Stadig mer komplekst
Naturen er som kjent fantastisk kompleks. Men det har ikke alltid vært slik. Da Jorden var ung, var det fysikken som hersket. Damp veltet ut fra enorme vulkaner og lekket ut fra sprekker i jordoverflaten, og omdannet vår planet til en masse dekket av hav, som sirklet rundt i mørket. Fysikken som styrer en faseovergang fra damp til vann i havet, er like sann i dag som den var for 4,5 milliarder år siden. Gass ville blitt til væske på en hvilken som helst planet til en hvilken som helst tid, så lenge temperaturen og lufttrykket stemte. Da, som nå, var fysikkens lover forutsigbare og regelmessige.
Men historien om livet som oppsto fra denne avgjørende faseovergangen, fulgte ikke en like enkel kurs. Evolusjonen i løpet av milliarder av år trosset enkle regler og forutsigbare resultater. Naturen ble et komplekst system, et innviklet nett av usynlige sammenhenger. Ettersom naturens virvar økte, brakte det med seg muligheter for vekst, men også risiko for tilintetgjørelse. For hvert problem som oppsto, utviklet det seg heldigvis en strategi for å overvinne dette.
Alt henger sammen med alt
Vår stadig mer urbane verden konkurrerer nå med en regnskog eller et korallrev i å ha flest forbindelseslinjer og være mest kompleks. Mat som blir dyrket langt borte, når frem til forbrukerne gjennom kompliserte forsyningskjeder. Vann pumpes og blir levert, mens søppel fraktes bort. Informasjon strømmer verden rundt med internetts hastighet. En storm kan øke prisene og føre til opprør langt borte. Et virus kan spre seg over hele verden på få dager.
Faktisk har livet på Jorden og den moderne sivilisasjonen noen felles grunnleggende utfordringer. De har begge behov for å klare seg gjennom katastrofer og gjenreise seg etter uunngåelige fall. De er begge avhengige av dynamiske nettverk for å flytte materialer og energi. Ødeleggelse som skyldes en uventet hendelse som gir tilbakeslag gjennom hele systemet, er en vedvarende fare. Begge er avhengige av felles innsats fra individer som er nødt til å koordinere sine handlinger.
Naturen viser en bemerkelsesverdig evne til å utnytte fordelene ved denne kompleksiteten i møtet med farer. Problemet vårt er at mennesker ikke har like lang erfaring som naturen i å takle katastrofer. Vi har ingen metoder for å navigere gjennom all den usikkerheten vi står overfor i vår ekstremt sammenkoblede verden. Evolusjonens evne til tilpasning og de besynderlige strategiene naturen har utviklet, tilbyr imidlertid noen uventede veier til overlevelse som det er avgjørende at vi nå vurderer å ta i bruk.
Livsformer overlevde eksistensielle trusler
En gang i løpet av de første milliarder årene av Jordens 4,5 milliarder år lange historie oppsto en celle i en ur-suppe av kjemiske forbindelser i vann. I det øyeblikket ga den unge planetens forutsigbare kjemi og fysikk etter for sydende og boblende kompleksitet. Det primitive livet trivdes godt på dypt hav, hvor undersjøiske vulkaner slapp ut varme og en cocktail av kjemiske forbindelser i havvannet. Så fort livet var i gang, ble planetens bane og livet den rommet, et enhetlig, sammenvevd system.
Jordens sammenkoblede hav, atmosfære og liv utviklet seg til det som er kjent som et komplekst adaptivt system (et dynamisk system som har evnen til å tilpasse seg og endre seg innenfra eller som en del av omgivelser i endring, red.anm.), i terminologien til forskere som studerer slike fenomener. De ulike delene virket sammen og var i stand til å respondere på omgivelsene, og systemer for tilbakemelding om årsak og virkning gjorde at systemet kunne tilpasse seg hele tiden.
I rundt en milliard år var det enkle bakterier som dominerte livet. De produserte sukker ved å utvinne hydrogen fra hydrogensulfid og kombinere det med karbon og energi fra Solen eller vulkanske kilder på havdypet. Så førte en endring i bakterienes overlevelsesstrategi til en rekke konsekvenser som endret livets utvikling for all fremtid. Ikke bare kunne bakterier utvinne hydrogen fra hydrogensulfid i sumper eller i havet, noen av dem utvidet repertoaret til å benytte hydrogen fra vann. De kunne leve overalt så lenge de hadde vann og energi fra Solen. Denne effekten resulterte i utviklingen av den blågrønne algen som endret atmosfæren.
