bên phải của sự phân bố phức tạp, và bỏ qua những sinh vật đơn giản và phổ biến hơn nhiềusinh vật. Mô hình thụ động này nhấn mạnh rằng phần lớn các loài là sinh vật nhân sơ cực nhỏ, chiếm khoảng một nửa sinh khối của thế giới và phần lớn sự đa dạng sinh học của Trái đất. Do đó, cuộc sống đơn giản vẫn chiếm ưu thế trên Trái đất, trong khi cuộc sống phức tạp có vẻ đa dạng hơn chỉ vì sự thiên vị lấy mẫu.
Nếu sinh học thiếu xu hướng chung hướng tới sự phức tạp, thì điều này sẽ không ngăn cản sự tồn tại của các lực thúc đẩy hệ thống hướng tới sự phức tạp trong một tập hợp con các trường hợp. Những xu hướng nhỏ này sẽ bị cân bằng bởi những áp lực tiến hóa khác thúc đẩy hệ thống hướng tới trạng thái ít phức tạp hơn.
Hệ thống miễn dịch
Hệ thống miễn dịch thích ứng (còn được gọi là hệ thống miễn dịch thu được hoặc hiếm hơn là hệ thống miễn dịch đặc hiệu) là một hệ thống con của hệ thống miễn dịch nói chung. Nó bao gồm các tế bào và quá trình chuyên biệt hóa cao để loại bỏ mầm bệnh hoặc ngăn chặn sự phát triển của chúng. Hệ thống miễn dịch thu được là một trong hai chiến lược miễn dịch chính ở động vật có xương sống (chiến lược còn lại là hệ thống miễn dịch bẩm sinh). Khả năng miễn dịch có được tạo ra trí nhớ miễn dịch sau phản ứng ban đầu với một mầm bệnh cụ thể và dẫn đến phản ứng nâng cao đối với những lần gặp tiếp theo với cùng một mầm bệnh. Quá trình miễn dịch thu được này là cơ sở của tiêm chủng. Giống như hệ thống bẩm sinh, hệ thống có được không chỉ bao gồm các thành phần của miễn dịch dịch thể mà còn bao gồm các thành phần của miễn dịch tế bào.
Lịch sử của thuật ngữ
Thuật ngữ "thích ứng" lần đầu tiên được giới thiệuđược Robert Good sử dụng liên quan đến phản ứng kháng thể ở ếch như một từ đồng nghĩa với phản ứng miễn dịch thu được vào năm 1964. Goode thừa nhận rằng ông đã sử dụng các thuật ngữ thay thế cho nhau, nhưng chỉ giải thích rằng ông thích sử dụng thuật ngữ này hơn. Có lẽ ông đang nghĩ về lý thuyết không thể tin được khi đó về sự hình thành kháng thể, trong đó chúng là chất dẻo và có thể thích ứng với hình dạng phân tử của kháng nguyên, hoặc khái niệm về các enzym thích nghi mà sự biểu hiện của chúng có thể do cơ chất của chúng gây ra. Cụm từ này hầu như chỉ được sử dụng bởi Goode và các sinh viên của ông, và bởi một số nhà miễn dịch học khác làm việc trên các sinh vật cận biên cho đến những năm 1990. Sau đó, nó được sử dụng rộng rãi cùng với thuật ngữ "miễn dịch bẩm sinh", trở thành một chủ đề phổ biến sau khi phát hiện ra hệ thống thụ thể Toll. ở Drosophila, trước đây là một sinh vật biên để nghiên cứu miễn dịch học. Thuật ngữ "thích nghi" được sử dụng trong miễn dịch học là có vấn đề vì các đáp ứng miễn dịch thu được có thể thích ứng hoặc không thích ứng theo nghĩa sinh lý. Thật vậy, cả phản ứng thu được và phản ứng miễn dịch đều có thể thích ứng và không thích ứng theo nghĩa tiến hóa. Hầu hết các sách giáo khoa ngày nay đều sử dụng riêng thuật ngữ "thích ứng", lưu ý rằng nó đồng nghĩa với "có được".
Thích nghi sinh học
Kể từ khi phát hiện ra, ý nghĩa cổ điển của miễn dịch thu được có nghĩa là miễn dịch đặc hiệu với kháng nguyên được trung gian bởi sự sắp xếp lại của somagen tạo ra thụ thể kháng nguyên xác định dòng vô tính. Trong thập kỷ qua, thuật ngữ "thích nghi" ngày càng được áp dụng cho một loại phản ứng miễn dịch khác chưa liên quan đến sự sắp xếp lại gen soma. Chúng bao gồm sự mở rộng của các tế bào tiêu diệt tự nhiên (NK) với tính đặc hiệu kháng nguyên chưa được giải thích, sự mở rộng của các tế bào NK biểu hiện các thụ thể được mã hóa từ mầm và kích hoạt các tế bào miễn dịch bẩm sinh khác thành trạng thái kích hoạt cung cấp trí nhớ miễn dịch ngắn hạn. Theo nghĩa này, miễn dịch thích ứng gần với khái niệm “trạng thái hoạt hóa” hay “trạng thái ngưng trệ”, do đó quay trở lại ý nghĩa sinh lý là “thích nghi” với những thay đổi của môi trường. Nói một cách đơn giản, ngày nay nó gần như đồng nghĩa với sự thích nghi sinh học.
