Teoria da Complexidade

Tradução da Palestra TED de Nicolas Perony sobre Teoria da Complexidade:

Ciência, ciência nos deu a chance de saber tanto sobre os confins do universo, o que é ao mesmo tempo tremendamente importante e extremamente distante, e ainda muito, muito mais próximo, muito mais diretamente relacionado a nós, há muitas coisas que não entendemos. E uma delas é a extraordinária complexidade social dos animais que nos rodeiam, e hoje quero lhes contar algumas histórias sobre a complexidade animal.

Em primeiro lugar, o que chamamos de complexidade? O que é complexo? Bom, complexo não significa complicado. Algo complicado compreende muitas partes pequenas, todas diferentes, e cada uma delas tem o seu próprio papel no mecanismo. Por outro lado, um sistema complexo é feito de muitas, muitas partes similares, e é a sua interação que produz um comportamento globalmente coerente. Sistemas complexos têm muitas partes interagindo que se comportam de acordo com regras simples, individuais, e isso resulta em propriedades emergentes. O comportamento do sistema como um todo não pode ser previsto apenas a partir de regras individuais. Como Aristóteles escreveu, o todo é maior que a soma de suas partes. Mas, à partir de Aristóteles, vamos passar para um exemplo mais concreto de sistemas complexos.

Estes são terriers escoceses. No início, o sistema está desorganizado. Em seguida, surge uma perturbação: leite Todos os indivíduos começam a empurrar numa direção e é isso o que acontece. O catavento é uma propriedade advinda das interações entre os filhotes cuja única regra é tentar manter o acesso ao leite e, portanto, empurrar numa direção aleatória.

Então trata-se apenas de encontrar as regras simples das quais surge a complexidade. Chamo isso de simplificar a complexidade, e o que fazemos na disciplina de design de sistemas no ETH Zurich. Coletamos dados de populações animais, analisamos padrões complexos, tentamos explicá-los. São necessários físicos que trabalham com biólogos, matemáticos e cientistas da computação, e é nas suas interações que se produzem competências transfonteiriças para resolver esses problemas. Então, novamente, o todo é maior do que a soma de suas partes. De certo modo, a colaboração é outro exemplo de um sistema complexo.

Você pode estar se perguntando de que lado eu estou, biologia ou física? Na verdade, é um pouco diferente, e para explicar, preciso contar a vocês uma história sobre mim. Quando eu era criança, eu adorava construir coisas, criar máquinas complicadas. Então me propus a estudar engenharia elétrica e robótica, e meu projeto de final de curso consistia em construir um robô chamado ER1; parecia-se com isto; que coletaria informação de seu ambiente e prosseguir seguindo uma linha branca no chão. Era complicadíssimo, mas funcionou perfeitamente em nossa sala de testes, e no dia da demonstração, os professores se reuniram para avaliar o projeto. E levamos o ER1 para a sala de avaliação. E parece que a iluminação daquela sala era ligeiramente diferente. O sistema visual do robô se confundiu. na primeira curva da linha, ele saiu de curso e bateu numa parede. Nós passamos semanas construindo-o, e tudo o que foi preciso para destruí-lo foi uma mudança sutil na cor da luz da sala. Foi aí que eu percebi que quanto mais complicada for uma máquina, maior a chance de ela falhar devido a algo absolutamente inesperado. E eu decidi que, na verdade, eu não queria criar coisas complicadas. eu queria entender complexidade, a complexidade do mundo ao nosso redor e especialmente no reino animal.

O que nos leva aos morcegos. Morcegos de Bechstein são uma espécie comum de morcegos europeus. São animais bastante sociais. Na maioria das vezes eles repousam, ou dormem, juntos. E vivem em colônias maternais, o que quer dizer que em toda primavera, as fêmeas se encontram depois de hibernar no inverno, e ficam juntas por cerca de seis meses pra criar seus filhotes, e todas carregam um chip bem pequeno, o que significa que toda vez que alguma delas entra em alguma dessas caixas de morcego especialmente equipadas, nós sabemos onde ela está, e mais importante, sabemos com quem ela está. Eu estudei associações de repouso nos morcegos, e é assim que se parece. Durante o dia, os morcegos pousam em números de subgrupos em caixas diferentes. Pode ser que em um dia, a colônia se divida em duas caixas, mas em outro dia, pode estar junta em uma única caixa, ou dividida em três ou mais caixas, e tudo isso parece ser mesmo irregular. Chama-se dinâmica fissão-fusão, a propriedade de um grupo de animais dividir-se e unir-se regularmente em subgrupos diferentes.

O que fazemos é pegar todos esses dados de todos esses dias diferentes e colocá-los em conjunto para extrair um padrão de associação de longo prazo aplicando técnicas com análise de redes para ter uma visão completa da estrutura social da colônia. Certo? Então é assim que se parece essa imagem. Nessa rede, todos os círculos são nós, morcegos individuais, e as linhas entre eles são vínculos sociais, associações entre indivíduos. Acontece que essa imagem é muito interessante. Essa colônia de morcegos está organizada em duas comunidades diferentes que não podem ser previstas com a dinâmica de fissão-fusão diária. Nós as chamamos de unidades sociais secretas. Ainda mais interessante, na verdade: Todo ano, por volta de outubro, a colônia se divide, e todos os morcegos hibernam separadamente, mas ano após ano, quando os morcegos se reúnem novamente na primavera, as comunidades se mantêm as mesmas.