Med oksygen som et restprodukt av den blågrønne algens evne til å utvinne hydrogen fra vann, bygget oksygennivået i atmosfæren seg opp for rundt 2,5 milliarder år siden. De bakteriene som var vant til lave oksygennivåer, ble værende i oksygenfattig stillestående vann, mens det øvrige livet i sin helhet overvant problemet og blomstret opp. Planter som drev fotosyntese, trivdes ettersom atmosfærens oksygen beskyttet dem fra den skadelige strålingen fra Solen. I løpet av to milliarder år utviklet det seg svamper, koraller og maneter i havet, etterfulgt av insekter, reptiler, dinosaurer, pattedyr og andre dyr på land.
Livsformenes formering skapte både problemer og muligheter. Mange former for liv kunne ikke overleve trefninger fra verdensrommet og svingningene i klimaet forårsaket av vulkanutbrudd. For rundt 250 millioner år siden blokkerte aske og gass fra enorme vulkaner alt sollys og tilintetgjorde de fleste livsformer, inkludert trilobitter, koraller og annet liv i havet. En annen potensiell katastrofe inntraff for rundt 66 millioner år siden da en komet kolliderte med Jorden. Den massive kollisjonen slynget ut støv i luften, noe som blokkerte Solens energi nok en gang. Mange organismer overlevde ikke, inkludert nesten alle dinosaurene.
Men mangfoldet av liv i Jordens komplekse adaptive system betød at noe av det klarte å tilpasse seg, og livet fortsatte. Uten et mangfold i livsformer, et mangfold av arter innen de ulike livsformene, og et mangfold av individer innen de ulike artene, ville kanskje ikke livet på Jorden ha kommet seg igjen for 250 millioner år siden, eller for 66 millioner år siden, eller på noe annet tidspunkt i den geologiske historien da en eksistensiell krise truet selve livet.
Mangfold reduserer risikoen
Og de livreddende fordelene ved mangfold gjelder ikke bare forhistoriske former for liv. I dag er mangfold menneskehetens forsikring mot usikkerhetene ved et klima i endring. Selv om vår matforsyning i stadig større grad avhenger av en homogen blanding av en håndfull ulike avlinger, viser naturens erfaringer hvor lurt det er å holde liv i flere varianter.
Prinsippet gjelder ikke bare plantene og dyrene vi mennesker spiser, men også språk, verdenssyn, kulturer og kunnskap som vår moderne verden ser på som gammeldags. I finansverdenen er fordelene ved å diversifisere porteføljen velkjent for å redusere risikoen, mens designdiversitet i ingeniørverdenen skaper sikkerhetsmekanismer ved at flere lignende prosesser fører til samme resultat.
Investeringer i frøbanker og en oppmerksomhet omkring verdien av et ikke-vestlig tankesett antyder at vi sakte er i ferd med å ta opp prinsippene som har latt evolusjonen overvinne uunngåelige katastrofer.
Pattedyrenes fortrinn
Naturens evne til å tilpasse seg har også en annen lærdom til den menneskelige sivilisasjonen. Pattedyr ble vinnerne etter tragedien som startet med en kometkollisjon. Tidlige pattedyrlignende dyr – med forholdsvis store hjerner – svømte, klatret og gravde seg ned i jorden på dinosaurenes tid.
Dyrenes tid hadde sin opprinnelse for rundt 800 millioner år siden, da tilstrekkelige mengder med oksygen i atmosfæren gjorde en ny livsstrategi mulig – å få energi fra å spise planter i stedet for å suge den til seg fra Solen. Dyr kunne bruke oksygen som de pustet inn fra luften, for å frigjøre energi fra mat de fordøyet. Den nye planteetende strategien ga dyr mobilitet, i kontrast til deres rotfestede motsetninger i planteverdenen som var avhengige av næringsstoffer fra jorden. Det var det som lot dyr dekke det store energibehovet som kreves for å forsyne en hjerne.
