Podstawową, zaskakującą (i utrudniającą życie) cechą systemów złożonych jest fakt, że całość jest więcej niż tylko sumą ich części składowych. W wielu materiałach wyjaśniających działanie tego rodzaju systemów, jako przykład podawana jest chmura lecących razem ptaków lub nietoperzy, płynących w ławicy ryb, czy tworzących chmarę pszczół (jeśli nie wiecie o czym mowa, polecam obejrzeć na przykład ten film – zbijające się w olbrzymie stada szpaki są najczęściej dokumentowanym przykładem tego zjawiska).
Weźmy na warsztat chmurę nietoperzy: każdy z nich leci niezależnie od innych, ma swoje motywacje i sam podejmuje decyzje co do skrętów i prędkości lotu. Mimo wszystko z jakiegoś powodu tysiące takich niezależnych jednostek tworzą jedną spójną chmurę, która zachowuje się jak jeden organizm i którą bardzo trudno rozbić. Jak to możliwe?
Kiedy ludzie pierwszy raz przystąpili do badania mechanizmu odpowiadającego za to zjawisko, wydawało się, że musi on być koszmarnie skomplikowany, a opisanie go w sposób klarowny wyglądało na zadanie dla najtęższych matematycznych głów.
Tymczasem odpowiedź – zbiór zasad, którymi kierują się jednostki w takiej chmurze – przyszła z niespodziewanego kierunku i okazała się zaskakująco banalna. Wymyślili ją filmowcy próbujący odtworzyć ruch stada nietoperzy w filmach grozy. Zastosowali trzy proste reguły, które obowiązywać muszą każdego osobnika, a uzyskana przez nich symulacja była niemal identyczna z naturalnym zachowaniem takiego stada.
Pokazuje to kluczową cechę systemów złożonych: przy odpowiednim poziomie komplikacji systemu i odpowiednio dużej liczbie jego elementów, całość zaczyna zachowywać się jak jeden organizm, kierujący się wspólnymi, prostymi regułami. Organizmy są, swoją drogą, kolejnymi przykładami systemów złożonych! Poszczególne elementy systemu tworzą już nie linie, jak w przypadku systemów prostych i skomplikowanych, lecz sieci wzajemnych zależności, w których każdy element jest powiązany z całym mrowiem innych, a dopatrzenie się wszystkich połączeń graniczy z cudem. Szczęśliwie wcale nie musimy tego robić! Piękno systemów złożonych polega na tym, że możemy przestać zastanawiać się, gdzie pasuje część, którą chwilę wcześniej wyciągnęliśmy (to nie zegarki!), a zamiast tego zrobić krok w tył i poszukać zasad rządzących całością. Badacze systemów, którzy poszli tą drogą, odkryli, że wiele z tych zasad jest wspólnych dla każdego ich rodzaju.
W 2010 roku zespół naukowców pod przewodnictwem doktora Atsushi Tero opublikował w czasopiśmie „Science” wyniki badania przeprowadzonego na śluzowcu z gatunku Physarum polycepharum. Śluzowiec ten, nazywany często po prostu kleksem (ang. blob), od jakiegoś czasu był obiektem zainteresowania wielu kręgów naukowych ze względu na swoje dziwaczne właściwości. Chociaż na pierwszy rzut oka przypomina coś w rodzaju pleśni, w rzeczywistości zbudowany jest z milionów jednokomórkowych organizmów, łączących się i współpracujących w ramach „superorganizmu”, który potrafi radzić sobie z zaskakująco wymagającymi zadaniami. Zespół doktora Tero rzucił kleksowi naprawdę trudne wyzwanie: przy pomocy płatków owsianych, będących przysmakiem śluzowców, odtworzył rozmieszczenie na mapie miast satelickich wokół Tokio – każdy płatek odpowiadał jednemu lokalnemu centrum osadniczemu. Po odwzorowaniu mapy aglomeracji, zespół badawczy umieścił śluzowca w centrum i obserwował, w jaki sposób wykorzysta dostępne mu zasoby. Swoją drogą, to kolejna istotna różnica między śluzowcem, a grzybem czy pleśnią – te drugie nie potrafią się przemieszczać, podczas gdy nasz kleks przemierza nawet do kilku centymetrów w ciągu godziny!
