Iseorganiseeruvus

**Iseorganiseeruvus**, mida sotsiaalteadustes nimetatakse ka spontaanseks korraks, on protsess, mille puhul algselt korrastamata süsteemi osade vahelistest lokaalsetest vastastikmõjudest tekib mingisugune üldine kord. Protsess võib olla spontaanne, kui on piisavalt energiat, ja ei vaja ühegi välise mõjuri kontrolli. See käivitub sageli näiliselt juhuslikest kõikumistest, mida tugevdab positiivne tagasiside. Tekkiv korraldus on täielikult detsentraliseeritud, jaotunud süsteemi kõigi komponentide vahel. Sellisena on organisatsioon tavaliselt vastupidav ja võimeline üle elama või ise parandama olulisi häireid. Kaoseteoorias käsitletakse eneseorganiseerumist prognoositavuse saartena kaootilise ettearvamatuse meres.

Iseorganiseeruvus esineb paljudes füüsikalistes, keemilistes, bioloogilistes, robootilistes ja kognitiivsetes süsteemides. Iseorganiseeruvuse näidete hulka kuuluvad kristalliseerumine, vedelike termiline konvektsioon, keemiline võnkumine, loomade ja lindude parvedesse kogunemine, närvikontuurid ja varimajandus. 

## Ülevaade
Iseorganiseeruvus realiseerub füüsikas mittetasakaalulistes protsessides ja keemilistes reaktsioonides, kus seda iseloomustatakse sageli kui enesekehtestamist (ing k *self-assembly*). Mõiste on osutunud kasulikuks bioloogias, alates molekulaarsest tasandist kuni ökosüsteemi tasandini. Tsiteeritud näiteid iseorganiseeruvast käitumisest leidub ka paljude teiste distsipliinide kirjanduses, nii loodus- kui ka sotsiaalteadustes (näiteks majanduses või antropoloogias). Iseorganiseeruvust on täheldatud ka matemaatilistes süsteemides, näiteks rakuautomaatides.

Iseorganiseeruvus tugineb neljale põhikomponendile:

# tugev dünaamiline mittelineaarsus, mis sageli (kuigi mitte tingimata) hõlmab positiivset ja negatiivset tagasisidet;
# ekspluateerimise ja uurimise tasakaal;
# komponentide vaheline mitmekordne vastastikmõju; 
# energia kättesaadavus (loomuliku entroopiatendentsi ehk vaba energia kadumise ületamiseks).

## Põhimõtted
Küberneetik William Ross Ashby sõnastas 1947. aastal algupärase iseorganiseeruvuse põhimõtte, mis väidab, et iga deterministlik dünaamiline süsteem areneb automaatselt tasakaaluseisundi suunas, mida saab kirjeldada ümbritsevate seisundite basseinis asuva "attraktori" (ingl k *atractor*) abil. Kui süsteem on sinna jõudnud, on tema edasine areng piiratud, et jääda attraktiivsesse seisundisse. See piirang eeldab teatud vastastikust sõltuvust või kooskõlastatust süsteemi komponentide või allsüsteemide vahel. Ashby mõistes on iga allsüsteem kohanenud kõigi teiste allsüsteemide poolt moodustatud keskkonnaga.

Küberneetik Heinz von Foerster sõnastas 1960. aastal põhimõtte „mürast tulenev kord“, milles märgitakse, et iseorganiseeruvust soodustavad juhuslikud häiritused („müra“), mis lasevad süsteemil uurida erinevaid olekuid oma olekute ruumis. See suurendab tõenäosust, et süsteem jõuab „tugeva“ või „sügava“ attraktori basseini, kust ta seejärel kiiresti ise satub attraktori. Biofüüsik Henri Atlan arendas selle kontseptsiooni edasi, pakkudes välja „mürast tuleneva komplekssuse põhimõtte“ (prantsuse keeles: le principe de complexité par le bruit) kõigepealt 1972. aasta raamatus "L'organisation biologique et la théorie de l'information" ja seejärel 1979. aasta raamatus "Entre le cristal et la fumée". Füüsik ja keemik Ilja Prigogine sõnastas sarnase põhimõtte kui „korra läbi kõikumiste“ või „korra kaosest“, mida rakendatakse probleemide lahendamise ja masinõppe simuleeritud lõõmutamise meetodis.

