Nossa primeira unidade explora a questão: O que é Complexidade?
Você verá que esta acaba por ser uma pergunta difícil de responder precisamente
Começaremos intuitivamente, dando muitos exemplos dos tipos de fenômenos estudados por cientistas de sistemas complexos.
Esta será uma pré-visualização dos tipos de tópicos que estaremos cobrindo no curso
Então, faremos uma lista de algumas propriedades mais comuns e importantes do sistema complexo.
Veremos brevemente uma noção de complexidade, algo que voltaremos mais tarde no curso.
Iremos examinar as disciplinas fundamentais,objetivos e metodologias do campo da pesquisa de sistemas complexos
Até lá estaremos prontos para a primeira de uma das séries do que chamo de "guest spots" que é
onde eu entrevisto proeminentes cientistas de sistemas complexos, sobre suas opiniões em relação ao campo.
A última metade desta unidade focará em Netlogo, a plataforma de simulação e programação,
que usaremos para ilustrar muitas idéias de sistemas complexos deste curso.
Você está pronto para começar? Vamos lá
Um ótimo exemplo para começar é com as formigas. Nigel Franks, um pesquisador de formigas bem conhecido, escreveu uma vez
que uma formiga de um exército solitária é comportamentalmente um dos animais menos sofisticados imagináveis.
Em números extremamente altos no entanto, é uma história diferente.
Aqui um exemplo de uma colônia de formigas construindo um túnel.
Cada formiga sozinha é muito simples, mas a colônia como um todo trabalham de forma cooperativa
para realizar tarefas muito complexas sem qualquer controle central,
que é, sem qualquer formiga ou grupo de formigas, sendo responsável.
Em outras palavras, colônias de formigas se organizam para produzir estruturas muito mais
complicadas do que qualquer formiga sozinha pode produzir.
Aqui está um exemplo das formigas construindo uma ponte com seus corpos, para que os outras
formigas da colônia, possam atravessar o fosso entre duas folhas.
Este vídeo mostra formigas montando este tipo de ponte.
Começam aqui, indo para uma vara, todo o caminho até o topo, e eles vão
eventualmente se acorrentam para percorrer todo o caminho até o chão.
Você pode vê-los gradualmente, acrescentando-se a estrutura.
Cada formiga está secretando substâncias químicas para se comunicar com as outras formigas, e toda
ponte é construída sem nenhum controle central.
Você pode chamar isso de um exemplo de auto-organização descentralizada ou sistema de auto-montagem.
Outros insetos sociais produzem um comportamento similar.
Por exemplo, aqui está um tipo de estrutura complexa construída por cupins.
Ele serve como um ninho. Um dos principais focos de pesquisa de sistemas complexos é entender como individualmente
agentes simples produzem um comportamento complexo sem um controle central.
Nestes exemplos, os agentes simples são insetos,mas vamos ver muitos outros tipos.
Outro exemplo clássico de um sistema complexo é o cérebro. Aqui, os agentes individuais são simples neurônios.
O cérebro humano é composto de cerca de 100 bilhões de neurônios, com 100 trilhões de conexões
entre esses neurônios. Cada neurônio é relativamente simples em comparação com o cérebro inteiro,
e, novamente, não há controle central. De alguma forma, o enorme conjunto de neurônios e
conexões dão origem aos comportamentos complexos que chamamos de cognição, inteligência, ou mesmo
criatividade. Imagens do cérebro mostraram que esses neurônios se organizam em
diferentes áreas funcionais. Assim como as formigas ou cupins, os neurônios podem se auto-organizar-se em complexo
estrutural que ajudam a função das espécies e sobreviver. Ainda um outro sistema complexo é o sistema imunológico.
O sistema imunológico é distribuído em todo o corpo,
envolvendo diversos órgãos, como mostrado nesta foto, onde trilhões de células se movimentam em volta
da corrente sanguínea ou linfática para proteger e curar o corpo de dano ou doença
Por exemplo, esta é uma imagem de células do sistema imunológico, estes em azul aqui atacando uma célula cancerosa
aqui no centro. Como as formigas que vimos anteriormente, as células do sistema imunológico se comunicam
um a outra por meio de sinais químicos, e trabalham juntas sem qualquer controle central
para lançar ataques coordenados em que elas percebem como ameaças ao corpo.