Przez pierwszych kilka godzin nie działo się nic szczególnego – śluzowiec rozprzestrzeniał się równomiernie po mapie, zagęszczając sieć swoich „komórek” w miejscach, w których znalazł pożywienie. Później jednak jego działania zaczęły przyjmować zaskakujący kierunek: połączenia pomiędzy centrum (Tokio i śluzowca) a peryferiami były utrzymywane tylko w miejscach, w których przepływ energii był bliski optymalnemu, a te, które nie służyły całości sieci, stopniowo zanikały. Przypomnijmy tutaj, że mówimy nie o jednym sprytnym organizmie, tylko o zespole jednokomórkowców, z których każdy musi w jakiś sposób „zadbać o siebie”. Po dwudziestu sześciu godzinach eksperymentu kleks objął swoim zasięgiem całą mapę i zostawił tylko te połączenia pomiędzy płatkami, które uznał za optymalne. Nie byłoby w tym nic nadzwyczajnego, gdyby nie fakt, że stworzona w ten sposób sieć połączeń w dużym stopniu przypominała… sieć transportu publicznego w aglomeracji Tokio.
Praca śluzowca na mapie Tokio, wizualizacja foodbeast.com
Pytanie, jak to możliwe i jakie dokładnie mechanizmy za to odpowiadają, zostawmy na boku – z pewnością odpowiedzi dostarczył zespół dr. Tero, a dla naszych rozważań nie jest ona istotna. To, co powinno nas tu zainteresować, to wyłaniające się z tego przykładu kolejne reguły rządzące systemami złożonymi. Po pierwsze będzie to dążenie do optymalizacji. Chociaż każdy element systemu podejmuje decyzje niezależnie, całość będzie niezmiennie dążyła do optymalnego wykorzystania dostępnych zasobów. Po drugie – i może najciekawsze – w ramach systemu nie ma żadnego pilota, mózgu operacji czy innego Wielkiego Brata. Nikt nie steruje całością, a zatem nikt nie jest w stanie kontrolować kierunku zachodzących w systemie zmian. I choć w przypadku niepozornego kleksa nie jest to może szczególnie niepokojące, to w przypadku innych systemów przekonujemy się nieraz bardzo boleśnie, jak istotna jest to właściwość.
Wystarczy przypomnieć sobie kryzys finansowy z 2008 roku. Po krachu na giełdzie nieruchomości i rozlaniu się kryzysu na cały światowy system finansowy szybko stało się jasne, że dyrektorzy banków zachowywali się w sposób rażąco lekkomyślny. Mimo to wskazanie osób bezpośrednio odpowiedzialnych za ten bałagan było niemożliwe. Wielu ludzi, działając niezależnie od siebie i bez złych intencji, podejmowało podobne – ryzykowne – decyzje, które dopiero wspólnie złożyły się na katastrofę. Nikt nie zdawał sobie sprawy, w jakim kierunku zmierza cały system, bo każdy operował tylko na swoim wąskim odcinku.
Kto jest ważniejszy w systemie?
Zarówno stado nietoperzy, jak i superorganizm śluzowców są przykładami o tyle specyficznymi, że każdy pojedynczy element systemu pełni w nim podobną rolę. Nie ma nietoperza alfa ani kleksowego siłacza. Tymczasem w większości systemów złożonych węzły nie są sobie równe pod względem znaczenia dla sieci – ich wielkość i liczba połączeń z innymi będą się znacząco różniły. Łatwo to zrozumieć patrząc na sieć pokarmową w dowolnym ekosystemie. Chociaż każdy gatunek pełni w sieci swoją rolę i nie ma elementów niepotrzebnych, ekolodzy już wiele lat temu wyróżnili kategorię gatunków podstawowych lub zwornikowych, których znaczenie dla całego ekosystemu jest nieporównanie większe niż innych.