## Ajalugu
Idee, et süsteemidünaamika võib viia süsteemi organiseerituse suurenemiseni, on pikaajaline. Vana aja atomistid, nagu Demokritos ja Lucretius, uskusid, et looduses korra loomiseks ei ole vaja kujundavat intelligentsi, väites, et kui anda piisavalt aega ja ruumi ning ainet, tekib kord iseenesest.

Filosoof René Descartes esitab iseorganiseerumist hüpoteetiliselt oma 1637. aasta „Arutelu meetodist“ viiendas osas. Ta arendas seda ideed edasi oma avaldamata teoses „Maailm“.

Immanuel Kant kasutas mõistet „iseorganiseeruv“ oma 1790. aasta „Otsustuskriitikas“, kus ta väitis, et teleoloogia on mõttekas mõiste ainult siis, kui on olemas selline üksus, mille osad või „organid“ on samaaegselt nii eesmärgid kui ka vahendid. Selline organite süsteem peab olema võimeline käituma nii, nagu oleks tal oma mõistus, st ta peab olema võimeline end ise valitsema.

Sadi Carnot (1796–1832) ja Rudolf Clausius (1822–1888) avastasid 19. sajandil termodünaamika teise seaduse. See väidab, et kogu entroopia, mida mõnikord mõistetakse kui korrastamatust, suureneb isoleeritud süsteemis alati aja jooksul. See tähendab, et süsteem ei saa spontaanselt suurendada oma korda ilma välise seoseta, mis vähendab korra olemasolu mujal süsteemis (näiteks patarei madala entroopiaga energia tarbimise ja kõrge entroopiaga soojuse hajutamise kaudu).

18. sajandi mõtlejad püüdsid mõista „universaalseid vormiseadusi“, et selgitada elusorganismide täheldatud vorme. See idee seostati Lamarkismiga ja langes halba mainet kuni 20. sajandi alguseni, mil D'Arcy Wentworth Thompson (1860–1948) üritas seda taaselustada.

Psühhiaater ja insener W. Ross Ashby tõi 1947. aastal kaasaegsesse teadusesse termini „iseorganiseeruv“, mille võtsid üle küberneetikud Heinz von Foerster, Gordon Pask, Stafford Beer; ja von Foerster korraldas 1960. aasta juunis Illinoisi ülikooli Allerton Parkis konverentsi „The Principles of Self-Organization“, mis viis iseorganiseeruvate süsteemide teemaliste konverentside sarja. Norbert Wiener võttis selle idee üles oma teose „Cybernetics: or Control and Communication in the Animal and the Machine“ (1961) teises väljaandes.

Iseorganiseeruvust seostati üldiste süsteemide teooriaga 1960. aastatel, kuid see muutus teaduskirjanduses tavaliseks alles siis, kui füüsikud Hermann Haken jt ja komplekssete süsteemide uurijad võtsid selle üle suuremas pildis kosmoloogiast Erich Jantsch, keemia dissipatiivse süsteemiga, bioloogia ja sotsioloogia autopoeesisena süsteemimõtlemiseni järgnevatel 1980. aastatel (Santa Fe Instituut) ja 1990. aastatel (kompleksne adaptiivne süsteem), kuni meie päevani, mil uusi revolutsioonilisi tehnoloogiaid põhjendati rizomaatilise võrkude teooriaga.

Umbes 2008–2009 hakkas kujunema juhitud iseorganiseeruvuse kontseptsioon. Selle lähenemisviisi eesmärk on reguleerida iseorganiseeruvust konkreetsetel eesmärkidel, nii et dünaamiline süsteem jõuaks konkreetsete attraktiivide või tulemusteni. Reguleerimine piirab iseorganiseeruvat protsessi keerulises süsteemis, piirates süsteemi komponentide vahelisi lokaalseid vastastikmõjusid, selle asemel et järgida selgesõnalist juhtimismehhanismi või globaalset kujundusjoonist. Soovitud tulemused, nagu saadud sisemise struktuuri ja/või funktsionaalsuse suurenemine, saavutatakse ülesandest sõltumatute globaalsete eesmärkide ja ülesandest sõltuvate piirangute kombineerimisel lokaalsetele koostoimetele.