Kaldblodige svamper, maneter, flatormer og rundormer, fisker og reptiler hersket i dyreverdenen i mange hundre millioner år. Deres strategi var å tilpasse kroppstemperaturen til omgivelsene, noe som ga en effektiv energibruk. De varmet seg i solen eller lå på en varm stein for å få varme. Om natten, da varmekilden forsvant, roet de bare ned tempoet for å spare energi. Det er ikke rart at slanger og andre kaldblodige dyr bare trenger å spise en gang i måneden – eller en gang i året.
Kanskje for rundt 250 millioner år siden, en relativt liten flik av tid i vår planets eksistens, utviklet det seg en annen strategi. Varmblodige dyr, altså fugler og pattedyr, utviklet seg til å holde kroppen i en konstant temperatur – en prosess som er en viktig del av det som er kjent som homøostase, organismes indre likevektstilstand. Det som varmblodige dyr taper i ren effektivitet, får de igjen i cellenes maksimale ytelse som muliggjøres med denne indre termostaten. De kan lete etter mat, beskytte seg selv og holde seg aktive om natten når kaldblodige dyr står fast dersom temperaturen er for høy eller for lav.
Et resultat av varmblodighet er at man trenger energi til å skape varme for å utjevne temperaturforskjellene, om det er fra dag til natt, fra en sesong til en annen eller fra et sted til et annet. Varmblodige dyr må spise mer – og oftere – enn deres kaldblodige motsatser for å holde kroppstemperaturen stabil. De er avhengige av å holde kroppstemperaturen på et nivå som er stabilt nok for at cellene fungerer og å hindre at blodsukkeret blir for høyt for hvert måltid, eller for lavt mellom måltider.
Til tross for problemene kvittet ikke evolusjonen seg med det varmblodige eksperimentet. Fordelene overveide de energislukene homøostasekrevende ulempene. I stedet utviklet det seg selvkorrigerende kretsløp av negativ feedback for å beskytte cellene mot svingninger i temperatur og blodsukkernivåer.
I mennesker, hvis det blir for varmt, vil sensorer i huden gi beskjed til hjernen som i neste omgang gir svettekjertlene beskjed om å produsere svette. Svette som fordamper fra huden, får kroppstemperaturen vår ned, til sensorene sender et signal om å stoppe svettekjertlene. Hvis det er for kaldt, sender hjernen et signal til musklene om å skjelve, og ristingen produserer varme. Hjernen gir oss en selvregulerende termostat som ufrivillig skrur på og av svettekjertler og skjelving i musklene for å forhindre at vi blir overopphetet eller fryser. På samme måte holder kroppens sofistikerte system blodsukkernivået i sjakk. Etter et måltid, når blodsukkeret er høyt, utskiller bukspyttkjertelen insulin for å frakte sukker til cellene og hjelpe leveren til å ta det ut av sirkulasjon. Når blodsukkeret er lavt, er det et annet enzym som tar over for å slippe lagret blodsukker tilbake i blodbanen. Alt pendler frem og tilbake i et selvregulerende system.
Naturens taktikker for å overvinne varmblodighetens fallgruver illustrerer en avgjørende strategi for ethvert komplekst adaptivt system – om det er organer som styrer strømmen av næringsstoffer, blod og enzymer i et dyr, eller den globale utvekslingen av energi og næringsstoffer mellom biosfæren, atmosfæren og Jorden selv. Innebygde mekanismer for selvkorrigering, for å opprettholde homøostasen og bevare en tilstand som muliggjør liv, er avgjørende for vår planet og dens beboere.
Kretsløp som opprettholder likevekten
På planetnivå har den samme pendelbevegelsen ved homøostase for å opprettholde likevekten holdt nivået av klimagasser i atmosfæren innenfor trygge grenseverdier i millioner av år. Planter trekker karbon ut av luften. Når plantene dør og råtner, går karbonet tilbake til atmosfæren.
På en mye lenger geologisk tidsskala var det vulkaner som sprutet ut karbondioksid i atmosfæren. Når karbonet kommer tilbake til Jorden oppløst i regndråper, bruker små skapninger i havet det til å bygge skall av kalsiumkarbonat (kalk), som igjen synker til dypet etter at dyrene dør og synker til havbunnen.
