HOOFDSTUK 9

Verspreiding en divergentie in de evolutie

 

In het vorige hoofdstuk zagen we hoe het samenspel van variaties en selecties tot verschillende evolutieprincipes leidt.
De variaties zorgen hierbij voor de creatie van alternatieve evolutietrajecten, terwijl de selectie zorgt voor een reductie van het aantal evolutietrajecten.

We hebben hierbij voornamelijk gefocuseerd op het mechanisme van de verschillende evolutieprincipes. Dit mechanisme is beantwoordt de vraag "Hoe ?" de informatie de evolutieprincipes beïnvloedt.
In dit en het volgende hoofstuk gaan we dieper in op de vraag "Waarheen ?" de evolutie leidt. We gaan dus niet zozeer het evolutiemechanisme bekijken, doch wel de richting die de evolutie uitgaat.

In dit hoofdstuk zullen we voornamelijk de invloed van de verspreiding zien, die leidt tot een toenemende divergentie in de evolutie. In het volgende hoofdstuk zullen we zien dat de natuur slechts een beperkt aantal oplossingen gebruikt voor analoge problemen : met andere woorden er is een convergentie waar te nemen in de evolutierichtingen. We zullen zien dat waar divergentie eerder een uiting is van de verspreiding in de evolutie, de convergentie eerder een gevolg is van het groepsgedrag en de fluxmaximalisatie, die de verspreiding beperkt.

Zowel divergentie als convergentie kunnen binnen één hiërarchisch niveau optreden ("horizontaal") als tussen verschillende niveau’s ("verticaal").

Dit is verduidelijkt in onderstaande figuur :

Figuur H9F1 : divergentie (hoofstuk 9) en convergentie (hoofdstuk 10) in de evolutie

Terug naar de index van dit hoofdstuk

 

1. Verspreiding en divergentie in de evolutie

In afwezigheid van informatie, is de verspreiding de Almachtige Heerser van de evolutie van het heelal.

Daar waar echter verspreiding aanwezig is, zal ergens in de gemiddelde evolutie ook wel informatie ontstaan, zoals reeds eerder aangetoond. In dit geval worden de evolutiepatronen interessanter, en kunnen we meer expliciete trends in de evolutie waarnemen. Zoals onderstaand schema aantoont, is de divergentie in de gemiddelde evolutie (in aanwezigheid van informatie) gekenmerkt door een :
- toenemende specialisatie van de evolutiepatronen
- stijging van het aantal hiërarchische niveau’s
- toename van de complexiteit.

 

 

Figuur H9F2 : Toenemende specialisatie, complexiteit en aantal hiërarchische niveau’s zijn kenmerkend voor de toenemende divergentie in de evolutie.

 

Deze trends zijn in sommige gevallen duidelijk waar te nemen, en in andere gevallen minder of niet.

In de volgende paragrafen zullen we deze groepskenmerken van de verspreiding meer in detail beschrijven.

Terug naar de index van dit hoofdstuk

 

2. Specialisatie in de evolutie

Eén van de overheersende trends die we in de divergerende evolutie kunnen waarnemen, is de toenemende specialisatie.

In een woordenboek zal men bij specialisatie een beschrijving vinden zoals "zich bijzonder toeleggen op". Een voorbeeld bij uitstek van specialisatie, vinden we bij de soortvorming in de biologie. Door een proces van natuurlijke selectie en zelforganisatie ontstaat een steeds groter aantal biologische soorten, die des te meer gespecialiseerd zijn in het uitvoeren van bepaalde taken. Zo verschillen de "Darwinvinken" op de Galapagos eilanden weinig in vorm, met uitzondering van hun snavel. De verschillende vorm van de snavel is een aanpassing van hun specialisatie in een welbepaald dieet (bijvoorbeeld een grote en zeer krachtige bek voor het eten van noten, een smallere bek voor het eten van vruchten.).

De verschillende aspecten van soortvorming werden reeds in het vorige hoofdstuk beschreven, ter illustratie van de onderliggende evolutiemechanismen. We zullen in het volgende hoofdstuk ook zien dat zelforganisatie en natuurlijke selectie ook een mechanisme is dat leidt tot convergentie in de evolutie.

