modello cibernetico

 

La cibernetica concepisce la realtà come un aggregato di strutture che esplicano funzioni e si trasformano.

I comportamenti non vengono considerati in sé, ma in riferimento al progetto che la struttura intende sviluppare.

Il modello cibernetico riporta in tal modo all'interno del pensiero scientifico il concetto di scopo.

La cibernetica si occupa di macchine automatiche che trasmettono e utilizzano le informazioni per raggiungere un autocontrollo (processi biochimici e biosfera).

Questo avviene attraverso meccanismi_a_retroazione_o_feedback.

Le retroazioni possono essere sia di tipo positivo, sia di tipo negativo (cicli della materia).

Già di particolare efficacia è la rappresentazione dei sistemi viventi come sistemi a retroazione negativa; ma ancora più potente strumento intellettuale è la rappresentazione dei viventi come sistemi a retroazione integrale.

 

62.bmp (70618 byte)

 

 

 

 


meccanismi a retroazione o feedback

Il meccanismo di retroazione è un meccanismo di controllo automatico che permette ad una "macchina", finalizzata al raggiungimento di un dato obiettivo, di autoregolarsi, nel corso del proprio funzionamento, correggendo gli scarti dal programma previsto in sede di progetto.

I meccanismi di retroazione possono essere fondamentalmente di due tipi: quelli a retroazione_negativa e quelli a retroazione_positiva. Talvolta i due meccanismi possono essere presenti contemporaneamente, come nei viventi; in tal caso si parla di retroazione integrale.

I primi tendono a riequilibrare il sistema in caso di moderati disturbi all'equilibrio provenienti dall'esterno del sistema stesso; i secondi a creare un nuovo equilibrio quando esso sia pesantemente disturbato dall'esterno.

La retroazione si può ottenere dotando la macchina di un sensore che mette in relazione le prestazioni in uscita (output) della macchina con quelle prestabilite in entrata (input) e annulla poi la differenza fra segnale di uscita e segnale di entrata. Gli organismi viventi e i sistemi naturali sono già dotati di questi sistemi di autocontrollo che fanno parte di programmi genetici evolutisi nel tempo.

La retroazione negativa ha l'effetto di contrastare le deviazioni nel funzionamento del sistema: lo stabilizza opponendosi ai cambiamenti.

La retroazione positiva invece accelera le deviazioni incrementandole: tende così a creare instabilità nel sistema, che tenderà a sua volta a crearsi un nuovo stato di equilibrio.

 

 

 

 


retroazione

I sistemi a retroazione mettono in relazione le prestazioni in uscita (output) della macchina con quelle prestabilite in entrata (input) e, azionando appositi meccanismi di regolazione, annullano la differenza fra segnale di uscita e segnale di entrata.

 

Il meccanismo costituisce praticamente una modalità di controllo automatico: permette cioè al sistema, considerato come una "macchina" finalizzata al raggiungimento di un dato obiettivo, di autoregolarsi nel corso del proprio funzionamento, correggendo gli scarti dal programma previsto in sede di progetto.

 

008.bmp (133966 byte)

 

 

 

 


viventi come sistemi a retroazione negativa

I modi di percepire i sistemi viventi come macchine meccaniche e successivamente come macchine termiche, sebbene corretti e produttori di conoscenze, hanno lasciato per lungo tempo perplessi.

Le due analogie non interpretano le caratteristiche tipiche dei viventi: la capacità di controllare le loro attività (metabolismo) e la capacità di riprodursi.

La cibernetica ha fornito una razionalizzazione a processi sostanzialmente automatici quali il metabolismo e ricorsivi come la riproduzione.

Le nozioni di macchina programmata e di regolazione per retroazione forniscono interpretazioni cibernetiche più avanzate della realtà.

