Inseln im Chaos
Die Erforschung komplexer Systeme
M. Mitchell Waldrop
Visionen des Ganzen
Dies ist ein Buch über die Wissenschaft von der Komplexität – ein Thema, das so neu und
umfassend ist, dass zur Zeit niemand genau weiß, wie es sich definieren ließe und wo seine
Grenzen liegen. Aber genau darum geht es. Wenn das Gebiet im Augenblick noch schlecht
definiert zu sein scheint, dann deshalb, weil die Komplexitätsforschung sich mit Fragen
beschäftigt, die sich allen herkömmlichen Einordnungsversuchen widersetzen. Zum Beispiel:
- Warum zerbrach 1989 innerhalb weniger Monate die Vorherrschaft der Sowjetunion
in Osteuropa, die vierzig Jahre lang Bestand gehabt hatte? Warum zerfiel die
Sowjetunion selbst weniger als zwei Jahre später? Warum war der Zusammenbruch
des Kommunismus so rasch und so vollständig? Sicherlich hatte das etwas mit den
beiden Männern Gorbatschow und Jelzin zu tun. Aber auch sie wurden anscheinend
von Ereignissen mitgerissen, die weit jenseits ihrer Kontrolle lagen. Waren da
weltweit Kräfte am Werk, die über Einzelpersönlichkeiten hinausgehen?
- Warum sank der Aktienindex an der Wallstreet an einem einzigen Montag im Oktober
1987 um über fünfhundert Punkte? Zum großen Teil ist das auf die Computerisierung
des Handels zurückzuführen. Aber Computer sind schon seit Jahren in Gebrauch. Gibt
es einen Grund dafür, warum die Börse ausgerechnet an diesem Montag
zusammenbrach?
- Warum bleiben Tier- und Pflanzenarten und Ökosysteme oft, wie Fossilienfunde
zeigen, über Jahrmillionen unverändert – und dann sterben sie entweder aus oder
verwandeln sich in einer geologischen Sekunde in etwas Neues? Die Dinosaurier
wurden vielleicht durch den Einschlag eines Asteroiden ausgelöscht. Aber es gibt
nicht so viele Asteroiden. Was lief sonst noch ab?
- Warum haben Familien in den Dörfern eines Landes wie Bangladesch auch heute
noch durchschnittlich sieben Kinder, obwohl Verhütungsmittel bekannt sind – und
obwohl die Menschen dort anscheinend wissen, wie sehr die ungeheure
Überbevölkerung und die stagnierende Entwicklung des Landes ihnen selbst schaden?
Warum verharren sie weiter in einem Verhalten, das so offensichtlich in die
Katastrophe führt?
- Wie brachte es eine Ursuppe aus Aminosäuren und anderen einfachen Molekülen
fertig, sich vor etwa vier Milliarden Jahren in die erste lebende Zelle zu verwandeln?
Die Moleküle können sich unmöglich zufällig zusammengefunden haben. War das
Entstehen des Lebens ein Wunder? Oder lief in der Ursuppe etwas ab, das wir nicht
verstehen?
- Warum begannen einzelne Zellen vor etwa 600 Millionen Jahren Verbindungen
einzugehen, die sich zu vielzelligen Geschöpfen wie Algen, Quallen, Insekten und
schließlich Menschen entwickelten? Warum etwa verwenden Menschen soviel Zeit
und Mühe darauf, sich zu Familien, Stämmen, Nationen und Vereinen aller Arten
zusammenzuschließen? Warum sollte die Evolution (oder der Kapitalismus der freien
Marktwirtschaft) jemals zu etwas anderem führen als zu rücksichtslosem Wettbewerb
zwischen Einzelwesen, wenn es wirklich nur um das Überleben des Tauglichsten, des
am besten Angepassten geht? Warum sollte es in einer Welt, in der Gutmütige nur zu
oft das Nachsehen haben, so etwas wie Vertrauen oder Zusammenarbeit geben? Und
wie kommt es, dass Vertrauen und Zusammenarbeit trotz alledem nicht nur existieren,
sondern geradezu florieren?
- Wie kann die Theorie der natürlichen Auslese nach Darwin solche wundervoll
raffinierten Gebilde wie das Auge oder die Niere erklären? Sind so unglaublich
komplexe und exakte Abläufe, wie wir sie in Lebewesen finden, wirklich nur das
Ergebnis zufälliger evolutionärer Ereignisse? Oder hat sich in den letzten vier
Milliarden Jahren noch etwas anderes abgespielt, von dem Darwin nichts wusste?
- Was ist Leben überhaupt? Ist es tatsächlich nichts anderes als eine besonders
komplizierte Art Kohlenstoffchemie? Oder ist es etwas Subtileres? Und was sollen wir
von solchen Dingen wie etwa Computerviren halten? Sind sie nur teuflische
Imitationen des Lebens – oder sind sie in irgendeinem tiefen Sinne lebendig?
- Was meinen wir mit Geist und Verstand? Wie ermöglicht ein Klumpen gewöhnlicher
Materie, nicht einmal zwei Kilogramm schwer – das Gehirn – solch unbeschreibliche
Vorgänge wie Fühlen, Denken, absichtsvolles Verhalten und Bewusstsein?