Hoewel deze specialisatie van planten en dieren wellicht de meest opvallende, en voor de mens de meest zichtbare vorm van specialisatie is, zijn er ook op alle andere niveau’s van levende en niet levende systemen voorbeelden van specialisatie (of differentatie) te vinden. Levende systemen vinden we terug op verschillende niveau’s, gaande van elementaire cellen tot complexe maatschappijen. Elk van deze systemen bevat de verschillende elementen die een levend systeem kenmerken, doch naarmate het systeem later in de evolutie is ontstaan, zijn de deelcomponenten en processen steeds meer gespecialiseerd.

Ik zal hierbij 2 voorbeelden geven, om de gedachten wat te verruimen :

- de specialisatie van biologische cellen bij de ontwikkeling van een levend dier
- de specialisatie van mensen/afdelingen bij de ontwikkeling van een menselijke organisatie.

Terug naar de index van dit hoofdstuk

 

2.1. Specialisatie van cellen bij de ontwikkeling van dieren

Complexe meercellige dieren die zich geslachtelijk voortplanten, kunnen er heel verchillend uit zien ; denken we maar aan walvissen, muizen, chimpansees, of arenden. Nochtans hebben ze één belangrijk kenmerk gemeen : ze zijn ontwikkeld uit één bevruchte eicel. Als men bedenkt dat een volwassen dier uit miljarden cellen kan bestaan, en enkele honderden types cellen, rijst de vraag hoe de ontwikkeling van die ene, ongespecialiseerde cel, tot die verregaande specialisatie van cellen is tot stand gekomen.

In de achttiende eeuw werd dit verklaard door de theorie van de "preformatie". In elke bevruchte eicel van bijvoorbeeld een mens, zit een heel klein mensje dat alle kenmerken bezit van een volwassen individu. Gedurende de ontwikkeling moeten de verschillende cellen gewoon groeien, waardoor het individu zal groeien. De theorie werd destijds "bevestigd" door microscopische studies, waarbij dergelijke "homunculi" (kleine mensjes) zouden waargenomen zijn onder de microscoop. Ondanks deze percepties, (die wellicht veel zeggen over de kwaliteit van de gebruikte microscopen en de heersende wetenschappelijke ethiek), is de theorie nooit onderbouwd kunnen worden. Ze impliceert bijvoorbeeld dat in elk homunculus, nog een kleiner mensje zit (een oneindig Russisch poppensysteem). De theorie werd dan ook bij gebrek aan bewijzen verlaten. Het is wel een mooi voorbeeld van hoe waarneming en theorie elkaar beïnvloeden...

Tegenwoordig is de kwaliteit van de microscopen sterk verbeterd, en is er meer duidelijkheid over wat wellicht één van de meest complexe processen op aarde is. Er blijven echter ook nu nog veel openstaande vragen, zodat hier slechts enkele belangrijke ontwikkelingskenmerken zullen toegelicht worden. Bij organismen die zich geslachtelijk voortplanten, begint de ontwikkeling pas na de bevruchting, nadat het genetisch materiaal van beide ouders aanwezig is. Onder invloed van het DNA gebeurt een goed gecontroleerde sequentie van activiteiten.

Figuur H9F3 : celdifferentiatie van een bevruchte kikkereicel

Deze ontwikkeling is best bestudeerd bij de amfibieën (zoals kikkers), onder andere omdat de eicel tamelijk transparant is, wat waarnemingen met de microscoop gemakkelijk maakt. We beschrijven hier dan ook het ontwikkelingsproces van een eicel tot een kikkervisje.

