HTML

susnyás

ökocyber gonzo terepnapló

Fotoszintézis

Ha szimpatizálsz a Susnyással, segíts haladnunk tovább pár kWh áram, egy üveg szörp, vagy egy bringabelső árával!

 

Utolsó kommentek

Twitter


2013.04.05. 07:01 lsg404

ökológiai geometriák

 

Eheti írásunkban az elméleti fizikus Geoffrey West izgalmas és inspiráló felfedezéseiről számolunk be, melyekből igen nagyívű tanulságokat vonhatunk le, vagy legalábbis merhetünk következtetni olyanokra, az ökoszisztéma, benne az emberi társadalom, végső soron az egész élővilág törvényszerűségeit tekintve - az egerek szívverésétől a városaink szerkezetéig.

A posztban egy angol nyelvű interjút dolgozunk fel szövegesen, melyet a podcaster Tom O'Brien készített Westtel, From Alpha 2 Omega című adásának egyik epizódjaként. A szériában Tom a Susnyást is foglalkoztató témákban választ interjúalanyokat, az euróválságtól a permakultúráig, elég annyit megjegyezni, hogy ez a podcast az orosz-amerikai doomer sztárblogger Dimitrij Orlov meginterjúvolása révén került a mi látókörünkbe. Ennek megfelelően, ha kedves olvasónk figyelmét felkeltik az alább leírtak, mindenképpen ajánljuk az eredeti interjú meghallgatását, hiszen ott sokkal szakmaibb és koherensebb formában hangzik el mindaz, amit mi egyszerű ökobloggerként leszűrünk most, valahogy így:

Geoffrey West tehát kvantumfizikával, kvarkokkal, gluonokkal, fekete lyukakkal, húrelmélettel töltötte hétköznapjait, míg 50-es éveibe érve elkezdte foglalkoztatni az öregedés, és a halál. Persze, egy elméleti fizikust nem tim burtoni, byroni, vagy skandináv metálzenei összefüggésben kezd érdekelni ez a téma, hanem csendes estéi során a biológiai szakirodalomban olvasgatott, az után érdeklődve, hogy miért nagyjából pont száz év az emberi élet maximuma, miért nem húsz, vagy miért nem inkább mondjuk ötezer? Minden innen kezdődött.

Az élettartam elsődleges meghatározó faktora az anyagcsere. A különböző élőlények metabolizmusa között feltűnő hasonlóságok akadnak, melyek bizonyos törvényszerű arányosság (scaling laws) szerint változnak fajról fajra. Az élővilág lenyűgöző aránykülönbségekkel operál, hiszen a sejt-szerkezeti szinttől ökoszisztéma szintig terjed. Ahogy haladunk méretben és összetettségben felfelé, a paraméterek folyamatosan változnak, és nem a növekedés arányának megfelelően (ez a változás akaratlan velejárója - unintended consequences of change), de nem is csak úgy össze-vissza, hanem feltűnő, visszatérő arányosságok mentén. De ne csigázzunk tovább, nézzünk egy példát!

Teljesen általános ökölszabály, hogy ha A élőlény tömege a tízezerszerese B élőlény tömegének, akkor A metabolikus rátája B élőlényének ezerszerese lesz. Vagyis ha négy nagyságrenddel növelem a tömeget (tíz a negyediken), csupán három nagyságrenddel növekszik meg az energiaigény (tíz a harmadikon), ennyire érvényesül a méretgazdaságosság. A nagyobb hatékonyabb. De mindig így: 3/4-es arányban mozog ez a két paraméter. Ez matematikai törvényszerűségként (power law) jelentkezik az élővilág teljes spektrumán.