Klasyczna jest już historia z Parku Narodowego Yellowstone w Stanach Zjednoczonych, w którym w 1923 roku zginął ostatni przedstawiciel miejscowej populacji wilków. Usunięcie tej jednej cegiełki z konstrukcji sieci pokarmowej, doprowadziło w krótkim czasie do dramatycznych skutków. Nie wchodząc w szczegóły, które znaleźć można na przykład tutaj, wyginięcie gatunku zwornikowego jakim były wilki, poskutkowało zmianą liczebności wielu gatunków zwierząt i roślin, a w dłuższej perspektywie nawet przekształceniem biegu miejscowych rzek (!). Analogiczne przykłady znaleźć możemy także w innych systemach: w systemie finansowym będą banki o większym wpływie niż inne, w światowej sieci handlowej szczególne miejsce przypadnie kanałom Panamskiemu i Sueskiemu (pamiętacie wypadek “Ever Given” z 2021?), w systemie energetycznym Polski jest elektrownia Bełchatów i panele na dachu przeciętnego mieszkańca Wawra i tak dalej.
Tankowiec Ever Given zaklinowany w kanale Sueskim, Wikimedia Commons
Co istotne, tendencja do pojawiania się w ramach systemu węzłów o kluczowym znaczeniu, współgra z zasadą optymalizacji zużycia zasobów. Tak jak śluzowiec, który likwidował poboczne połączenia pomiędzy płatkami owsianymi, zwiększając w ten sposób znaczenie głównych połączeń, inne systemy, dążąc do optymalizacji, będą zmierzały w stronę stanu, w którym istniejące węzły są stosunkowo nieliczne, za to wyjątkowo silnie połączone z resztą sieci. Taki stan, choć pozwalający wykorzystywać do maksimum możliwości danego systemu, prowadzi do spadku jego odporności na wstrząsy.
System zoptymalizowany to system niestabilny
Żeby to zrozumieć, prześledźmy pobieżnie historię rozwoju kolejnego systemu – systemu żywnościowego świata – przez ostatnie 200 lat. Będzie to oczywiście historia zupełnie wyrywkowa i uproszczona, chodzi tu jednak o obserwację kilku najważniejszych trendów i ich skutków.
W okolicach roku 1824 większość ludzi na świecie zajmowała się rolnictwem. Populacja ludzkości właśnie przekroczyła pierwszy miliard, z czego ponad 900 milionów nadal mieszkało na wsi. Rolnictwo było więc z zasady samozaopatrzeniowe (ludzie żywili się najczęściej tym, co sami wyhodowali), handel płodami rolnymi odbywał się na niewielką skalę i najczęściej zupełnie lokalnie, a dieta przeciętnego mieszkańca Ziemi składała się z mocno ograniczonej liczby składników. Co istotne, każdy region świata dysponował praktycznie odrębnym „podsystemem” żywnościowym – nikt w Polsce nie słyszał jeszcze o kaki (to ten dziwny pomarańczowy owoc, który dziś znajdziemy w każdej Biedronce), a nikt w Brazylii o schabowym.
Taka organizacja systemu żywnościowego była wyjątkowo mało wydajna – nie przypadkiem liczba ludności była osiem razy niższa niż dziś. Więcej ludzi nie dałoby się wykarmić. Jednocześnie był to system złożony, a jako taki – dążył do optymalizacji. Każdy rolnik, niezależnie od innych i przez nikogo nie zmuszany, chciał zwiększyć swoje plony i ułatwić sobie pracę. Każdy konsument – znów bez jakiejkolwiek zewnętrznej siły – chciał jeść smaczniej, obficiej i bardziej rozmaicie. Suma ich decyzji powoli ciągnęła system w kierunku miejsca, w którym znajduje się on dziś.