- Und schließlich stellt sich die wohl wichtigste Frage: Warum gibt es überhaupt etwas
und nicht nichts? Das Weltall entstand aus dem formlosen Miasma des Urknalls.
Seitdem ist es, wie es der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik beschreibt, von
einem unausweichlichen Hang zu Unordnung, Auflösung und Zerfall bestimmt. Aber
das Weltall hat auch Strukturen wie Galaxien, Sterne, Planeten, Bakterien, Pflanzen,
Tiere und Gehirne hervorgebracht. Wie konnte das geschehen? Entspricht dem
kosmischen Drang zur Unordnung ein gleich starker Drang zu Ordnung, Struktur und
Organisation? Und wenn ja, wie können beide Vorgänge gleichzeitig ablaufen?
Auf den ersten Blick ist diesen Fragen nicht viel mehr als die Antwort gemein: „Das weiß
niemand.“ Einige Fragen scheinen nicht einmal wissenschaftlich zu sein. Und doch zeigen
sich bei genauerem Hinsehen viele Gemeinsamkeiten. So bezieht sich zum Beispiel jede
dieser Fragen auf ein System, das insofern komplex ist, als sehr viele unabhängige Aspekte
miteinander in sehr vielfältiger Weise wechselwirken. Man denke nur an die Trillionen
chemischer Reaktionen zwischen den Proteinen, Fetten und Nukleinsäuren, die eine lebende
Zelle ausmachen, oder die Milliarden untereinander verknüpfter Neuronen, aus denen das
Gehirn besteht, oder an die Millionen aufeinander angewiesener Menschen, die etwa in einer
Stadt oder einer Nation zusammenleben.
In jedem einzelnen Fall erlaubt die Reichhaltigkeit dieser Wechselwirkungen dem
Gesamtsystem, Prozesse spontaner Selbstorganisation zu durchlaufen. Menschen etwa, die
ihre materiellen Bedürfnisse befriedigen möchten, organisieren sich unbewusst durch
Myriaden einzelner Akte des Kaufens und Verkaufens zu einem Wirtschaftssystem. All das
geschieht, ohne dass irgendjemand dafür die Verantwortung übernimmt und es bewusst plant.
Die Gene eines Embryos können sowohl die Entwicklung einer Leberzelle steuern als auch
die einer Muskelzelle. Vögel richten sich während des Flugs nach ihren Nachbarn und
organisieren sich dadurch unbewusst zu einem Schwarm. Lebewesen passen sich durch
Entwicklung und Evolution fortwährend aneinander an und bilden dadurch ein
außerordentlich fein abgestimmtes Ökosystem. Atome suchen nach einem niedrigsten
Energiezustand; in ihm gehen sie miteinander chemische Bindungen ein, wodurch sie sich zu
den Strukturen organisieren, die wir Moleküle nennen. In jedem Fall sind es Gruppen von
Agenzien, denen es durch wechselseitige Anpassung und Selbstkonsistenz irgendwie gelingt,
über sich selbst hinauszuwachsen, indem sie in der Gemeinschaft Eigenschaften wie Leben,
Denken und Zielstrebigkeit entwickeln, die sie allein nie hätten hervorbringen können.
Diese komplexen, sich selbst organisierenden Systeme sind zudem anpassungsfähig, da sie
nicht nur passiv auf Ereignisse reagieren, wie etwa ein Felsbrocken bei einem Erdbeben
herumgeworfen wird. Sie versuchen vielmehr aktiv das Geschehen zu ihrem Vorteil zu
wenden. So organisiert das menschliche Gehirn seine Milliarden von Nervenverbindungen
immer wieder neu und kann dann (jedenfalls manchmal) aus der Erfahrung lernen. So
entwickeln sich Arten weiter und haben in einer veränderten Umwelt bessere
Überlebenschancen – genau wie Unternehmen und Industrien. Der Handel wiederum reagiert
auf neue Moden und Lebensweisen, auf Veränderungen in der Bevölkerungsstruktur, auf
technische Entwicklungen, auf Schwankungen der Rohstoffpreise und eine Unmenge anderer
Faktoren.
Letztlich laufen in all diesen komplexen, sich selbst organisierenden und anpassungsfähigen
Systemen Vorgänge ab, die sie von statischen Objekten wie Computerchips oder
Schneeflocken unterscheiden, die „nur“ kompliziert sind. Komplexe Systeme sind spontaner,
ungeordneter und lebendiger als sie. Gleichzeitig jedoch ist die ihnen eigene Dynamik auch
weit von dem seltsam unvorhersehbaren Durcheinander entfernt, das wir Chaos nennen. In
den letzten zwanzig Jahren hat die Chaostheorie die Grundlagen der Naturwissenschaft
erschüttert, indem sie aufzeigte, dass sehr einfache dynamische Regeln zu außerordentlich
verwickeltem Verhalten führen können. Das bezeugen die schäumenden Wirbel eines Flusses
genauso wie die unendlich fein gestaltete Schönheit der Fraktale. Und doch erklärt Chaos an
sich nicht die Struktur, die Stimmigkeit, den selbstorganisierten Zusammenhalt komplexer
Systeme.
Inseln im Chaos (Die Erforschung komplexer Systeme)
Linear-Darstellung