 

 

 

 

 


interpretazioni cibernetiche della realtà

Il modello cibernetico:

- consente di vedere gli organismi come macchine naturali, sistemi dotati di un programma e di molteplici circuiti di regolazione a retroazione negativa interagenti tra loro, in modo tale da mantenere la stabilità o stato stazionario del sistema;

- assegna nuovi e importanti significati ai rapporti tra acidi_nucleici e proteine.

Gli acidi nucleici, il cui significato chimico era trascurabile, hanno assunto il ruolo di programma genetico che, in rapporto con le strutture operative delle proteine, consente all'organismo di controllare le attività in modo rigoroso e di trasmettitori di informazioni che consentono ai viventi di riprodursi.

Il modello cibernetico è stato perciò molto utile come chiave di lettura e di interpretazione dei sistemi naturali e in particolare dei viventi.

 

 

 


viventi come sistemi a retroazione integrale

I sistemi che utilizzano meccanismi di retroazione sia negativa che positiva sono detti sistemi a retroazione integrale.

Questo modello permette di descrivere sia la stabilità dei sistemi viventi sia la loro evoluzione. I sistemi viventi vengono definiti omeostatici in quanto sono capaci di mantenere la loro stabilità nonostante gli effetti di disturbo provenienti dall'ambiente esterno e dall'interno del sistema stesso.

Questa condizione di stabilità o di equilibrio stazionario è dovuta ai meccanismi di retroazione negativa; gli effetti di disturbo che allontano di poco dal punto di equilibrio vengono da annullati: il sistema viene riportato nelle condizioni di stabilità.

Ma se nell'ambiente avvengono cambiamenti notevoli, tali da allontanare molto dal punto di equilibrio, si crea una retroazione positiva o di fuga. Il punto di equilibrio si sposterà alla ricerca di un nuovo punto di equilibrio per il sistema e questo può comportare fenomeni evolutivi.

Le modifiche notevoli dell'ambiente, che definiamo inquinamento, non distruggono la vita in genere, ma solo la vita di organismi costruiti per vivere in quel determinato ambiente: l'ecosfera attuale, prodotto di una storia evolutiva nella quale si sono costruite le interazioni che coinvolgono anche l'uomo, se pesantemente modificata, non sarà più tale da permettere la vita a questa specie.

 

 

 

 

 


retroazione negativa

La retroazione negativa si ottiene dotando la macchina di un sensore che mette in relazione le prestazioni in uscita (output) della macchina con quelle prestabilite in entrata (input) e, azionando i meccanismi di regolazione, annulla la differenza fra segnale di uscita e segnale di entrata.

 

Questo tipo di retroazione ha l'effetto di contrastare le deviazioni nel funzionamento del sistema: lo stabilizza opponendosi ai cambiamenti: se la deviazione causata dal fattore influente è legata a un suo eccesso, il meccanismo provoca la sua diminuzione; se invece è legata a un suo difetto, ne provoca l'aumento.

 

014c.bmp (135322 byte)

 


retroazione positiva

La retroazione positiva invece accelera le deviazioni incrementandole: tende così a creare instabilità nel sistema, che tenderà a sua volta a crearsi un nuovo stato di equilibrio. Secondo questo meccanismo, quando il fattore influente è sia in eccesso, sia in difetto, il fenomeno viene amplificato in modo da creare una situazione critica di instabilità, e poi uno stato stazionario nuovo.

Se nell'ambiente avvengono cambiamenti notevoli, tali da allontanare molto dal punto di equilibrio, si crea perciò una retroazione positiva o di fuga.

Uscire dalla capacità di autoregolazione vuol dire andar incontro ad un ambiente diverso: si ha cioè una "evoluzione".

 

014d.bmp (136226 byte)

 

 


Stato di equilibrio stazionario

In biologia il termine equilibrio è molto radicato nel linguaggio ecologico.

In un ecosistema vi è equilibrio se le masse, a breve o lungo periodo, sono, pur con delle fluttuazioni (per esempio, nei paesi temperati, secondo cicli stagionali) in linea di massima costanti nei singoli comparti.