## Valdkonna järgi
### Füüsika

Füüsikas on palju iseorganiseeruvaid nähtusi, mille hulka kuuluvad faasiüleminekud ja spontaanne sümmeetria purunemine, näiteks spontaanne magnetiseerumine ja kristallide kasv klassikalises füüsikas, ning laser, ülijuhtivus ja Bose-Einsteini kondensatsioon kvantfüüsikas. Iseorganiseeruvust leidub iseorganiseeruvas kriitilisuses dünaamilistes süsteemides, triboloogias, spinnivaht-süsteemides ja loop-kvantgravitatsioonis, plasmas, jõgede basseinides ja deltades, dendriitilises tahkestumises (lumehelbed), kapillaarses imbumisprotsessis ja turbulentses struktuuris.

### Keemia
Iseorganiseeruvus keemias hõlmab kuivamise poolt esilekutsutud isekogunemist, molekulaarset isekogunemist, reaktsioon-difusioonisüsteeme ja võnkuvaid reaktsioone, autokatalüütilisi võrgustikke, vedelkristalle, võrkkomplekse, kolloidkristalle, isekogunevaid monokihti, mikrorakke, plokk-kopolümeeride mikrofaaside eraldumist ja Langmuir-Blodgett-kile.

### Bioloogia
Iseorganiseeruvust bioloogias võib täheldada valkude ja teiste biomakromolekulide spontaanses volditamises, lipiidide kahekihiliste membraanide iseorganiseerumises, mustrite moodustamises ja morfogeneesis arengubioloogias, inimese liikumise koordineerimises, putukate (mesilased, sipelgad, termiidid) ja imetajate eusotsiaalses käitumises ning lindude ja kalade parvkäitumises.

Matemaatiline bioloog Stuart Kauffman ja teised strukturalistid on väitnud, et iseorganiseerumine võib lisaks looduslikule valikule mängida rolli kolmes evolutsioonibioloogia valdkonnas, nimelt populatsioonidünaamikas, molekulaarses evolutsioonis ja morfogeneesis. See ei võta aga arvesse energia olulist rolli rakkude biokeemiliste reaktsioonide käivitamisel. Igas rakus toimuvate reaktsioonide süsteemid on isekatalüüsuvad, kuid mitte lihtsalt iseorganiseeruvad, sest need on termodünaamiliselt avatud süsteemid, mis sõltuvad pidevast energiasisendusest. Iseorganiseeruvus ei ole looduslikule valikule alternatiiv, kuid see piirab evolutsiooni võimalusi ja pakub selliseid mehhanisme nagu membraanide iseorganiseerumine, mida evolutsioon seejärel ära kasutab.

Elusates süsteemides tekkiva korra evolutsiooni ja teatud mitteelulistes süsteemides tekkiva korra kohta tehti ettepanek, et see allub ühisele fundamentaalsele põhimõttele, mida nimetatakse „Darwini dünaamikaks“ ja mis sõnastati, kui kõigepealt vaadeldi, kuidas mikroskoopiline kord tekib lihtsates mittebioloogilistes süsteemides, mis on kaugel termodünaamilisest tasakaalust. Seejärel laiendati kaalutlusi lühikestele, paljunevatele RNA-molekulidele, mille puhul eeldati, et need on sarnased kõige varasemate eluvormidega RNA-maailmas. Näidati, et iseorganiseerumise aluseks olevad korda tekitavad protsessid mittebioloogilistes süsteemides ja replitseeruvas RNAs on põhimõtteliselt sarnased.

### Kosmoloogia
Oma 1995. aasta konverentsiettekandes „Cosmology as a problem in critical phenomena“ ütles Lee Smolin, et mitmed kosmoloogilised objektid või nähtused, nagu näiteks spiraalgalaktikad, galaktikate tekkeprotsessid üldiselt, varajase struktuuri kujunemine, kvantgravitatsioon ja universumi suuremastaabiline struktuur võivad olla iseorganiseerumise tulemus või olla seotud teatud määral sellega. Ta väidab, et iseorganiseerunud süsteemid on sageli kriitilised süsteemid, mille struktuur levib ruumis ja ajas üle iga olemasoleva skaala. Seetõttu, kuna aine jaotumine universumis on enam-vähem skaalainvariantsed paljude suurusjärkude ulatuses, võiksid iseorganiseeritud süsteemide uurimisel välja töötatud ideed ja strateegiad olla abiks teatavate lahendamata probleemide lahendamisel kosmoloogias ja astrofüüsikas.