• Een eerste fase is gekenmerkt door voornamelijk celdelingen. De cel ondergaat opeenvolgende klievingen, waardoor ze achtereenvolgens in 2, 4, 8, 16, 32,... cellen wordt onderverdeeld. Om de 30 minuten gebeurt een klieving (wat ongeveer 20 maal zo snel is als bij zoogdieren). Na zes uur is door de opeenvolgende delingen een met vocht gevuld kiemblaasje ontstaan (de "blastula").
• In een tweede fase zal dit kiemblaasje een primitief gastro-intestinaal kanaal vormen : dit stadium wordt dan ook de "gastrulatie" genoemd. In het bolvormig kiemblaasje ontstaat een instulping, die steeds groter wordt. Als gevolg hiervan onstaat op het einde van de gastrulatie een vorm die gelijkt op een dubbelwandige buis, met een buitenlaag (he "ectoderm"), een binnenlaag (het "endoderm") en een tussenlaag (het "mesoderm").
• De volgende fase is de "neurulatie" of de vorming van de latere ruggewervels, met het ruggemerg en de hoofdstam van het zenuwstelsel. De bolvormige structuur wordt langer, en er onstaat een instulping over de lengte van de cilindervormige cellenmassa. Geleidelijk aan ontwikkelt zich aan de ene zijde de kop, en aan de andere zijde de staart. Aan de twee zijden ontstaan op symmetrische wijze de kiewen, zodat geleidelijk aan het kikkervisje volgroeid is. Het bevat alle inwendige organen om verder te kunnen overleven.

De ontwikkeling van het zoogdierenembryo is gelijklopend met dat van de amfibieën, doch vertoont enkele verschillen. Zo gaat bijvoorbeeld de klieving bij zoogdieren veel langzamer, en heeft het embryo structuren nodig om zich te voeden, omdat het vastgehecht zit in de baarmoeder.
Uit deze gelijkenis tussen ontwikkeling van embryo’s van verschillende diersoorten, leidde de Duitse bioloog Ernst Haeckel (1834 - 1919) zijn "biogenetische grondwet" af. Deze stelt dat tijdens de ontwikkeling van een individu, de ontwikkeling van de ganse soort wordt herhaald. Dit is niet volledig, doch wel in grote lijnen waar. Zo kennen menselijke embryo’s een stadium waarin ze structuren ontwikkelen die gelijken op de voorlopers van kieuwbogen. Vanuit dit ontwikkelingsstadium ontwikkelen andere vertebraten inderdaad kieuwbogen. Het gevolg is dat, als we naar de ontwikkeling van een individu kijken, we hieruit bepaalde kenmerken kunnen leren die de evolutie van de ganse soort kenmerken.
Verschillende hogere diersoorten ontwikkelen zich dus via het kiemblaasje, via een gastruladium, neurulastadium, tot een volwaardig embryo. De werkelijkheid is dus veel complexer dan de preformatietheorie voor waar hield.

Op deze wijze ontstaan een hele reeks gedifferentieerde cellen, met totaal verschillende kenmerken. In de onderstaande tabel, is bij wijze van illustratie van de verschillen tussen de cellen, de gemiddelde leeftijd weergegeven van een aantal menselijke celtypes :

Tabel H9T1 : gemiddelde leeftijd van diverse types menselijke cellen

Celtype	Gemiddelde leeftijd (dagen)
maag tongoppervlak mucus in de maag epidermis (bij de kaak) longalveool longbronchus lever hersenzenuw	2.9 3.5 6.4 10 21 167 450 27400 (75 jaar)

 

Deze tabel toont aan dat het onderscheid tot de diverse types cellen zeer groot is.

Hierbij rijzen echter een aantal fundamentele vragen :
- Hoe weten de cellen wat ze moeten doen tijdens hun ontwikkeling, en hoe ze zich moeten

specialiseren ?
- Vanwaar krijgen ze hun informatie ?
- Hoe verloopt de hoge mate van coördinatie tussen de duizenden, soms miljoenen cellen ?

Op deze vragen zal verder een tip van de sluier worden opgericht. We zullen eerst verder een aantal bijkomende voorbeelden geven van specialisatie.

