Complexity, information and autopoiesis: An epistemological and geometric approach

Abstract

We introduce the concept of substance to describe those objects of the natural world which are ontologically independent, and show that substances are hylomorphic composites, i.e. composites of form and matter. Form plays a crucial role in determining the symmetries and unity of substances as complex wholes. Furthermore, we discuss a particular kind of complex whole characterized by a high degree of autonomy called autopoiesis. Our goal is to show that by reinterpreting the autopoietic organization as a substantial form and based on recent advances in the physics of information, as well as recovering the classical conception of information based on form, we can conciliate the concept of information with the theory of autopoiesis. A model of autopoiesis is the tessellation automaton. The tesselation automaton models the dissipative structure of cellular membrane repair, which we use to illustrate the role of information processing in the self-production of autopoietic organization. We present a quantification of the complexity of this dissipative structure and its thermodynamic viability using geometric and information theoretic tools such as the Fisher information metric. We conclude that the concept of information is not only compatible with autopoietic theory but also essential to preserve the organization’s ontological priority over the components, as the theory originally intends. Moreover, by treating information as a physical quantity, it acquires a crucial role not only in measuring the degree of complexity and autonomy of the system but also in defining its thermodynamic efficiency.

Nesta tese introduzimos o conceito de substância para descrever os objetos do mundo natural que são ontologicamente independentes e mostramos que as substâncias são compósitos hilomórficos, i.e. compósitos de forma e matéria. A forma desempenha um papel crucial na determinação de simetrias e da unidade das substâncias enquanto totalidades complexas. Discutimos também um tipo particular de totalidade complexa caracterizada pelo alto grau de autonomia chamada autopoiése. O nosso objetivo é demonstrar que reinterpretando a organização autopoiética enquanto forma substancial, e com base em recentes avanços na física da informação, bem como recuperando o conceito clássico de informação baseado na forma, podemos conciliar o conceito de informação com a teoria da autopoiése. O modelo de autopoiése usado foi o autómato de tesselação. O autómato de tesselação modeliza uma estrutura dissipativa subjacente ao processo de reparação da membrana celular. Este modelo foi utilizado para descrever o papel do processamento de informação na auto-produção da organização autopoiética. Foi apresentada uma quantificação da complexidade desta estrutura dissipativa e da sua viabilidade termodinâmica com base em métodos geométricos e da teoria da informação, tais como a métrica de informação de Fisher. Concluímos que o conceito de informação não é somente compatível com a teoria da autopoiése, bem como essencial para salvaguardar a primazia ontológica da organização autopoiética sobre as suas componentes, como a teoria original pretende. Concluímos também que tomando a informação enquanto quantidade física, esta adquire um papel crucial na medição do grau de complexidade e autonomia do sistema, mas também na determinação da sua eficiência termodinâmica.