Gjennom denne prosessen finner karbondioksid etter hvert veien tilbake til atmosfæren hvor det kom fra millioner av år tidligere. Slike kretsløp som opprettholder likevektstilstanden, er hemmeligheten bak vår planets temmelig stabile klima. Uten disse ville Jorden vært like ugjestmild mot liv som Mars og Venus ser ut til å være.
Homøostase for å beholde trygge rammer er helt grunnleggende for at et uforutsigbart, komplekst system skal kunne fortsette. Prinsippet gjelder også for menneskelige samfunn. Én måte å opprettholde likevekten på er med en bryter for å stanse et fall i aksjemarkedet før et kræsj river ned hele økonomien, noe som ble introdusert av verdens finanstilsyn etter Black Monday-børsfallet 19. oktober 1987. Under krakket i starten av koronapandemien ble bryterne testet. Få vil imidlertid erkjenne parallellene med det globale karbonkretsløpet eller med skjelvingen og svettingen som holder oss i sikkerhet.
Gjensidig nytte og avhengighet
Tilpasningene som lot dyr få energi fra planter, i stedet for direkte fra sollyset, brakte med seg muligheter og problemer for begge parter. Plantene fikk nå muligheter å spre frøene sine på andre måten enn bare ved hjelp av vind og vann. Blomstrende planter kunne samarbeide med bier, fugler og sommerfugler og sørge for forplantning ved å lokke med nektar. Vingene og føttene til mobile insekter og fugler kunne levere mannlig pollen fra innsiden av en blomst til det kvinnelige frøanlegget. Denne samhandlingen befruktet plantens frø, en oppgave en stedbunden plante ikke kunne klart på egen hånd. Som en konsekvens har planter utviklet livlige farger og fasonger for å tiltrekke seg pollinatorer.
En lignende strategi oppsto i fruktbærende busker og trær, for å lokke fugler, gnagere, flaggermus, firfisler og andre fruktelskende dyr. Dyr spiser frøene sammen med det saftige fruktkjøttet og sprer frøene der de gjør fra seg. Busker og dyr ble avhengige av hverandre i en gjensidig ordning.
Disse nye synergiske strategiene brakte et nytt nivå av kompleksitet til livet. Nettverk av avhengighet betød at summen ble større enn hver enkeltdel. Pollinatorer og frøspredende skapninger fikk fordelene med nektar og smakfull frukt. Blomstrende planter og fruktbærende busker fikk symbiotiske partnere som hjalp dem med forplantningen. Alle tjente på dette. På den andre siden kunne de eller deres etterkommere alle dø dersom deres motstykke i nettverket bukket under for en sykdom eller et rovdyr.
Nettverk – om det er for å transportere pollen til et frølegeme, spre frø via fordøyelsen eller frakte blod gjennom hjernen – åpnet opp nye muligheter for liv. Men de innebar også risiko. Når en del av et nettverk bryter sammen, kan feil få følgefeil og forårsake en katastrofe. Hvis forbindelsen mellom en blomstrende plante og pollinatorene som står for befruktningen av frøene, brytes, vil begge parter tape. Blomsten får ikke spredt frøene, og pollinatoren får ikke nektaren sin. Og effekten forplanter seg til matkilden for andre dyr som er avhengige av plantens frukt, og rovdyr som spiser dette dyret.
I likhet med de selvregulerende mekanismene for å overvinne utfordringene ved varmblodighet, overveier fordelene ved nettverk den mulige risikoen, ifølge naturens erfaring. Uten intensjon eller design har naturen utviklet måter å kompensere for og minimere faren for systemisk kollaps på. En planteart er sjelden avhengig av en enkelt pollinerende art for å transportere frøene dens. Ei heller er en pollinerende art som regel avhengig av en enkelt planteart for å få nektar. En orkidé har for eksempel 21 ulike møll og 24 arter av sommerfugler som kan frakte dens pollen, i stedet for én.
Strukturen av plantepollinatorer, frøspredere og matnettverk utgjør et annet elegant nivå av forsikring mot en kaskade av kollaps. Spesialiserte arter som er avhengige av et mindre antall partnere – som solsikkebier som kun finner mat på solsikker – har en annen strategi enn generalistene – som honningbiene som ikke er så kresne i valg av plantepartner. En spesialisert art har en tendens til å være avhengig av et lite antall generaliserte arter. En generalisert art har en tendens til å være avhengig av et stort antall spesialiserte arter.