### Arvutiteadus
Matemaatika ja arvutiteaduse nähtused, nagu rakuautomaadid, juhuslikud graafid ning mõned evolutsioonilise arvutamise ja tehisliku elu juhtumid näitavad iseorganiseeruvuse tunnuseid. Parvrobootikas kasutatakse iseorganiseerumist esilekerkiva käitumise tekitamiseks. Eelkõige on kasutatud juhuslike graafide teooriat, et põhjendada iseorganiseerumist kui komplekssete süsteemide üldist põhimõtet. Mitmeagendisüsteemide valdkonnas on aktiivne uurimisvaldkond arusaamine, kuidas konstrueerida süsteeme, mis on võimelised esitama iseorganiseeruvat käitumist. Optimeerimisalgoritme võib pidada iseorganiseeruvateks, sest nende eesmärk on leida probleemile optimaalne lahendus. Kui lahendust käsitletakse iteratiivse süsteemi seisundina, siis optimaalne lahendus on valitud, konvergeerunud süsteemi struktuur. Iseorganiseeruvate võrkude hulka kuuluvad väikemaailmavõrgud, isestabiilsus ja skaalavabad võrgud. Need tekivad alt-üles interaktsioonidest, erinevalt organisatsioonide ülalt-alla hierarhilistest võrgustikest, mis ei ole iseorganiseeruvad. On väidetud, et pilvandmetöötlussüsteemid on loomupäraselt iseorganiseeruvad, kuid kuigi neil on teatav autonoomia, ei ole nad isejuhtivad, kuna neil ei ole eesmärk vähendada omaenda keerukust.

### Sotsioloogia

Nii sotsiaalsete loomade iseorganiseeruv käitumine kui ka lihtsate matemaatiliste struktuuride iseorganiseerumine viitavad sellele, et inimühiskonnas tuleks oodata iseorganiseerumist. Eneseorganiseerumise märgid on tavaliselt statistilised omadused, mida jagatakse eneseorganiseeruvate füüsikaliste süsteemidega. Sotsioloogias, majanduses, käitumuslikus rahanduses ja antropoloogias leidub hulgaliselt näiteid, nagu kriitiline mass, karjakäitumine, grupimõtlemine jt. Spontaanne korraldus võib olla mõjutatud erutusest.

Sotsiaalteoorias on enesereferentsuse mõiste kasutusele võetud Niklas Luhmanni (1984) poolt eneseorganiseerumise teooria sotsioloogilise rakendusena. Luhmanni jaoks on sotsiaalse süsteemi elemendid isetootvad kommunikatsioonid, st kommunikatsioon toodab edasisi kommunikatsioone ja seega võib sotsiaalne süsteem end ise reprodutseerida, niikaua kui toimub dünaamiline kommunikatsioon. Luhmanni jaoks on inimesed süsteemi keskkonnas sensoriteks. Luhmann töötas välja ühiskonna ja selle allsüsteemide evolutsiooniteooria, kasutades funktsionaalanalüüsi ja süsteemiteooriat. 

### Majandus
Mõnikord öeldakse, et turumajandus on iseorganiseeruv. Paul Krugman on oma raamatus „The Self Organizing Economy“ kirjutanud turu eneseorganiseerumise rollist majandustsüklis. Friedrich Hayek on vaba turumajanduse spontaanse korra kohta loonud termini katallaktika, et kirjeldada „vabatahtliku koostöö eneseorganiseeruvat süsteemi“. Neoklassikalised majandusteadlased on seisukohal, et tsentraalse planeerimise kehtestamine muudab enesekorraldusliku majandussüsteemi tavaliselt vähem tõhusaks. Teisest otsast leiavad majandusteadlased, et turutõrked on nii olulised, et enesekorraldus annab halbu tulemusi ja et riik peaks tootmist ja hinnakujundust suunama. Enamik majandusteadlasi võtab vahepealse seisukoha ja soovitab turumajanduse ja käsumajanduse omaduste segu (mida mõnikord nimetatakse segamajanduseks). Majandusteaduses rakendades võib enesekorralduse mõiste kiiresti muutuda ideoloogiliselt läbipõimunuks.