Terug naar de index van dit hoofdstuk

 

2.2. Specialisatie en groei in menselijke organisaties

Wanneer we denken aan specialisatie in menselijke organisaties, denken we onvermijdelijk aan de verschillende specialisten die werkzaam zijn in diverse organisatietypes. Elk beroep is een vorm van specialisatie, gaande van postbode of beenhouwer, tot neuroloog of bedrijfsleider. Elke persoon heeft geleidelijk aan de kennis en het gedrag ontwikkeld en aangeleerd, dat hem of haar het best "aanpast" voor het uitoefenen van het beroep. Elk van deze personen is wellicht gestart met dezelfde basisopleiding, gaande van kleuteronderwijs en de lagere school, waar nog bijna geen differentiatie is in de opleiding, tot de hogere studies die meer en meer afgestemd zijn op een welbepaalde specialisatie van het beroep. In de loop van de evolutie neemt niet enkel het aantal specialisaties toe, doch is er ook een trend waar te nemen van hoofdzakelijk M/E verwerkende beroepen (ambachtslui, jagers,...) tot meer en meer I-verwerkende beroepen (consultants, leraars, administratief medewerkers,...). Het belang van de verwerking van Gamma-informatie in de specialisatie van beroepen wordt dus steeds groter.

Organisaties maken in hun geheel ook echter een evolutie door, die leidt tot een steeds verregaandere specialisatie. Zowel gedurende de "ontogenie" als de "fylogenie" kunnen we die trend waarnemen. Ook op dit vlak zijn door bedrijfskundigen tal van studies uitgevoerd, die de specialisatie gedurende de ontwikkeling van een bedrijf onderzoeken. Onderstaande tabel toont een voorbeeld van de vorming van gespecialiseerde functies of afdelingen binnen het bedrijf, in functie van het aantal jaren na de opstart van het bedrijf.

Tabel H9T2 : Periode van vorming van diverse soorten gespecialiseerde functies in 106 kleine bedrijven

Aantal jaar na oprichting bedrijf	eerste jaar	< 15 jaar	< 30 jaar	> 30 jaar			geen gegevens				totaal aantal
Aantal bedrijven die formele afdeling vormen voor :
productie	17	12	11	7			23				70
verkoop	13	10	2	9			14				48
aankoop	2	7	6	9			7				31
kwaliteitsbeheer	3	8	2	7			2				22
productontwikkeling	2	6	4	3			1				16
financiën	1	2	3	3			4				13
personeel	-	1	2	4			1				8
productieplanning	-	1	4	-			-				5
industrial engineering	-	-	2	2			-				4
marktonderzoek	-	1	-	2			-				3

Naarmate de onderneming groeit, worden meer en meer gespecialiseerde functies ontwikkeld. Productie en verkoop behoren in de meesten gevallen tot de eerst gevormde departementen. Het tijdstip van vorming van de departementen, is gerelateerd met het aantal werknemers op dat tijdstip, en tevens met de jaarlijkse verkoop of omzet. Functies die nog niet formeel bestaan, worden veelal ingevuld door de bedrijfsleider, of door het inzetten van externe specialisten.

Ook bij de specialisatie van de afdelingen binnen in een bedrijf zien we dat meestal eerst die afdelingen ontstaan, die de M/E verwerking behandelen, en later pas de meer informatieverwerkende of service-afdelingen.

Ook op het niveau van de specialisatie van bedrijven in zijn geheel zien we in de loop van de evolutie een verschuiving in specialisatie van M/E-productie en M/E-verwerking, naar informatieverwerking. Deze verschuiving plaatst economisten en beursspecialisten voor een probleem. Naarmate een bedrijf meer en meer aan informatieverwerking gaat doen, en minder en minder aan M/E verwerking, verschuift de belangrijkste grondstof van M/E naar I : er komen dus meer en meer kennisbedrijven. Dit is een verschuiving "from atom to bit" op bedrijfsniveau. Dit verschil komt bedrijfseconomisch tot uiting in het verschil tussen de materiële eigendommen van het bedrijf (zoals gebouwen, infrastructuur), en de niet-materiële eigendommen (zoals patenten, licenties, interne informatiesystemen, menselijke kennis & ervaring, …). Deze laatste zijn in veel hogere mate aanwezig in kennis-intensieve bedrijven. Het onderscheid tussen de boekhoudkundige balanswaarde van een bedrijf, en de marktwaarde van het bedrijf vertegenwoordigt precies de waarde van de kennis aanwezig in het bedrijf. Deze kennis kan in de toekomst omgezet worden in hogere winsten, waardoor een hogere prijs voor het betrokken aandeel kan worden gegeven. Dit verklaart waarom de aandelen van sommige softwarebedrijven heel hoog zijn, terwijl de werkelijke M/E-eigendommen van het bedrijf nauwelijks relevant zijn. De specialisatie tussen M/E-bedrijven en I-bedrijven zal in de toekomst nog aan belang winnen, en wordt dus een essentieel macro-economisch gegeven.

