Symulacja zjawisk biologicznych widziana systemowo

Anna Latawiec Symulacja zjawisk biologicznych widziana systemowo Studia Philosophiae Christianae 26/2, 37-53 1990 Studia Philosophiae Christianae ATK 26 <1990) 2 ANNA LATAWIEC SYMULACJA ZJAW ISK BIOLOGICZNYCH WIDZIANA SYSTEMOWO 1. Wprowadzenie, 2. Podstawy teorii systemów,, 3. Symulacja na tle teorii system ów, 4. Ilustracja system owego ujęcia modelu sym ulacyj nego, 5. Zakończenie. 1. WPROWADZENIE Teoria system ów 1 od swych początków budziła duże zain teresowanie. Podejmowano próby wplecenia jej w inne teorie. Widziano w niej nowy sposób interpretacji otaczającej nas rzeczywistości. Ostatnio podjęto 4także próbę sformalizowania ogólnej teorii systemów. U podstaw tego zabiegu znalazł się precyzyjnie sform ułow any cel, oraz odpowiednio dobrany aparat pojęciowy. Szczególnie interesujące w ydaje się ujęcie M. D. M esarovica2 i A. W. W ym ore’a *. W celu opisania za chowania się system u Mesarovic posłużył się dwiema m etoda mi: za pomocą relacji wejście—wyjście określonej na iloczy nie kartezjańskim dwu rozłącznych rodzin zbiorów abstrak cyjnych (jest to ujęcie przyczynowe) oraz za pomocą w ska zania celu, w którym powyższa relacja dw uargum entow a w y rażona została jako proces dążenia do celu (jest to ujęcie teleologiczne). N atom iast spleciona teoria systemów Wymo re’a powiązała teorię automatów dyskretnych z teorią syste mów ciągłych opisywanych przy pomocy rów nań różniczko wych. A utor określił własne pojęcie systemu, sformalizował określenie sprzężenia zwrotnego, zastosował pojęcie homomor1 L. von Bertalanffy, Problems of Life, London 1952; tenże, The theory of open system s in physics and biology, Science 111 (1950) 23—29; tenże, Teoria· układu otwartego w biologii i fizyce, w: Filozo ficzne zagadnienia biologii, 1966, 122—138. 2 M. D. Mesarovic, M atematyczna teoria system ów ogólnych, w: Ogólna teoria systemów, pr. zb. red. G. J. Klira, Warszawa 1976, 246—262. 2 A. W. Wymore, Spleciona teoria system ów, w: Ogólna teoria systemów, dz. cyt., 263—292. fizmu systemów dla formalizacji zasady modelowania i sy mulacji. Powiązanie teorii systemów z innymi dziedzinami znajdu jemy między innymi w przypadku teorii regulonów 4, przy nowej próbie interpretacji teorii biosystem ogenezy5, a także przy najnowszych próbach w yjaśniania zjawiska życia ". Oka zuje się, iż analiza zachowania i funkcjonowania żywych o r ganizmów w ich naturalnym , bądź sztucznym środowisku upo ważnia do zastosowania teorii systemów również w badaniach zjawisk biologicznych. Jedną z bardżiej istotnych cech zja wisk biologicznych jest ich ogromna złożoność i dynamika, co zasadniczo zwiększa możliwość w ykorzystania symulacji — metody rozum ianej także bardzo dynamicznie. Pnzez zjawisko, najogólniej rozumie się to, co może być zarejestrow ane przez świadomość, czyli to, co dane jest dzię ki obserwacji i eksperymentowi. Zwykle zjawisko jawi się w formie procesu i wówczas rozumiane jest jako ciąg zm ienia jących się stanów jakiegoś układu. Zjawisko biologiczne, to zjawisko życiowe przebiegające na wszystkich poziomach or ganizacji życia w oparciu o inform ację biologiczną 7. W poniższych rozważaniach zostanie podjęta próba wska zania zależności zachodzących między teorią systemów a ukła dam i żywymi, oraz między teorią systemów a symulacją ja ko metodą badania procesów opartych na wymianie inform a cji; metodą służącą do poznawania tychże układów żywych. Na tle krótko zarysownej teorii systemów zostanie przedsta wiona propozycja systemowego widzenia symulacji oraz mo del sym ulacyjny rodziny pszczelej. Z. PODSTAWY TEORII SYSTEMÓW Myślenie systemowe charakteryzuje się tym, że jednocze śnie brana jest pod uwagę całość i jej elem enty w raz z ich otoczeniem, przy równoczesnym uwzględnieniu dynamiczne go aspektu badanych obiektów. 