Primul nostru capitol investighează "ce este complexitatea?"
Așa cum veți vedea acesta se va dovedi o întrebare la care cu greu putem da un răspuns precis
Vom începe în mod intuitiv, dându-vă o serie de exemple despre tipuri de fenomene studiate de către oamenii de știința care studiază sistemele complexe.
Aceasta va fi o introducere a temelor pe care le vom aborda în acest curs.
Apoi vom face o listă ale unor caracteristici importante care sunt comune majorității sistemelor complexe.
Vom studia rapid definiția noțiunii de complexitate, la care vom reveni mai târziu în cadrul cursului.
De asemenea, vom studia disciplinele de bază, scopurile și metodologiile folosite în domeniul cercetării sistemelor complexe.
Odată ajunși aici vom fi gata pentru prima serie din ceea ce eu numesc "invitatul special", care este
o serie de interviuri luate de mine unor oameni de știința care activează în domeniul sistemelor complexe privind opiniile lor în domeniu.
A doua jumătate a acestui capitol se va concentra asupra Netlogo, platforma de simulare și programare
pe care o vom folosi pentru a ilustra multe dintre ideile privind sistemele complexe prezentate în curs.
Sunteți gata să începem? Haideți.
Un bun exemplu pentru început sunt furnicile. Nigel Franks, un binecunoscut cercetător a scris odată
că o furnică legionară (marabunta) este din punct de vedere comportamental una dintre cele mai puțin sofisticate animale imaginabile.
Însă în număr extrem de mare, este deja o altă poveste.
Aici, spre exemplu este o colonie de furnici legionare care construiesc un tunel.
Fiecare furnică este foarte simplă, ea însăși, dar colonia ca un întreg poate lucra în cooperare, împreună
și pot îndeplini sarcini foarte complexe fără a avea un control centralizat,
adică fără ca o furnica anume sau un anume grup de furnici sa fie la conducere.
Cu alte cuvinte, coloniile furnicilor se pot organiza singure pentru a produce structuri mult mai
complicate decât poate produce o singură furnică.
Iată un exemplu cu furnici care formează un pod din corpurile lor, pentru ca alți membri ai
coloniei să poată traversa o breșă dintre doua frunze.
Acest videoclip arată cum furnicile pot forma un astfel de pod.
Ele încep de aici, urcă aici pe un băț până în vârful lui și apoi ele vor
forma un lanț pentru a atinge pământul.
Le puteți vedea cum se alătură gradual la structura respectivă.
Fiecare furnică secretă substanțe pentru a comunica cu celelalte furnici și întreg
podul este construit fără să beneficieze de un control centralizat.
Ați putea spune că acesta este un exemplu de sistem descentralizat, auto-organizat sau auto-asamblat.
Alte insecte sociale au un comportament similar.
De exemplu, aici avem o structură complexă creată de termite.
Servește drept adăpost. Un aspect important în cercetarea sistemelor complexe este acela de a înțelege modul în care
simpli agenți, în mod individual, pot avea comportamente complexe fără un control centralizat.
În aceste exemple, agenții simplii sunt insecte, dar vom vedea mulți alții de alte feluri.
Alt exemplu clasic de sistem complex este creierul. Aici, simplii agenti individuali sunt
neuronii. Creierul uman este compus din aproximativ 100 de miliarde de neuroni, care formeaza 100 de trilioane de conexiuni
intre ei. Fiecare neuron este relativ simplu comparat cu creierul în întregime,
și, din nou, nu există control centralizat. Cumva ansamblul uriaș de neuroni și
conexiuni dau naștere comportamentelor complexe pe care noi le numim percepție, inteligență sau chiar
creativitate. Scanarea creierului a arătat că acești neuroni se organizează singuri în
diferite suprafețe funcționale. La fel ca furnicile sau termitele, neuronii se pot auto-organiza în
structuri complexe care ajută aceste specii să funcționeze și să supraviețuiască. Încă, un alt sistem complex este sistemul imunitar.
Sistemul imunitar este distribuit in tot corpul
implicând mai multe organe (cum se arată în această poză) și trilioane de celule care se mișcă
în sistemul sangvin sau în sistemul limfatic care protejează și vindecă organismul de răni sau boli.
Spre exemplu, aceasta este o imagine cu celule ale sistemului imunitar, acestea albastre de aici, atacând o celulă canceroasă
aici în centru. Cum am văzut înainte și la furnici, celulele sistemului imunitar comunica unele
cu altele prin semnale chimice și lucrează împreună fără un control centralizat
ca să lanseze atacuri coordonate către ceea ce ele percep ca fiind o amenințare la adresa organismului.