Mamy rok 2025. W miastach mieszka ponad połowa ludzkości, a w krajach „rozwiniętych” rolnictwem zajmuje się jeden człowiek na pięćdziesięciu. Areał pól uprawnych wzrósł od 1824 ponad czterokrotnie, a Ziemia – ta sama, która 200 lat temu mieściła miliard ludzi – jest dziś w stanie wyżywić ponad osiem miliardów, przy czym szacunki mówią, że dałaby radę i dziesięć. Praca rolników – wciąż bardzo wymagająca – stała się łatwiejsza dzięki mechanizacji, wprowadzaniu nowych technik upraw oraz nowych odmian roślin i zwierząt. Jeśli chodzi o dietę, przeciętny mieszkaniec naszej planety ma do dyspozycji znacznie większy wybór składników niż kiedyś, a w krajach bogatej północy można sobie pozwolić na degustację coraz to nowej kuchni regionalnej przez wiele dni z rzędu. Nie ma wątpliwości – system został zoptymalizowany, a raczej sam się zoptymalizował.
Zanim otworzymy szampana, musimy jednak zdać sobie sprawę z efektów ubocznych tej operacji. Spójrzmy na statystyki: od 1900 roku światowe uprawy straciły 70% różnorodności genetycznej, a produkcja rolna skupiła się w kilku krajach będących „superproducentami” żywności. Cztery kraje odpowiadają za 77% światowych zbiorów kukurydzy, pięć – za 77% zbiorów ryżu, a kolejnych pięć za 65% zbiorów pszenicy (we wszystkich tych kategoriach Stany Zjednoczone mieszczą się w czołówce). Podobnie sprawa ma się z działalnością okołorolniczą: cztery spółki kontrolują 90% światowego handlu zbożem, kolejne cztery sprzedają 99% paszy dla kurcząt, a trzy inne – połowę maszyn rolniczych. Dieta, choć urozmaicona lokalnie, globalnie stała się znacznie mniej różnorodna (mieszkaniec Meksyku je dziś zaskakująco podobnie do Polaka i Australijczyka), a wybór w sklepach, choć szeroki, jest taki sam na całym świecie.
Mogłoby się wydawać, że nie ma w tym nic złego, ale wystarczy przypomnieć sobie historię wilków z Yellowstone, by pojąć powagę sytuacji: w tak „zoptymalizowanych” systemach, każdy element jest kluczowy. Jaką mamy gwarancję, że żaden z nich nie zostanie w ten czy w inny sposób wyłączony z sieci?
Czy da się zobaczyć system?
Żyjemy w świecie systemów złożonych, które wpływają na nas coraz bardziej. Jednego dnia susza w Andaluzji powoduje wzrost cen pomidorów w Norwegii, drugiego konflikt między Chinami a Tajwanem wpływa na dostępność samochodów w Polsce, a jeszcze kolejnego konflikty w krajach Sahelu stają się przyczynkiem do wzrostu popularności partii populistycznych w Europie. Niestety, wydaje się, że rację miał George Monbiot kiedy napisał: “Jednym z tragicznych aspektów ludzkiego losu jest to, że nasze próby rozwiązania problemów przypadkowo tworzą systemy, których złożoność rośnie szybciej niż nasze ich zrozumienie. Zachowują się one w dziwny, sprzeczny z intuicją sposób, a rezultaty, które niekiedy przynoszą, stanowią przeciwieństwo intencji ich twórców”. Dodatkowy problem z systemami złożonymi jest taki, że często trudno jest nam nabrać odpowiedniej perspektywy, żeby zobaczyć jak działa całość. Jesteśmy jednym z nietoperzy w chmurze – działamy w najlepszej wierze, w oparciu o sensowne przesłanki, ale bardzo trudno nam zobaczyć, co dzieje się w całym systemie. Pierwszym krokiem jest zdanie sobie sprawy z istnienia systemów i poznanie ich sposobu działania – dopiero wtedy możemy zrozumieć jakie konsekwencje mogą mieć nasze zachowania.