4 M. Lubański, Regulony i system y, Studia Philosophiae Chriastianae 21 (1985) 2, 25—37. s Sz. W. Slaga, U podstaw biosystemogenezy, Studia Philosophiae Christianae 25 (1987) 1, 21—51. * J. A. Chmurzyński, W poszukiwaniu istoty życia, w: Organizm — jednostka biologiczna, pr. zb. red. T. Zabłocka, Warszawa 1977, 41—66. 7 A. Latawiec, Symulacja zjaw iska biologicznego, Prace Szkoły Sy m ulacji System ów Gospodarczych W.G. 88, K atowice 1988, 69—74. Z systemem spotykamy się wówczas, gdy jakieś obiekty wraz z relacjam i między nimi zachodzącymi tworzą całość z pewnego punktu widzenia. Obiekty wchodzące w skład da nego systemu przyjęto nazywać jego elementami. System bez obiektów jest niemożliwy, chyba że wprowadzimy z przyczyn umownych pojęcie systemu p u steg o 8, czyli pozbawionego ele mentów. Obiekty, które nie należą do danego systemu sta nowią jego otoczenie. Uchwycenie relacji między poszczegól nymi obiektami systemu ukazują jego dynamikę. Relacje za chodzące między obiektami to oddziaływania zachodzące mię dzy obiektami systemu. A zatem system wraz ze swym oto czeniem ma charakter dynamiczny. Obiekty należące do da nego systemu mogą oddziaływać między sobą, ale także od działują na obiekty należące do ich otoczenia. Otoczenie od działuje na system, oraz system oddziałuje na jego elementy. Oddziaływanie otoczenia n a system nazwano wejściem syste mu; zaś oddziaływanie systemu na otoczenie — jego wyjściem. Wejścia i wyjścia stanowią tzw. elem enty brzegowe syste mu Możemy ponadto mówić o wzajemnych oddziaływaniach między systemami, czyli o tzw. sprzężeniach szeregowych, równoległych i zwrotnych. Te ostatnie (tj. zwrotne) mogą być dodatnie lub ujemne. Sprzężenie zwrotne dodatnie dopro wadza do coraz większego odchylenia od stanu równowagi funkcjonalnej systemu, zaś ujem ne — zachowuje stan rów nowagi funkcjonalnej złożonego systemu rzeczywistego. W otaczającej nas przyrodzie obserwujem y oddziaływanie (tzw. interakcje) przebiegające na różnych płaszczyznach: me chanicznej, chemicznej, elektrycznej, ekonomicznej i społecz nej. Oddziaływanie to może być rozmaicie skoncentrowane przestrzennie i czasowo 10. Powszechne rozumienie pojęcia sy stemu utożsamia je z uporządkowanym zbiorem elementów oddziałujących na siebie wzajemnie i stanowiących pewną ca łość ” , przy czym ten sam układ elementów może być tra k towany jako autonomiczny system, a także jako część syste mu większego. Może więc być dwojako charakteryzowany. Z jednej strony za pomocą takich pojęć jak: element, relacja, * M. Lubański, Regulony i system y, dz. cyt., 31. 9 J. Jaroń, P odstaw y cybernetyki, Wrocław 1976. 10 St. Mynarski, Elementy teorii system ów i cybernetyki, Warszawa 1979, 7. 11 M. Lubański, Sz. W. Slaga, A spekt sy stem o w y problemu jedności nauki, Studia Philosophiae Christianae 15 (1979) 1, 154. sprzężenie, całość, z drugiej zaś — wejście, wyjście, przetw a rzanie inform acji, stero w an ie12. System można też opisywać poprzez wskazanie specyficznych własności, takich jak izola cja, jedność, centralizacja, sterowanie; poprzez cechy opisu jące jego zachowanie jak zmienność, ekwifinalność, funkcjo nowanie w. Paradygm at systemowego patrzenia na rzeczywistość po zwala widzieć ją jako zesp (...truncated)