Komplekssüsteemide teooria on oluliseks raamistikuks mõistmaks reaalsust ühtsest vaatepunktist, mis seob omavahel erinevad valdkonnad kondenseeritud ainest kuni sotsiaalsete nähtusteni. Komplekssüsteemid koosnevad tavaliselt mittelineaarselt interakteeruvatest ühikutest ning neid iseloomustavad ootamatud käitumised, mis on ühikute diskreetse iseloomu ning nendevaheliste interaktsioonide koosmõju tulemiks. Viimasel ajal on jõutud arusaamisele, et ühikute heterogeensus on universaalseks komponendiks, mis on seotud oluliste nähtuste ilmnemisega, nagu näiteks skaleeringu omadused ning astmejaotused, mitmekesisuse poolt indutseeritud resonants, bioloogilise mitmekesisuse faasisiire väikesest suurde. Käesoleva uurimisteema eesmärgiks on uurida mitmekesisuse poolt esilekutsutud efekte ning jõuda üldisele arusaamisele mitmekesisuse rolli kohta komplekssüsteemides.
Complex systems theory represents an important conceptual framework for understanding reality from a unified perspective crossing different fields from condensed matter to social phenomena. Complex systems typically consist of non-linearly interacting units and are characterized by surprising emergent behaviors produced by the interplay between the discrete nature of the units and the nonlinear character of the basic interactions. Recently, the heterogeneity of units has been identified as a universal ingredient related to relevant phenomena, e.g., scaling properties and power law distributions, diversity-induced resonance, low-to-high biodiversity phase transitions. The goal of the present research topic is to investigate diversity-induced effects and to formulate a consistent picture of the role of diversity in complex systems.
Projekti käigus uuriti mitmekesisuse poolt indutseeritud efekte erinevates komplekssüsteemides, see tähendab süsteemides, mis koosnevad mitmest osast või alamsüsteemist, mis interakteeruvad omavahel (tüüpiliselt) mittelineaarselt. Eesmärgiks oli mõista, millist mõju võib omada heterogeensus süsteemi käitumisele. Selleks kasutati matemaatilisi mudeleid ja numbrilisi simulatsioone. Uuritud probleemid on tihedalt seotud inimeste igapäevase eluga ning selle funktsioneerimisega.
Ühe probleemina uuriti näiteks une-ärkveloleku mudelit, mis sisaldab oreksiini sünteesivaid neuroneid ja glutamatergilisi neuroneid. Tuli välja, et kui ühte või mõlemat tüüpi neuronid on diversifitseeritud, siis nende heterogeensete üksuste koosmõju viib une-ärkveloleku tsükli taastumise või parendamiseni.
Samuti uuriti beetarakkude funktsioneerimisega seonduvat, mis on seotud teist tüüpi diabeediga. Pakuti välja matemaatiline mudel, näitab, et beetarakkude loomulik heterogeensus viib kooskõlas eksperimentaalsete vaatlusandmetega sellele, et 1-10% neist on tundlikumad glükoosi taseme muutustele.
Majandusfüüsika valdkonnas uuriti selliseid mudeleid nagu seda on kineetilise heaolu vahetamise mudelid, mis põhinevad analoogial gaaside kineetilise teooriaga ning aitavad mõista majandust sageli iseloomustavate astmefunktsioonide esinemist ja päritolu. Veel on astmeseadus iseloomulik näiteks kirjutatud tekstidele ja teistele süsteemidele. Uurides astmeseaduste ilmnemise taga olevaid mehhanisme jõuti järeldusele, et ka siin omab fundamentaalset rolli süsteemi mitmekesisus.
Ökoloogiast motiveeritud mudelite puhul uuriti, kuidas mõjutab liikuvus konkurentsi.
Samuti uuriti projekti käigus keelte konkurentsi. Projekti käigus valmis ka monograafia, mis annab ülevaate, kuidas komplekssüsteemide teooriat saab ning on rakendatud keelte ja keelte dünaamika uurimisel.
Usume, et projekti käigus saadud teadmised mitmekesisuse rollist erinevates komplekssüsteemides aitavad kaasa järgmiste teadmisteni jõudmisel.