Naša prva lekcija istražije pitanje "šta je kompleksnost?".
Kao što ćete videti biće teško odgovoriti na ovo pitanje precizno.
Počećemo veoma intuitivno, davanjem serije primera fenomena koje naučnici kompleksnih sistema izučavaju.
To će biti pregled različitih tema koje ćemo pokriti u ovom kursu.
Nakon toga ćemo napraviti listu važnih svojstava koji su zajednički za većinu kompleksnih sistema.
Kratko ćemo definisati pojam kompleksnosti, nešto čime ćemo se baviti kasnije u ovom kursu.
Takođe, istražićemo jezgro discipline, ciljeva i metodologije istraživanja kompleksnih sistema.
U tom momentu ćemo biti spremi za ono što je prvo u seriji, a što zovemo "gosujuće tačke",
u kojima intervjuišem istaknute naučnike o njihovom pogledu na polje istraživanja.
Druga polovina ove lekcije će se fokusirati na Netlogo, tj. platformu za simulaciju i programiranje
koja će biti korišćena da ilustruje mnoge ideje kompleksnih sistema u ovom kursu.
Da li ste spremni da počenmo? Hajdemo.
Dobar primer za početak su mravi. Najdžel Franks (Nigel Franks), dobro poznati istraživač mrava je jednom zapisao
da je jedna usamljena armija mrava u pogledu ponašanja najmanje sofisticirana od svih životinja.
Međutim, u izuzetno velikom broju, to je drugačija priča.
Ovde, za primer, kolonija više armija mrava gradi tunel.
Svaki mrav za sebe je veoma jednostavan, ali kolonija kao celina može da radi zajedno kooperacijski
da bi ostvarila veoma kompleksne zadatke bez centralne kontrole,
tj. bez ikakvog mrava ili grupe mrava koja je nadležna.
Drugim rečima, mravlja kolonija organizuje samu sebe da bi proizvela strukture mnogo
komplikovanije od bilo čega što može pojedinačni mrav da proizvede.
Ovde je primer mrava koji grade most svojim telima, tako da drugi članovi mravlje
kolonije mogu da pređu prazninu između dva lista.
Video pokazuje da mravi montiraju neku vrstu mosta.
Počinju ovde, dolaze ovde na štapiću, celim putem do vrha, i onda idu
lancem koji kreiraju do zemlje.
Možete da vidite postupno dodavanje samih njih strukturi.
Svaki mrav traži hemikalije da bi komunicirao sa drugim mravima, i ceo
most je izgrađen bez bilo kakve centralne kontrole.
Možete ovo da zovete primerom decentralizacije, samo-organizacije ili samo-montirajućeg sistema.
Drugi društveni insekti se ponašaju identično.
Za primer ovde imamo jednu vrstu kompleksne strukture koju su sagradili termiti.
Ona služi kao gnezdo. Glavni fokus istraživanja o kompleksnim sistemima je razumevanje kako pojedinačni
jednostavni agenti proizvode kompleksno ponašanje bez centralne kontrole.
U ovim primerima, jednostavni agenti su insekti, ali videćemo mnoge druge vrste.
Drugi klasični primer kompleksnih sistema je mozak. Ovde, pojedinačni jednostavni agenti su
neuroni. Ljudski mozak se sastoji od oko 100 milijardi neurona, sa 100 triliona konekcija
između tih neurona. Svaki neuron je relativno jednostavan u poređenju sa celim mozgom,
i opet, ne postoji centralna kontrola. Nekako, cela grupa neurona i
konekcija dovodi do kompleksnog ponašanja što nazivamo kognicijom, inteligencijom, ili čak
kreativnošću. Posmatranje mozga nam pokazuje da se ti neuroni organizuju sami od sebe u
različita funkcionalna područja. Baš kao mravi ili termiti, neuroni mogu da se samoorganizuju u kompleksnu
strukturu koja pomaže vrsti da funkcioniše i da preživi. Još jedan kompleksni sistem je imuni sistem.
Imuni sistem je distribuiran kroz čitavo telo,
uključujući mnogo različitih organa kao što je prikazano na ovoj slici, i trilione ćelija koje se kreću unaokolo
kroz krvotok ili limfni tok štiteći i lečeći telo od povreda ili bolesti.
Na primer, ovo je slika imunih ćelija, ove plave napadaju ćeliju rada (u centru slike).
Kao i mravi, što smo videli ranije, ćelije imunog sistema komuniciraju jedna sa drugom
putem hemijskih signala i rade zajedno bez bilo kakve centralne kontrole
da bi postigle koordinirane napade na ono što smatraju pretnjom po organizam.