 

Deze voorbeelden zijn slechts enkele exemplaren die gekozen zijn uit de duizenden die we zouden kunnen geven. Zoals de voorbeelden aantonen, is specialisatie bij de ontwikkeling van een individuele interactor, een essentieel (kwalitatief) onderdeel van de "groei" van de interactor, samen met de louter kwantitatieve toename in afmetingen, aantal componenten, hoeveelheid informatie, enzovoort.

Gedurende de evolutie en de groei van de interactoren, gebeuren ook soms meer drastische reorganisaties, die noodzakelijk zijn om het voortbestaan van het evolutiepatroon te waarborgen. Eén oorzaak hiervan is dat als de lengte of breedte van het patroon toeneemt op een lineaire wijze, het oppervlakte toeneemt op kwadratische wijze en het volume tot de derde macht. In zeer kleine interactoren kan de oppervlakte te groot zijn voor het volume, waardoor bijvoorbeeld het warmteverlies te snel is. Bij interactoren gebaseerd op Beta-attractoren, heeft elk patroon een kenmerkende omvang, waarbij vorm en functie perfect op elkaar zijn afgestemd, door de natuurlijke dynamiek van het systeem. Is dit niet het geval, dan wordt het patroon instabiel, en verdwijnt volledig of vervalt in een ander patroon, dat wel stabiel is in de gegeven omstandigheden. In sommige gevallen kan de groei zo drastisch zijn, dat het systeem niet kan blijven bestaan. Het zuurstofverbruik van cellen en bepaalde organismen bijvoorbeeld, neemt toe met het kwadraat van de diameter van het systeem, doch de snelheid waarmee zuurstof door de celmembraan kan diffunderen, neemt slechts toe met de vierkantswortel van de diameter. Een analoge vaststelling kunnen we maken bij groeiende menselijke organisaties. De groei van oppervlakte van steden neemt toe met ongeveer de vierkantswortel van de groei van de belangrijkste snelwegen. Groei zal de snelwegen daardoor overbelasten, tenzij nieuwe snelwegen worden gebouwd.

De meest gebruikte oplossing voor dergelijke problemen van overbelasting, is ofwel decentralisatie van het systeem, of het opsplitsen in relatief autonome eenheden. Dit is wat we zien gebeuren tijdens de ontwikkeling van levende systemen, waar bij de groei en tijdens de evolutie steeds meer gespecialiseerde subsystemen ontstaan, die relatief autonoom kunnen werken.

Eén van de meest opvallende voorbeelden van herorganizaties van de diverse organisatietypes, vinden we terug bij het vormen van nieuwe levels of niveau’s van interactoren.

Terug naar de index van dit hoofdstuk

 

3. Emergentie van nieuwe organisatieniveau’s in de evolutie

Ten gevolge van de specialisatie, ontstaan op alle niveau’s en alle tijdstippen in de evolutie, nieuwe soorten processen of structuren, die voorheen of op lagere niveau’s niet werden waargenomen. Dit zijn de "emergente" kenmerken. Het ontstaan van emergente kenmerken zijn veelal doorbraakmomenten in de evolutie. Voorbeelden zijn het plotse ontstaan van nieuwe dissipatieve structuren bij kritische omstandigheden, het onstaan van het eerste levende organisme, de transformatie van een niet-hiërarchische naar een hiërarchische organisatie enzoverder.