Denne nettverksstrukturen betyr at de spesialiserte artene har en viss forsikring ved å være partner med en generalisert art som har mange valgmuligheter, i tilfelle et dårlig år eller noen andre problemer. For en generalisert art, hvis en spesialist faller ut av nettverket, kan andre gjøre jobben. Denne ordningen av gjensidig nytte gjør at man unngår farlige énkildeforhold i spesialist-spesialist-par og lite effektive flerkildeforhold i generalist-generalist-par.
Nyttige nettverk
Naturen setter sin lit til nettverk ikke bare for å flytte pollen, frø og mat. I et blad er det et nettverk av bitte små, mikroskopiske årer som frakter vann fra jorden til bladet. Og årene frakter sukker produsert av celler som driver fotosyntese, tilbake til stammen, røttene og andre deler av planten. Nettverkene av årer i bladet har utviklet seg for å unngå faren for et enkelt feilpunkt ved at en rift eller et bitt fra et insekt skader årene. En overflod av årer danner gjennomgående nettverk i bladet, med mange mulige ruter for å frakte vann og sukker i tilfelle uhellet skulle være ute.
Strategien har en kostnad i form av energi og materiale for å danne de ekstra årene. Men evolusjonens erfaringer tilsier at det er verdt investeringen å kompensere for ulempene med nettverk mens man drar nytte av fordelene.
Nettverk innebærer spesielle fordeler og farer for de artene som lever i kolonier. Det å bo sammen i en gruppe er et annet eksempel på at summen er større enn hver enkelt del i et komplekst system. En sosial gruppe kan beskytte seg mot rovdyr og fordele ansvarsoppgaver for å skaffe seg mat, kvitte seg med søppel og oppfostre de unge.
Termittene er trolig de som først begynte å leve sammen i store grupper, med strategien om sosiale nettverk. De har trolig utviklet seg fra kakerlakker for rundt 170 millioner år siden, og har den store fordelen at de kan fordøye cellulose fra overfloden av treverk. Deres kolonier kan romme opptil flere millioner individer. Medlemmene har spesialiserte oppgaver for å frakte søppel, passe barneflokken og lete etter mat.
Til tross for de mange fordelene er det karakteristiske problemet med å bo tett i en koloni den potensielle spredningen av sykdom. Likevel er det ikke ofte sosiale insekter bukker under for epidemier. På en eller annen måte, hvis et patogen kommer inn i kolonien, vet de hvordan de skal agere for å sørge for koloniens beste – de bærer ut de syke og desinfiserer tuen. Smittede individer forlater tuen frivillig. Deres kolonikamerater tilpasser også sine sosiale nettverk. Ved å kutte kommunikasjonen mellom sosiale klynger, forhindrer de at patogener sprer seg.
Nettverkenes yin og yang er kanskje naturens aller viktigste lærdom til den menneskeskapte verdenen. Den moderne sivilisasjonen kan ikke fungere uten handelsnettverkene og informasjonsflyten. Investeringer i en overflod, med mange ulike ruter innad i et nettverk, lønner seg, på samme måte som de gjør for årene i et blad eller for partnerskap mellom planter og pollinatorer.
Når mye av den urbane verdenen er avhengig av matvarer som dyrkes langt borte, vil konsekvensene av kun å satse på én kilde slå tilbake i geopolitikk når matvareprisene øker. Koronapandemien har lagt press på forsyningskjedene som leverer mat og utstyr, noe som har bidratt til økt oppmerksomhet rundt problemet.
Unik evne til selvorganisering
Termitter som bor i kolonier, har også et annet problem å løse bortsett fra spredning av sykdommer, som har en like relevant analogi til menneskelige sivilisasjoner. Arbeidertermittene er blinde. Men de klarer å bygge sine fenomenale tårn av noen termittuer, som kan bli høyere enn et menneske, med intrikate kammers for unge termitter, sopphager, kjøleventiler, underjordiske tunneler og et kongelig kammers for kongen og dronningen.
