کنترل تصادفی مهار

یک مقاله جالب در PLOS one به بررسی پیامدهای سیستم بازخوردهای تصادفی می‌پردازد:

ظهور هموستاز محیطی در اکوسیستم های پیچیده

زمین، با میدان مغناطیسی هسته محور، گوشته همرفتی، تکتونیک درپوش متحرک، اقیانوس های آب مایع، آب و هوای پویا و حیات فراوان، احتمالاً پیچیده ترین سیستم در جهان شناخته شده است. این سیستم پایداری را در این معنا از خود نشان داده است که شامل تعدادی استثناء قابل توجه، دمای سطح باقی مانده در محدوده های مورد نیاز برای آب مایع و بنابراین یک بیوسفر قابل توجه است. توضیحات برای این طیف از اصول انسانی که در آن زمین اساساً خوش شانس بود تا گایا هموستاتیک که در آن اجزای غیر زنده و زیستی سیستم زمین خودسازماندهی می‌شوند و به حالت‌های هموستاتیکی می‌رسند که در برابر طیف وسیعی از آشفتگی‌های بیرونی قوی هستند. در اینجا ما نتایج یک مدل مفهومی را ارائه می‌کنیم که ظهور هموستاز را به عنوان یک نتیجه از حلقه بازخورد بین زندگی و محیط آن نشان می‌دهد. فرمول‌بندی مدل بر حسب فرآیندهای گاوسی امکان توسعه روش‌های محاسباتی جدید را به منظور ارائه راه‌حل‌ها فراهم می‌کند. ما متوجه شدیم که پایداری این سیستم معمولاً افزایش می‌یابد و سپس با افزایش تنوع زیستی ثابت می‌ماند و تعداد جاذبه‌های درون فضای فاز به طور تصاعدی با تعداد متغیرهای محیطی افزایش می‌یابد در حالی که احتمال قرار گرفتن سیستم در جاذبه‌ای قرار می‌گیرد. در محدوده های تعیین شده تقریباً به صورت خطی کاهش می یابد. ما استدلال می‌کنیم که مفهوم سایبرنتیک کنترل مهار بینش‌هایی را در مورد چگونگی این سیستم مدل، و به طور بالقوه هر سیستمی که از حلقه‌های بازخورد بیولوژیکی تا محیطی تشکیل شده است، به حالت‌های هموستاتیک خودسازمان می‌دهد، ارائه می‌کند.

برای اینکه بفهمم چگونه این کار می کند، مدل را تکرار کردم (به کتابخانه من مراجعه کنید).

مکانیسم اصلی مدل، کنترل مهار است، که در آن نیروهای چند جهته روی یک سیستم با هم عمل می کنند تا کنترل بازخورد دو طرفه را به دست آورند. به قیاس، افسار اسب فقط می تواند در یک جهت کشیده شود، اما با یک جفت افسار، می توان هم به چپ و هم به راست چرخید.

در این مدل، یک آرایه تصادفی بزرگ از مهارها، متشکل از بازخوردهای زیستی که در نزدیکی یک وضعیت سیستمی خاص رخ می‌دهند، وجود دارد. در حالت تک بعدی ساده، وقتی دسته ای از این موارد را اضافه می کنید، یک فیلد برداری 1 بعدی به نظر می رسد که به شکل زیر است:

اگر آشنا به نظر می رسد، دلیلی وجود دارد. آنچه در امتداد بعد E اتفاق می افتد بسیار شبیه آنچه در طول بعد زمانی در نویز صورتی اتفاق می افتد: در هر نقطه معین، مجموع تعداد زیادی تکانه تصادفی یک پاسخ خالص تند و تیز را ایجاد می کند، با مقیاس مشخصه ای که توسط ثابت زمانی (صورتی) ایجاد می شود. نویز) یا عرض طاقچه اجزای زنده (کنترل مهار).

چیزی که این به دست می‌دهد یک سری متناوب از نقاط ناپایدار (تغییر) و تعادل‌های پایدار است. هنگامی که سیستم توسط نیروی خارجی مختل می شود، اختلال واکنش کل را مانند زیر تغییر می دهد. به طور کلی، چند نقطه ثابت ممکن است ناپدید شوند، اما ویژگی های بزرگ چشم انداز حفظ می شود، بنابراین سیستم در برابر اختلال مقاومت می کند.

با یک حالت محیطی با ابعاد بالاتر، این حوضه های جذاب جاذبه ایجاد می کند:

این منجر به نتیجه‌گیری‌های مختلفی در مورد پایداری اکولوژیکی می‌شود، که برای آن شما را تشویق می‌کنم به مقاله کامل نگاهی بیندازید. تعمق در مورد کاربرد و مفاهیم این مدل مفهومی برای سیستم‌های اجتماعی جالب است.

پیمایش به بالا