### Õppimine
Võimaldades teistel „õppida, kuidas õppida“, peetakse sageli silmas nende õpetamist, kuidas alluda õpetamisele. Enesekeskne õppimine (self-organised learnind; SOL) eitab, et „ekspert teab kõige paremini“ või et kunagi on olemas „üks parim meetod“, hoopis rõhutades „isiklikult olulise, asjakohase ja elujõulise tähenduse konstrueerimist“, mida õppija katsetab kogemuslikult. See võib olla koostööl põhinev ja isiklikult rahuldust pakkuvam, seda peetakse elukestvaks protsessiks, mis ei piirdu konkreetse õpikeskkonnaga (kodu, kool, ülikool) ega ole autoriteetide, näiteks vanemate ja õppejõudude kontrolli all. Seda tuleb katsetada ja aeg-ajalt muuta õppija isikliku kogemuse kaudu. See ei pea olema piiratud ei teadvuse ega keelega. Fritjof Capra väitis, et see on psühholoogias ja hariduses halvasti tunnustatud. See võib olla seotud küberneetikaga, kuna hõlmab negatiivset tagasiside kontrolltsüklit, või süsteemiteooriaga. Seda võib viia läbi õppijate vahelise või ühe inimese sisese õppimise vestluse või dialoogina.

### Transport
Juhtide iseorganiseeruv käitumine liiklusvoos määrab peaaegu kogu liikluse ruumilis-ajalise käitumise, näiteks liikluse katkemise maantee kitsaskohas, maantee läbilaskevõime ja liikuvate liiklusummikute tekkimise. Neid iseorganiseeruvaid mõjusid seletab Boris Kerneri kolmefaasiline liiklusteooria. 

### Keeleteadus
Kord ilmneb keele evolutsioonis spontaanselt, kuna indiviidi ja populatsiooni käitumine interakteerub bioloogilise evolutsiooniga.

### Teadusuuringud
Iseseisev rahastamine (*self-organized funding allocation*; SOFA) on meetod teadusuuringute rahastamise jaotamiseks. Selles süsteemis eraldatakse igale teadlasele võrdne summa ja ta peab anonüümselt eraldama osa oma vahenditest teiste teadustööle. SOFA pooldajad väidavad, et selle tulemuseks oleks sarnane rahastamise jaotamine nagu praeguse toetussüsteemi puhul, kuid vähemate üldkuludega. 2016. aastal algas SOFA katseprojekt Madalmaades.

## Dissipatiivne iseorganiseeruvus (sünergeetiline lähenemine)
Määratlus, mille on andnud G. Haken 1980. aastatel sünergeetika raames:

„Eneseorganiseerumine on (ruumilise, ajalise või ruumilis-ajalise) korrastumise protsess avatud süsteemis, mis tuleneb selle paljude koostisosade kooskõlastatud koostoimest“.

Süsteemi omadused:
* avatud (energia/materia vahetuse olemasolu keskkonnaga);
* sisaldab piiramatult palju elemente (allsüsteeme);
* süsteemil on statsionaarne stabiilne režiim, milles elemendid suhtlevad kaootiliselt (mittekoherentselt).

Protsessi omadused:
* intensiivne energia/materjali vahetus keskkonnaga ja täiesti kaootiliselt (ilma süsteemis korda tekitamata);
* süsteemi makroskoopilist käitumist kirjeldavad mitmed suurused - korraldusparameetrid ja kontrollparameetrid (süsteemi informatsiooniline ülekoormus kaob);
* on olemas mingi kriitiline kontrollparameetri väärtus (seotud energia/materjali sisendiga), mille juures süsteem läheb spontaanselt üle uude korrastatud olekusse (üleminek tugevale mittetasakaalule);
* uus seisund on põhjustatud süsteemi elementide kooskõlastatud (koherentse) käitumise tõttu, korrastav mõju on tuvastatav ainult makroskoopilisel tasandil;
* uus olek eksisteerib ainult energia/aine pideva voolu korral süsteemi. Vahetuse intensiivsuse kasvades läbib süsteem mitmeid kriitilisi üleminekuid; selle tulemusena muutub struktuur keerulisemaks kuni turbulentse kaose tekkimiseni.