De nem csak ez a kettő. Ez a szabály érvényes akkor is, ha a szívverés gyorsaságát, az élettartamot, és még egy halom fiziológiai paramétert vizsgálunk a skálán, ugyanilyen fix arányok jönnek elő. Ez, ha belegondolunk, nagyon különleges tény, hiszen úgy tudjuk, hogy az evolúció véletlenszerűségen alapul, az élőlények véletlenszerű mutációkon esnek át generációról generációra, és a saját, speciális környezetükben érvényesülő természetes szelekció dönti el, hogy az új tulajdonságok sikeresebb fajt eredményeznek -e. Mégis, ez az arány egy vezérelvként folyamatosan érvényes marad. Tömeg alapján bármikor meg lehet tippelni, hogy az adott lény élettartama, pulzusa, napi kalóriaigénye, ivaréretté válási életkora, kölykeinek átlagos vemhességenkénti létszáma mennyi lesz, és a tipp meg is fog állni. Mi az ami közös? Hogyan lehetséges, hogy ez a törvény meghaladja a rendszer véletlenszerűségét (transcends design)?

A hálózatok. Idegrendszer, érrendszer, sejtek, szervek... minden élőnyben hálózatok dolgoznak, ezeken keresztül nyilvánulnak meg ezek az univerzális matematikai szabályok. A megfigyelések alapján ezek a szabályok a következők:

1. Térkitöltés

Az élőlény testében a hálózatok érjenek el mindent optimális elrendezésben, legyen minden, mindenhol.

2. Modularitás

A végpontok mérete állandó, csupán ezek száma skálázódik. A cickány és a kék bálna felépítésében is vannak közös elemek: például testük külső rétege lényegében ugyanolyan hámsejtekből áll. A bálnának egyszerűen sokkal több van belőlük.

3. Optimalizáció

Az élőlény fenntartó rendszereit optimalizált működésig fejleszti az evolúció. Ez azt jelenti, hogy az élőlény létfenntartása, esetünkben a szívverés, a lehetséges energiaminimummal megtörténjen. Így az összes többi energia a létfenntartásra, lényegében reprodukcióra fordítható (darwinian fitness).

A 3/4-es aránnyal kapcsolatban egy igazán döbbenetes megfigyelés a következő: ez az arányosság pozitív és negatív előjelű is lehet, és két paraméter összevetésekor ez igen meglepő eredményre vezet:

Ha a tömegskálán tízezerszeresre lépünk fel, ott a szívverés az egytizedére csökken (mínusz 10/10 000, azaz mínusz 1/4 nagyságrend), viszont az élettartam a tízszeresére nő (plusz 10 /10 000, azaz plusz 1/4 nagyságrend). Tízzel osztok, majd tízzel szorzok... az eredmény egy.

Vagyis minden egyes élőlénynek átlagosan ugyannyiszor dobban meg a szíve élete során.

Ez a szám egyébként átlagosan 1,5 milliárd.*

Egy ember esetében ez átlagosan 30-40 évnek felel meg: pontosan ennyi volt az élettartamunk, mielőtt ezt a sok hasznos szociális és technológiai felfedezést megtettük, így ezeket a szabályokat mi már megszegjük. (We violate many of these laws now because of socioeconomic activity.)


Mint látható, a hálózatosodás kezdete az Élet, az evolúció kezdete (evolvability). Az együttműködés optimalizálja a rendszert. Vajon ha ezek az arányossági szabályszerűségek sejtszinttől ökoszisztéma-szintig áthatják az élővilág működését, érvényesek maradnak emberi társadalmakra is? Milyen arányok, milyen szabályok szerint? És mire lehet ebből következtetni az emberi-indusztrális, globális társadalom további történetét tekintve? A következő posztban Geoffrey West ezekre a kérdésekre adott válaszaival fogunk foglalkozni.






*: vigyázz, ha ebből azt a következtetést vonod le, hogy akinek magasabb a pulzusa, az kevesebbet fog élni, akkor súlyos általánosítás hibájába esel. ne feledjük, hogy ez a szám egy átlag, rengeteg, különböző tömegű élőlény különböző szívverésű példányának átlag pulzusából van extrapolálva. nem univerzális érték, hatalmas "zajjal" dolgozik, sok élőlény fajnak valamivel több, másoknak valamivel kevesebb jut ennél a számnál, de ez az az átlag, ami körül mozog ez a paraméter az élővilág teljes méretskáláján

Szólj hozzá!

Címkék: öko arcok hard science