Cyber-Systemics Laws of Living Systems Evolution

Pierre Bricage

Résumé

The relationship between 2 attributes of a living system is usually described using scaling laws also called allometric laws. For example the metabolic rate of a lot of species was supposed to be proportional to its mass according to a +3/4 exponent power-law (Kleiber law). But it's just plain wrong! According to the paradigm of the gauge invariance of living systems an other explanation with a +3/2 power-law (or +2/3 power-law, systemic constructal law) of the invariant scaling of living systems was proposed from underlying principles embedded in the dynamical and geometrical structure of space-filling, fractal-like, hierarchical branching networks, emerging by embedments and juxtapositions of previous ones. Indeed an organism, whatever its level of organisation, effectively functions in 4 dimensions (VA: the Adult system Volume and tg: the time of generation, the duration that is necessary to acquire the capacity of reproduction). Brownian motion is the basic fundamental process that governs the functioning of living systems whatever their level of organisation. Man is not an exception. Every new living blue-print is always emerging by the merging of previous ones into an Association for the Reciprocal and Mutual Sharing of Advantages and Disadvantages -ARMSADA-. Considering the gauge invariance paradigm as a system, from the quantum of Planck to the whole Universe, a meta-analysis of a database of living systems internal (of the endophysiotope) and external (of the ecoexotope) interactions allows to quantify 45x18 allometric relationships. The main point is the evidence of invariant independent processes (power-law exponent = 0), regulation processes of simultaneous limiting interactions (power-law exponent = +1), retro-action processes (power-law exponent = -1) and optimal exchanges flow (power-law exponent = +2/3). From the Monera to the ecosystem levels the increasing of regulation processes allows more and more independence of the endophysiotope from the ecoexotope dependence. From the point of view of matter and energy flows, living systems optimise the input and output exchanges at their interface. The greater diversity of regulation processes occurs for the throughput flows into the endophysiotope. Whatever the level of organisation living systems optimise their survival by changes of the capacity to be hosted of the endophysiotope according to the changes of the hosting capacity of the ecoexotope.

Les systèmes vivants sont des systèmes de systèmes qui émergent par un processus itératif d'emboîtements et juxtapositions de systèmes pré-existants. Le paradigme d'invariance de jauge permet de définir l'ensemble des systèmes vivants, quels que soient leur niveau d'organisation et leur degré de complexité. Tout système vivant comporte un endophysiotope (espace-temps interne de fonctionnement) et un écoexotope (espace-temps externe d'habitation). L'écoexotope fournit à l'endophysiotope une capacité d'accueil. L'endophysiotope optimise sa survie en adaptant sa capacité d'être accueilli à cette capacité d'accueil. L'homme n'est pas une exception. Tout nouveau plan d'organisation émerge par la mise en place d'une association à avantages et inconvénients réciproques et partagés. Ce paradigme prédictif permet de construire, sur 62 dimensions de temps et 62x62x62 dimensions d'espace, un tableau de classification périodique des systèmes vivants. Une loi puissance, d'exposant +3/2, loi systémique constructale, fractale, invariante d'échelle, quel que soit le niveau d'organisation, relie le volume du système à l'état adulte VA et le temps de génération tg. Le mouvement Brownien est le processus fondamental qui gouverne le fonctionnement de tout système vivant, quel que soit son niveau d'organisation. En considérant le paradigme d'invariance de jauge d'un point de vue systémique, l'analyse d'acquis conceptuels et de résultats d'observation et d'expérimentation en physique, chimie, biologie, astronomie, cosmologie et sociologie, a permis de construire une base de données, pour 45x18 relations allométriques, des mesures des interactions au sein de l'endophysiotope sur 18 niveaux d'organisation, du quantum de Planck à l'Univers entier. Cette méta-analyse a permis de mettre en évidence l'évolution des processus de régulation au cours de l'ascension de la complexité d'organisation: interactions constantes, indépendantes de l'endophysiotope ou de l'écoexotope (loi puissance d'exposant 0), processus interactifs hétéro-limitants (loi puissance d'exposant +1), processus de rétro-action, ago-antagonistes, à produit constant (loi puissance d'exposant -1), processus d'échanges optimisés (loi puissance d'exposant +3/2 ou +2/3). Du niveau d'organisation des monères à celui des écosystèmes on observe un accroissement de l'indépendance de l'endophysiotope vis-à-vis de l'écoexotope. Les acteurs INTRA deviennent à la fois de plus en plus indépendants des acteurs EXTRA et de plus en plus dépendants les uns des autres. Le TOUT est toujours à la fois plus et moins que la somme des ses parties. Les systèmes vivants optimisent leurs flux à l'interface d'échange entre endophysiotope et écoexotope, à la fois d'un point de vue géométrique et d'un point de vue temporel, avec un nombre fini de processus de régulation : “ni trop , ni trop peu“. C'est au sein des compartiments internes du système que la diversité des processus de régulation est la plus grande.

Déterminisme et indéterminisme multi-échelle, invariants et variance, des systèmes vivants.

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