Til tross for den feilaktige benevnelsen har ikke dronningen evne til å tegne ut arkitektoniske planer for strukturen eller å lede hvert individ til å bære jord til rett sted. Et annet av evolusjonens undere er sosiale arters evne til å organisere seg selv uten koordinering eller et forhåndsplanlagt design fra en sentral autoritet.
Dronningtermitten slipper ut feromoner, duftstoffer, så arbeiderne kan lukte hvor de skal begynne konstruksjonen. En arbeider blander en klump med jord med spytt og knar den med kjevene og legger så fra seg klumpen på stedet. Spyttet inneholder et feromon som signaliserer til andre arbeidere at de skal legge fra seg klumpene sine, som igjen varsler de andre arbeiderne om å legge fra seg sine klumper på samme sted. Så fort en arbeider har lagt fra seg en klump i haugen, går de tilbake for å hente mer jord, ledet av sporferomonene kollegene har lagt igjen. Arbeiderne legger fra seg flere og flere jordklumper på forskjellige byggesteder til de går tom for materialer. Resultatet er en tykk vegg toppet med spir.
Uten en arkitekt til å tegne en planskisse eller en byggherre til å styre byggingen, reiser konstruksjonen seg ettersom hvert individ følger instinktene om å følge etter sporferomoner og legge fra seg jordklumper. Den genetiske koden som styrer denne oppførselen, er et mysterium vi så langt ikke har avdekket.
Termittenes evne til å organisere seg selv taler til menneskehetens økende bevissthet omkring at mennesker av og til kan løse sine egne problemer fra bunnen og opp. Den produktive science fiction-forfatteren Isaac Asimov som skriver om det fremtidige fallet til «Det galaktiske imperiet», etter mønster fra Romerriket, påpeker dette. La det være nok å si at det galaktiske imperiets strategi om sentral kontroll ikke ender godt. Imperiet kollapser på grunn av for stor avhengighet av ytre planeter og kompleksiteten i det å styre på avstand.
På en mindre skala finnes det en rekke eksempler på menneskelige samfunn som organiserer seg selv for å styre sine egne skoger, fiskeressurser og andre anliggender på en bedre måte enn fjerne autoriteter som kommer med befalinger, noe som illustrerer kraften i naturens erfaringer.
Naturens nyttige erfaringer
Analogier mellom menneskelige samfunn og termittkolonier har sine begrensninger. Ideer, moral og lærdom preger menneskelige sivilisasjoner i større grad enn instinkter og feromoner. Men naturens strategier for å motvirke tilbakeslagene i et komplekst adaptivt system – hvor sykdommer kan spre seg, upålitelige partnere kan rive ned et helt nettverk, og en uventet kollisjon eller vulkanutbrudd kan viske ut tidligere vellykkede livsformer – bør gi oss noen pekepinner.
Sivilisasjoner gjennom historien, fra Induskuturen til antikkens Roma, til Anasazikulturen sørvest i USA, møtte lignende problemer. De var avhengige av store nettverk og områder som sto i et avhengighetsforhold til dem, for handel. Og i likhet med en termittdronning kunne ikke herskerne bare kommandere og kontrollere så store landområder.
På samme måten som samspillet mellom biosfæren, atmosfæren, havet og jorden, som alle bidrar til å gjøre planeten vår beboelig, kan menneskelige samfunn defineres som komplekse adaptive systemer.
Ved første øyekast kan det virke absurd at menneskedesignede institusjoner skulle kunne ta lærdom fra naturen. Naturen har ingen empati og tar ikke hensyn til menneskelige verdier. Menneskelige samfunn tar vare på sine syke, funksjonshemmede og ikke-produktive medlemmer. Mennesker forfølger sine mål, både individuelt og kollektivt. Naturen har ingen målsetninger utover ethvert individs iboende ambisjon om å overleve og reprodusere seg. Samfunn utvikler seg og tilpasser seg gjennom ideer, regler og normer.
Men ved nærmere øyesyn kan naturens lange erfaring gi nyttig lærdom om hvordan vi kanskje kan overleve i møtet med mulige katastrofer.
Publisert på aeon.co 16. mars 2021.
Essayet er skrevet med støtte fra den amerikanske stiftelsen John Templeton Foundation. Meningene som uttrykkes, er forfatterens egne og samsvarer ikke nødvendigvis med stiftelsens.