Omdat het ontstaan van emergente niveau’s zo invloedrijk is op de verdere evolutie en ontwikkeling van evolutiepatronen, worden in de onderstaande tabel de belangrijkste niveau’s tijdens de evolutie van ons heelal en onze aarde geschetst. Naargelang de criteria die gehanteerd worden, kunnen meer of minder niveau’s onderscheiden worden. (Op deze discussie wordt echter niet ingegaan, omdat elke klassificatie voor- en nadelen heeft, en een artificiële modellering inhoudt van het continue proces dat onze evolutie in wezen is.) De tabel is onderverdeeld in 2 deeltabellen. In een eerste tabel zijn de niveau’s van Alfa-interactoren vermeld (met voorbeelden van Beta-interactoren op dit niveau), terwijl in een tweede tabel de verschillende niveau’s voor Gamma-interactoren zijn beschreven. Deze splitsing is gebeurd omdat de complexiteit van interactoren die ontstaan door Gamma-attractoren veel hoger is.

 

Tabel H9T3A : emergente eigenschappen bij verschillende niveau’s van Alfa-interactoren

Niveau van interactoren	Belangrijkste emergente kenmerken op dit niveau
supersnaren omvang : 10-32 meter	Supersnaren zijn de elementaire componenten van ons heelal, gevormd door TOE-kracht (TOE= Theory Of Everything). De TOE-kracht is de voorloper van alle andere universele Alfa-attractoren, die door opeenvolgende symmetriebrekingen onstaan : - uit de TOE-kracht ontstaan de GUT-kracht en de zwaartekracht (GUT = grand unified theory) - uit de Gut kracht ontstaan de sterke kernkracht en electrozwakke kernkracht - uit electrozwakke kernkracht splitsen zich de electromagnetische en zwakke kernkracht af. De supersnaren zijn de bouwstenen van alle andere elementaire deeltjes, waaronder quarks.
quarks omvang : 10-15 meter	Quarks zijn de bouwstenen van materie (hadronen) en antimaterie.
hadronen omvang : 10-14 meter	Tot de hadronen behoren de protonen en de neutronen (de belangrijkste deeltjes van atoomkernen), en honderden andere, minder stabiele deeltjes. Deze minder stabiele deeltjes zijn net door hun lage stabiliteit niet geschikt als bouwstenen voor emergente niveau’s in de evolutie. De stabiele hadronen zijn de bouwstenen van atoomkernen (onder invloed van de sterke kernkracht).
atomen omvang : 10-10 meter	Door de binding tussen enerzijds electronen en anderzijds de atoomkernen, vormen zich de atomen. Er onstaan een honderdtal stabiele atomen, die geklasseerd zijn in de "tabel van Mendeljev" volgens hun chemische en fysische eigenschappen. Net zoals bij de hadronen, bestaan er tal van relatief onstabiele atomen, die te onstabiel zijn om emergente niveau’s in de evolutie te vormen. De stabiele atomen fungeren als bouwstenen van een oneindige variatie aan molecules.
niveau van molecules omvang : 10-9 à 10-7 meter	Als gevolg van verschillende types chemische bindingen tussen de atomen, ontstaat een grote diversiteit aan molecules. De molecules kunnen gekarakteriseerd worden aan de hand van hun "chemische" eigenschappen, en de wijze waarop ze in diverse omstandigheden met elkaar binden en reageren. Zo onderscheidt men bijvoorbeeld de "organische molecules" die de voornaamste bouwstenen vormen van biologische wezens, en de "anorganische", die de bouwstenen zijn van de niet levende materie. Naargelang de aard van de molecules, kunnen tal van electrochemische krachten (attractoren) onstaan. Een speciale groep molecules zijn de zelfreplicerende molecules, die de basis vormen van de Gamma-replicatoren in levende wezens (zie volgende tabel). Massale aantallen molecules zijn de basis van vloeistoffen, gassen, kristallen, ...., met andere woorden de materie die zichtbaar is voor de mens.
niveau van vloeistoffen, gassen en kristallen omvang : 10-6 à 102 meter	Vloeistoffen, gassen en kristallen maken gezamelijk een groot deel van de niet levende materie en materialen uit. Op dit niveau zijn er tal van zelforganiserende processen (Beta-interactoren) met zichtbare invloed op het menselijk leven, zoals : - vorming van wolken in gassen - vorming van patronen in vloeistoffen (turbulentie, laminaire stromen, ...).
niveau van planeten omvang : 10+6 à 10+13 meter	Grote aggregaten van materie vormen nieuwe planeten, nevels en dergelijke in het heelal, onder invloed van de zwaartekracht. Planeten vormen eventueel planetenstelsels. Op bepaalde planeten (zoals de aarde) spelen zich tal van belangrijke zelforganiserende Beta-processen af, zoals : - de vorming van wolken in de atmosfeer - de vorming van golven en stromingen in oceanen, lavastromen bij vulkanen - de cyclus van het weer en klimaten (vorming van wolken, wind, orkanen,...) - tectonische bewegingen in korst van planeten zoals aarde.
niveau van sterren omvang : 10+15 à 10+20 meter	Wanneer de massa van de materie voldoende groot is, vormen zich sterren door de gravitatiekracht. Afhankelijk van de grootte van de massa, en het stadium in de "levenscyclus van sterren", kunnen we verschillende types onderscheiden zoals rode reuzen, witte dwergen, supernova’s, neutronensterren en zwarte gaten.
niveau van sterrenstelsels, clusters en superclusters omvang : 10+21 à 10+24 meter	Deze uitzonderlijk grote interactoren vormen zich door langzame aggragatie en zelforganisatie (Beta-proces).