Além disso, a população de células do sistema imunológico são capazes de alterar ou se adaptar
em resposta ao que essa população de células percebe no seu ambiente.
Este tipo de adaptação é outra característica fundamental dos sistemas complexos.
Outro exemplo familiar de sistemas complexos é o genoma humano. Aqui uma
imagem do genoma. Cada uma das estruturas semelhantes a vermes é um cromossomo, e lá está 23 pares
deles. Você pode ver que este é um macho, porque ele tem um par XY.
Cada cromossomos é constituído por milhares de genes. Os genes são
sequências de DNA ao longo do cromossomo. Atualmente o genoma humano tem cerca de 25 mil genes
que codificam para proteínas. Em termos de sistemas complexos, você poderia pensar em genes como
componentes simples que interagem com outros genes de uma forma descentralizada. E a maneira que eles
Interagindo através de redes de regulação genética Eles controlam uma expressão de uma outra, onde
expressão significa a tradução em proteínas. Aqui está uma rede de regulação genética pequena
que tem sido mapeados por pesquisadores. Aqui, cada um dos retângulos ou ovais representam
um gene, e uma seta de um gene para o outro significa, que o primeiro gene controla o
a expressão do segundo gene. Acontece que o genoma humano é composto de milhares de
redes como esta, em que os genes interagem entre si de forma complexa,
e é em grande parte dessas interações responsáveis pela nossa própria complexidade.
A ideia das redes é fundamental para o estudo da complexidade na natureza.
Aqui está um outro tipo de Rede: uma teia alimentar.
Aqui, cada nó, ou entidade na rede, é um grupo particular de espécies, e as setas
representam quem come quem. Se um grupo de espécies aponta para outro, o que significa que o primeiro
é alimento para o segundo. Por exemplo, você pode ver que as raposas aqui estão no topo desta especial
teia alimentar uma vez que come vários tipos de animais, mas nada comem eles,
pelo menos não neste gráfico. Aqui está um diagrama abstrato e complicado da teia alimentar
do Golfo do Alasca. Quando falarmos de redes mais tarde no curso, vamos ver alguns
exemplos interessantes de auto-organização descentralizada em teias alimentares como este, e outros tipos
de redes. Provavelmente, o tipo de rede que você conhece mais é uma rede social.
Aqui está parte da minha própria rede social. Estas ligações representam relações de amizade.
Meus amigos estão ligados aos amigos deles e assim por diante. As redes sociais acabam por ter
alguns padrões muito interessantes, aqueles que também se transformam em redes biológicas e tecnológicas.
Mais tarde neste curso, vamos dar uma olhada mais a fundo como são esses padrões e como se formam.
Cientistas de sistemas complexos são muito interessados em estudar grandes redes sociais tais como
Facebook, para compreender sua estrutura, como se formam, como mudam ao longo do tempo, e talvez
o mais interessante, como a informação é transmitida em tais redes, entre outras questões.
As economias são outro tipo de sistema complexo, em que as redes de interação são
fundamentais. Aqui, vemos uma amostra da rede financeira internacional, onde
os nós representam as instituições financeiras, e as ligações representam as relações entre eles. Por exemplo,
se um banco detém ações de outro banco, os dois estão ligados. Acontece que a quantidade de
conexão numa rede deste tipo, bem como os tipos de ligações presentes, podem ter um efeito grande
sobre a forma estável da rede é as mudanças, como quando um banco sai do negócio.
O novo campo interdisciplinar da rede científica, surgiu a partir da comunidade de pesquisa de sistemas complexos,
estudando estes fenômenos em redes em diferentes disciplinas.
Um último exemplo, vemos o estudo de cidades como sistemas complexos.
Muitas vezes é dito que uma cidade é como um organismo vivo de muitas maneiras.
Mas até que ponto as cidades se assemelham a organismos vivos, da mesma forma que são estruturados,
crescimento, escala com o tamanho e funcionamento? Estas e outras perguntas formam a base de uma área de crescimento
rápido da pesquisa de sistemas complexos, que veremos em detalhes mais tarde no curso.