In altri termini l'eco-organizzazione recupera sotto forma di materie prime tutti i sottoprodotti (rifiuti respiratori e digestivi dei viventi) in una condizione di autosufficienza, in cui le uniche necessità sono l'energia solare ed i sali minerali provenienti dalla decomposizione delle rocce.

Per i sistemi ecologici si parla di stato di equilibrio stazionario o stato di stabilità dinamica.

Lo stato di equilibrio stazionario verso il quale tendono gli ecosistemi viene definito dagli ecologi "climax": esso può mantenersi indefinitamente, a parità di altre condizioni; se il climax viene distrutto da perturbazioni disorganizzatrici, subentra il fenomeno dell'evoluzione.

 

 

 


Evoluzione

Un sistema qualsiasi non è più concepibile come composto da elementi e relazioni tra elementi che non cambiano, ma come qualcosa che si evolve poiché, al suo interno, mutano le relazioni tra gli elementi in rapporto all'energia disponibile.

Il fatto che l'energia possa essere trasformata in una sola direzione, da uno stato di disponibilità ad uno di non disponibilità, fa capire che i cambiamenti proseguono a senso unico.

L'evoluzione non nega la conservazione: ogni fenomeno naturale trova la sua ragione d'essere in qualcosa di preesistente: non possono esserci episodi creativi.

In un sistema, anche nel corso di cambiamenti, sussiste sempre una invarianza di massa.

In chimica la conservazione della massa viene interpretata come conservazione degli atomi: nelle evoluzioni chimiche gli atomi si conservano, pur mutando le aggregazioni fra atomi; le trasformazioni perciò sono solo ristrutturazioni.

Nel caso dei viventi, gli atomi assunti sotto forma di molecole o ioni sono riorganizzati in molecole diverse da quelle assunte (metabolismo); in ogni caso sono sempre gli stessi atomi che percorrono incessantemente i loro cicli.

 

 

 

 


Proteine

Le proteine sono combinazioni lineari di venti amminoacidi.

Lo scheletro (backbone) della catena è costituito da una sequenza_di_legami_peptidici (-CO-NH-CHR-) conseguente alla policondensazione degli amminoacidi.

 


Sequenza di legami peptidici

STRUPRO.bmp (81718 byte)

 


 Acidi nucleici

Gli acidi nucleici sono costituiti da combinazioni lineari di nucleotidi nei quali alcune unità sono sempre presenti: le basi azotate; queste sono composti eterociclici che possono derivare dalla pirimidina, e si chiamano allora basi_pirimidiniche, o dalla purina, e si chiamano allora basi_puriniche.

 

 


Nucleotidi

Sono raggruppamenti di atomi in cui è evidente un gruppo fosforico legato con legame diestereo C-O-P-O-C a due diversi pentosi (zuccheri con 5 C); ogni pentoso è a sua volta legato ad una base azotata.

 

 

 

 

La figura rappresenta schematicamente una sequenza di nucleotidi.

STRUACNU.bmp (128986 byte)

 

 


Basi pirimidiniche

pirimi.bmp (102678 byte)

 

 


Basi puriniche

purina.bmp (91206 byte)

 


inquinamento

La maggior parte degli inquinamenti si ha quando alcune sostanze, a causa dell'attività umana, sono o troppo abbondanti o insufficienti in un dato comparto.

L'uomo ha accelerato fortemente il movimento di molti materiali, così che i cicli tendono a diventare imperfetti, portando alla situazione paradossale di un eccesso dell'elemento da una parte e contemporaneamente di una grossa carenza dall'altra.

L'inquinamento altera la distribuzione dei materiali in due modi:

-modificando la velocità di flusso con cui i materiali fondamentali circolano;

-introducendo alcuni materiali estranei sotto forma di molecole artificiali che le specie viventi non riescono a decomporre.

Si può quindi definire l'inquinamento come l'errata collocazione delle risorse per alterazione dei cicli geobiochimici, alterazione della direzione e della velocità con cui certi materiali si muovono nei cicli.

 

 

 

torna su