 

Als gevolg van het onstaan van zelforganiserende molecules, kunnen de eerste Gamma-replicatoren onstaan, die aanleiding geven tot de vorming van levende systemen. Ook hier kunnen we diverse niveau’s onderscheiden, waarbij op elk niveau tal van emergente eigenschappen kunnen onderscheiden worden. Onderstaande tabel geeft een summiere samenvatting van deze emergente eigenschappen.

Tabel H9T3B : emergente eigenschappen bij verschillende niveau’s bij Gamma-interactoren

Niveau van interactorenBelangrijkste emergente kenmerken op dit niveau
levende cel omvang : 10-6 meter	De levende cel bevat de fundamentele kenmerken die levende van niet levende systemen onderscheidt (met als gevolg de cyclus van leven en dood : een Beta-proces) : - Gamma-replicator en zelfreplicatie van de cellen - systemen voor het geven van negatieve feed-back (een Beta-proces), voor het behoud van een steady state toestand in de cellen ; hiervoor worden enzymatische catalysatoren gebruikt Op dit niveau onstaan de eerste vormen van sexuele voortplanting
organisme omvang : 10-2 à 10+1 meter	Mogelijkheid om associatief te leren Het gebruik van een Gamma-gecodeerde taal voor onderlinge communicatie (wellicht de belangrijkste succesfactor voor de menselijke ontwikkeling) Emoties (zowel bij de mens als bij hogere diersoorten) : deze worden dikwijls beïnvloed door hormonen (typische voorbeelden van niet-universele Alfa-interactoren) Verlenging van de levensduur, in vergelijking met solitaire cellen Vermogen om in hogere stress-condities te overleven, door betere controlemechanismen
organisatie omvang : 10+2 à 10+4 meter	Langere levensduur (individuen binnen een groep kunnen worden vervangen : bijvoorbeeld een termietenheuvel bestaat langer dan een individuele termiet) Kan tijdens leven grotere ruimtelijke oppervlakte bestrijken dan individueel organisme (bijvoorbeeld internationale bedrijven) Mogelijkheden voor verhoogde mobiliteit, en het maken van artefacten, die niet tot capaciteit van organisme behoren (bijvoorbeeld bijen bouwen honingraten, mensen kunnen piramides bouwen of naar de ruimte vliegen) Toegenomen ruimtelijke vrijheid en mobiliteit van subsystemen : organisatie kan door communicatie de cohesie behouden, ook al zijn de subsystemen ruimtelijk verspreid (bijvoorbeeld internationale communicatie via satelietten) De capabiliteit om een Gamma-replicator te creëren voor nieuwe organisaties (bijvoorbeeldeen charter voor nieuw bedrijf, nieuwe grondwet,...) Hiërarchische structuren binnen de organisaties, voor betere verdeling en coördinatie van de activiteiten
maatschappij omvang : 10+4 à 10+6 meter	Uitgesproken culturele verschillen, voornamelijk behouden door taal- barrières Wetenschap heeft enorme vlucht genomen door stimulans van maatschappijen Complexe kanalen (Beta-organisaties) en netwerken voor M/E-transport en I-transfer (bijvoorbeeld autosnelwegen, telefoonnetwerken,internet...)