Esses morcegos se lembram dos seus amigos por muito tempo. Com o cérebro do tamanho de um amendoim, eles mantêm vínculos individualizados e de longo prazo. Não sabíamos que isso era possível. Sabíamos que primatas e elefantes e golfinhos podiam fazer isso, mas comparados com morcegos, seus cérebros são enormes. Então como pode ser que os morcegos mantêm essa estrutura social complexa estável com tais habilidades cognitivas limitadas?

A complexidade nos dá uma resposta. Para entender esse sistema, nós construímos um modelo computacional de repouso, baseado em regras simples e individuais, e simulamos milhares e milhares de dias na colônia de morcegos virtual. É um modelo matemático, mas não é complicado. O que o modelo nos disse foi que, em resumo, cada morcego conhece alguns outros membros da colônia como seus amigos, e é somente um pouco mais propenso a repousar numa caixa com eles. Regras simples e individuais. É tudo o que é preciso para explicar a complexidade social desses morcegos.

Mas não é só isso. Entre 2010 e 2011, a colônia perdeu mais de dois terços de seus membros, provavelmente por causa do inverno rigoroso. Na próxima primavera, não se formaram duas comunidades como todo ano, o que poderia ter levado a colônia inteira à morte porque teria se tornado pequena demais. Em vez disso, formou-se uma unidade social única e coesiva, que possibilitou à colônia sobreviver àquela estação e prosperar novamente nos próximos dois anos. O que sabemos é que os morcegos não estão cientes que sua colônia faz isso. Tudo o que fazem é seguir regras de associação simples, e dessa simplicidade surge a complexidade social que permite à colônia ser resiliente em face de mudanças dramáticas na estrutura populacional. E eu acho que isso é incrível.

Agora quero lhes contar outra história, mas para esta, temos que viajar da Europa ao deserto do Kalahari na África do Sul. É onde vivem os suricates. Tenho certeza que vocês conhecem os suricates. São criaturas fascinantes. Vivem em grupos com uma estrutura social bem restrita. Há um casal dominante, e muitos subordinados, alguns atuando como sentinelas, alguns atuando como babás, outros ensinando os filhotes, e assim por diante. O que fazemos é colocar colares GPS bem pequenos nesses animais para estudar como eles se movem em conjunto, e o que isso tem a ver com sua estrutura social. e há um exemplo bem interessante de movimento coletivo nos suricates. No meio da reserva onde eles vivem passa uma estrada. Nessa estrada há carros, então é perigoso. Mas os suricates precisam atravessá-la para ir de um local de alimentação para o outro. Então perguntamos, como eles fazem isso exatamente? Descobrimos que a fêmea dominante na maioria das vezes é quem guia o grupo até a estrada, mas na hora de atravessar a estrada, ela dá espaço aos subordinados, uma maneira de dizer, “Vão em frente, digam-me se é seguro.” O que eu não sabia, na verdade, eram que regras em seu comportamento seguem os suricates para que essa mudança aconteça da margem do grupo e se regras simples eram suficientes para explicá-la

Então construí um modelo, um modelo de suricates simulados atravessando uma estrada simulada. É um modelo simplista. Suricates em movimento são como partículas aleatórias cuja única regra é uma de alinhamento. Eles simplesmente se movem em conjunto. Quando essas partículas chegam à estrada, elas percebem um tipo de obstáculo, e são bloqueados por ela. a única diferença entre a fêmea dominante, aqui em vermelho, e os outros indivíduos, é que para ela, a altura do obstáculo, que é, na verdade, o risco aparente da estrada, é levemente maior. e essa pequena diferença nas regras individuais de movimento é suficiente para explicar o que observamos, que a fêmea dominante guia seu grupo ate a estrada e então dá espaço aos outros para que atravessem primeiro. George Box, que foi um estatístico inglês, uma vez escreveu: “Todos os modelos são falsos, mas alguns são úteis.” E, de fato, esse modelo obviamente é falso, porque, na realidade, os suricates não são nada como partículas aleatórias. Mas também é útil, porque nos mostra a simplicidade extrema nas regras de movimento ao nível individual poder resultar em uma grande parte de complexidade ao nível do grupo. Novamente, isso é simplificar a complexidade.

Gostaria de concluir com o que isso significa para toda a espécie. Quando a fêmea dominante dá espaço a um subordinado, não é por cortesia. De fato, a fêmea dominante é extremamente importante para a coesão do grupo. Se ela morrer na estrada, o grupo inteiro está em risco. Então esse comportamento de evitar o risco é uma resposta evolucionário bem antiga. Esses suricates estão replicando uma tática evolutiva que vem de milhares de gerações, e a estão adaptando a um risco moderno, nesse caso, uma estrada construída por humanos. Eles adaptam regras bem simples, e o comportamento complexo resultante lhes permite resistir à invasão humana em seus habitats naturais.

No final das contas, pode ser morcegos que mudam suas estruturas sociais em resposta a uma queda na população, ou pode ser suricates que exibem uma adaptação nova para uma estrada humana, ou pode ser outra espécie. Minha mensagem aqui; e essa não é complicada; mas uma simples de admiração e esperança; minha mensagem aqui é que os animais exibem uma complexidade social extraordinária, e isso lhes permite adaptar-se e responder à mudanças em seu ambiente. Em três palavras, no reino animal, a simplicidade leva à complexidade o que leva à resiliência.

Teoria da Complexidade publicado primeiro em https://fernandonogueiracosta.wordpress.com