Selleks et muuta mõiste määratlus üheselt mõistetavaks ja siduda see süsteemi ja protsessi omadustega, viidatakse tavaliselt ühele kolmest eneseorganiseerumise standardnäitest:

* laser – ruumiline järjestus;
* Rayleigh-Benardi rakud – ruumiline järjestus;
* Beloussovi-Žabotinski reaktsioon – ruumilis-ajaline järjestus.

Nobeli auhinna laureaat Ilja Prigogine lõi Beloussovi-Žabotinski reaktsiooni mittelineaarset mudelit, nn Brusselatorit. Kuna korra tekkimine sellistes süsteemides on vaja energia sissevoolu või entroopia väljavoolu, selle hajumist, nimetas Prigogine neid süsteeme dissipatiivseteks (hajuvaks). Mittelineaarsuse tõttu, st et nendes süsteemides esineb rohkem kui üks püsiv seisund, ei ole neis süsteemides täidetud ei termodünaamika teine seadus ega Prigogine'i teoreem entroopia tekkimise minimaalse kiiruse kohta. Siiski on näiteid ruumiliste ja ajaliste dissipatiivsete struktuuride kohta - laminaarse põlemise autolained ja soojuslained (autolained) fikseeritud katalüsaatorikihis, mille puhul kogu entroopia tootmine süsteemis on probleemi autolainelahenduse funktsioon (Ljapunovi termodünaamiline funktsioon). Ja selle miinimum vastab probleemi füüsikaliselt mõtestatud lahendusele.

Analoogiliselt faasisiiretega iseorganiseeruvate süsteemide kirjeldamisega on dissipatiivset iseorganiseerumist nimetatud faasisiirdeks tasakaaluvälises süsteemis.

Sünergeetika meetodeid on kasutatud peaaegu kõigis teadusharudes: füüsikast ja keemiast kuni sotsioloogia ja filoloogiani. Linnakujundust ja närvivõrke on kirjeldatud dissipatiivsete struktuuridena. Viimasel ajal on algselt vajaliku mittelineaarsete võrrandite matemaatilise aparaadi kasutamine praktiliselt kadunud. See on viinud selleni, et iga looduslikult esinevat süsteemi, mis ei kuulu tasakaalutermodünaamika pädevusse, on hakatud pidama iseorganiseeruvaks.

## Konservatiivne iseorganiseeruvus (supramolekulaarne keemia ja faasisiirded)
Keerulise struktuuri moodustumine kristalliseerumise protsessis ilma välise mõjuta nõudis samuti selle nähtuse kirjeldamist iseorganiseerumisena. Kuid erinevalt sünergeetilisest lähenemisviisist toimub see nähtus termodünaamilise tasakaalu lähedastes tingimustes.

Seega on selgunud, et ka tasakaalufaasi üleminekud, näiteks kristalliseerumine, on iseorganiseeruvad. Segaduse vältimiseks määratletakse tasakaalutingimustes toimuvat korrastumist sageli konservatiivse eneseorganiseerumisena.

## Pidev iseorganiseeruvus (evolutsioonilise katalüüsi kontseptsioon)
A. P. Rudenko poolt välja töötatud evolutsioonilise katalüüsi kontseptsioon on alternatiivne iseorganiseeruvuse kontseptsioon bioloogiliste süsteemide jaoks. Erinevalt sidusast iseorganiseeruvusest dissipatiivsetes süsteemides, kus on suur hulk elemente (makrosüsteemid), vaadeldakse üksikute (mikro-) süsteemide kontinuumilist iseorganiseerumist. Selle lähenemisviisi raames määratletakse, et iseorganiseerumine kui süsteemi eneseareng toimub tänu sisemisele kasulikule tööle tasakaalu vastu. Edasine evolutsioon koos loodusliku valikuga on võimalik ainult kui üksikute süsteemide pidev iseorganiseeruvuse eneseareng.

## Vaata ka
* iseregulatsioon
* autopoees
* autolained
* attraktor
* Beloussovi-Žabotinski reaktsioon

## Viited