În plus, numărul de celulele ale sistemului imunitar din organism se poate modifica sau se adaptează singure
ca răspuns la ceea ce ele percep ca fiind mediul înconjurător.
Acest mod de adaptare este o altă caracteristică importantă a sistemelor complexe.
Alt exemplu familiar de sistem complex este genomul uman. Aici aveți o imagine
a genomului uman. Fiecare dintre aceste structuri spiralate este un cromozom, sunt 23 de perechi
de cromozomi. Puteți vedea ca acest genom este masculin, pentru ca are o pereche X-Y.
Fiecare dintre acești cromozomi este format din mii de gene. Genele, bineînțeles, sunt
șiruri de ADN de-a lungul cromozomului. În prezent se crede ca genomul uman are în jur de 25.000
de gene care codifică proteinele. În termenii specifici sistemelor complexe, vă puteți gândi la gene ca la
simple componente care interacționează cu alte gene într-un mod descentralizat. Și modul în care ele
interacționează este prin rețele de control genetic. Ele își controlează expresia genică una alteia, unde
expresia genică înseamnă transpunerea în proteine. Aici vedeți o mica rețea de control genetic
care a fost întocmită de către cercetători. Aici, fiecare dintre aceste dreptunghiuri sau ovale reprezintă
o gena și o săgeata care se îndreaptă de la o genă la alta înseamnă ca prima gena controlează
expresia genică a celei de a doua gene. Se pare că genomul uman este alcătuit din mii de
rețele ca aceasta, în care genele interacționează una cu alta în moduri complicate
și aceste interacțiuni sunt în mare responsabile pentru complexitatea noastră proprie.
Ideea de rețele este esențială pentru studiul complexității în natură.
Aici este un alt tip de rețea - un lanț trofic.
Aici, fiecare nod, sau entitate din rețea, reprezintă un grup specific de specii și săgețile
reprezintă cine mănâncă pe cine. Dacă un grup de specii (are o săgeată care) arata către alt grup de specii, aceasta înseamnă ca primul grup
este considerată pradă pentru cel de-al doilea grup. De exemplu, puteți vedea că aici vulpile sunt în vârful acestui
lanț trofic din Alaska, deoarece ele mănâncă o serie de animale, dar nimic nu le mănâncă pe ele,
cel puțin nu pe această diagramă. Aici avem o diagramă abstractă a unui lanț trofic chiar mai complicat
din golful Alaska. Când vom discuta despre rețele, mai târziu la cursul nostru, vom vedea niște
exemple foarte interesante de auto-organizare descentralizată în cazul lanțurilor trofice ca acesta și alte tipuri
de rețele. Probabil cea mai cunoscută rețea cu care sunteți familiarizați este rețeaua socială.
Aici aveți o reprezentare a propriei mele rețele de socializare, cu mine aici. Aceste linii reprezintă relațiile de prietenie.
Prietenii mei sunt conectați cu prietenii lor și așa mai departe. Rețelele sociale se pare că
au niște modele foarte interesante, care de asemenea se regăsesc în cazul rețelelor biologice și tehnologice.
Mai târziu în acest curs, vom analiza în profunzime care sunt aceste modele, și modul în care acestea se formează.
Omenii de știință care studiază sistemele complexe sunt foarte interesați să studieze rețele sociale mari, precum
Facebook, să le înțeleagă structura, cum se formează, cum se modifica în timp și poate
cel mai interesant, cum se transmite informația în astfel de rețele, printre altele.
Economiile sunt un alt tip de sistem complex, în care rețele care interacționează sunt
fundamentale. Aici vedem un exemplu de rețea financiară internațională, unde
nodurile reprezintă instituțiile financiare și liniile reprezinta relațiile dintre ele. De exemplu,
dacă o bancă deține acțiuni la o altă bancă, cele două sunt conectate. Rezultă că
nivelul de conectivitate dintr-o astfel de rețea, precum cea prezentată, poate avea un efect puternic
asupra rezistenței rețelei la schimbări, precum o bancă ce dă faliment.
Noul domeniu de cercetare interdisciplinar privind rețelele, care s-a desprins din domeniul de cercetare al sistemelor complexe,
studiază aceste tipuri de fenomene ce se produc în rețele din perspectiva mai multor discipline diferite.
Ca un exemplu final, analizăm orașele ca sisteme complexe.
Se spune adesea ca un oraș este ca un organism viu din multe privințe.
Dar până unde poate merge asemănarea dintre orașe și organismele vii, pelcând de la modul în care sunt structurate,
cresc, se dezvoltă proporțional cu mărimea și cum funcționează? Acestea și alte întrebări formează baza
ramurei de cercetare a sistemelor complexe, în creștere rapidă
asupra căreia ne vom dedica în detaliu mai târziu în cursul nostru.