Zatim, populacija imunih ćelija u telu je sposobna da se menja ili adaptira sebe
kao odgovor na ono što populacija ćelija opaža u svom okruženju.
Ova vrsta adaptacije je još jedna ključna karakteristika kompleksnih sistema.
Drugi poznat primer kompleksnih sistema je ljudski genom. Ovde je slika
ljudskog genamo. Svaka ova struktura je hromozom, kojih je 23 para.
Možete da vidite da je ovo muškaraca, zato što postoji X-Y par.
Svaki od ovih hromozoma je napravljen od hiljada gena. Geni, naravno, su
niz DNK-a duž hromozoma. Trenutno se misli da ljudski genom ima oko 25.000
gena koji su kodirani za proteine. U terminima kompleksnih sistema, možete misliti o genima kao o
jednostavnim komponentama koje interaguju sa drugim genima na decentralizovan način. Taj način na koji interagu
je kroz genetski regulisanu mrežu. Oni kontrolišu jedan drugačiji izraz, gde
izraz označava translaciju u proteine. Ovde je jedna mala genetski regulisana mreža
koja je mapirana od strane istraživača. Ovde, svaki od ovih pravougaonika ili ovala reprezentuje
gen, a stralica od jednog ka drugom znači da prvi gen kontroliše
izraz onog drugog. Ispada da je ljudski genom napravljen od hiljada
mreža kao ova, u kojoj geni interaguju jedan sa drugim na komplikovane puteve,
i da je ova interakcija odgovorna za našu sopstvenu kompleksnost.
Ideja o mrežama je centralna u proučavanju kompleksnosti u prirodi.
Ovde je druga vrsta mreže "food web".
Ovde, svaki čvor, ili entitet u mreži, predstavlja pojedinačnu vrstu, dok strelice
predstavljaju ko jede koga. Ako jedna vrsta ima vezu sa drugom, to znači da je prva vrsta
hrana za drugu. Na primer, možete videti da su lisice na vrhu ovog
Alaska-inog lanca ishrane pošto se hrane sa nekoliko vrsta životinja, a da njih niko ne jede,
bar niko na ovom prikazu. Ovde imamo jedan apstraktan dijagram, malo komplikovaniji od lanca ishrane
u zalivu Aljaske. Kada pričamo o mrežama, kasnije u kursu, videćemo neke veoma
interesantne primere decentralizovane samoorganizacije kao u lancu ishrane i druge primere mreža.
Verovatno, vrsta mreže koja je najpoznatija je družtvena mreža.
Ovde je moja sopstvena socijalna mreža sa mnom ovde. Ove veze predstavljaju veze prijateljstva.
Moji prijatelji su povezani sa svojim prijateljima i tako dalje. Socijalne mreže, ispostavilo se, imaju
neke veoma interesantne obrasce, kao oni koji su otkriveni u biološkim ili tehničkim mrežama.
Kasnije u ovom kursu, pogledaćemo dublje u ove obrasce i njihovu formu.
Naučnici kompleksnih sistema su veoma zainteresovani u izučavaju velikih socijalnih mreža kao što je
Facebook, kako bi razumeli njihovu strukturu, formu, kako se menjaju tokom vremena i, možda
najinteresantnije, kako se informacija prenosi u takvim mrežama, kao i druga pitanja.
Ekonomija je drugi tip kompleksnih sistema, u kojima mreže interakcije su
fundamentalne. Ovde, vidimo uzorak međunarodne finansijske mreže, gde
čvorovi predstavljaju finansijske institucije, a veze predstavljaju odnose između njih. Na primer,
ako banka poseduje akcije druge banke, njih dve su povezane. Ispostavilo se da je iznos
konekcija u ovakvim mrežama, imaju veliki efekat
na to koliko mreža stabilna na promene, kao što je izlazak banke iz posla (bankrotstvo).
Novo interdisciplinarno polje u nauci o mreža, koje se pojavilo iz istraživanja o kompleksnim sistemima,
proučava ove fenomene u mrežama u mnogim disciplinama.
Kao konačni primer, pogledaćemo studiju o gradovima kao kompleksnim sistemima.
Često se govori da je grad kao živi organizam u mnogim slučajevima.
Ali u kojoj meri organizmi stvarno liče na žive organizme, na način na koji su struktuirani,
rastu, šire ili funkcionišu? Ova i druga pitanja čine bazu rapidnog rasta
područja istraživanja kompleksnih sistema, čime ćemo se detaljnije baviti kasnije u kursu.