 

 

Deze tabel geldt slechts als een voorbeeld van één van de evolutietrajecten die behoren tot de verzameling van mogelijke evolutietrajecten. Het is dus geen algemene structuur van de niveau’s van interactoren van de gemiddelde evolutie, doch de grote lijnen zijn wellicht kenmerkend voor wat de gemiddelde evolutie kan inhouden. De tabel is dus te zien als "pars pro toto". Bovendien is de tabel gerangschikt volgens complexiteit, en niet noodzakelijk volgens evolutionaire sequentie.

Zoals onderstaande figuur aantoont, kan een evolutiepatroon niet enkel reorganiseren tot een hoger niveau, doch ook het omgekeerde kan zich voordoen.

Indien de omstandigheden ongunstig zijn, kan het evolutiepatroon vervallen tot een onderliggend niveau, en zal het ook zijn emergente kenmerken verliezen. Dit proces hebben we eerder decompositie genoemd.

Figuur H9F4 : emergentie en decompostie in de evolutie

De decompositie is bijvoorbeeld ook snel en duidelijk waar te nemen bij alle Beta-organisaties. Turbulentie in een waterstraal blijft enkel bestaan, zolang de condities (debiet, diameter van de kraan,...) binnen nauwe grenzen blijven. Wijken we af van deze condities, vervalt het stromingspatroon terug naar bijvoorbeeld een laminaire stroming.

In grote lijnen kan gesteld worden dat naarmate er nieuwe levels ontstaan, dit gepaard gaat met een toenemende complexiteit van de evolutiepatronen en een toename in omvang. Vandaar dat we ons kunnen afvragen wat complexiteit nu eigenlijk is.

Terug naar de index van dit hoofdstuk

 

4. Complexiteit en informatie

Intuïtief voelen we aan dat een dier een hogere complexiteit heeft dan bijvoorbeeld een steen. Als we nauwkeuriger trachten te omschrijven waarom dit zo is, zal het niet zo evident zijn om onze intuïtie onder woorden te brengen.

We hebben reeds eerder gezien dat de interactoren sterk kunnen verschillen, naargelang de attractoren gebaseerd zijn op Alfa-, Beta- of Gamma-informatie. Daarom zullen we de link proberen leggen tussen de informatie-inhoud enerzijds, en anderzijds een moeilijk te omschrijven begrip als "complexiteit".

Zowel een boom, als een koe of een maatschappij zijn levende systemen.

Nochtans voelen we aan dat er tussen deze drie levende systemen een duidelijk verschil is in complexiteit. Wanneer de vraag gesteld wordt, zullen weinig mensen een boom complexer vinden dan een koe, of een koe complexer vinden dan een maatschappij. Bovendien kunnen er wellicht meer feiten opgesomd worden waarom een maatschappij complex is, dan waarom een koe of een boom complex zijn. Om een boom in zijn details te beschrijven zullen we minstens een dik boek nodig hebben, doch om een maatschappij te beschrijven hebben we ten minste een encyclopedie nodig. Hoe complexer iets is, hoe meer pagina’s we nodig zullen hebben om het te beschrijven.
Uit deze vaststelling is ook een eerste definitie van het begrip complexiteit gegroeid.
De "interactorcomplexiteit" komt overeen met de lengte van de korste beschrijving van een interactor.
Zoals in figuur 2 is aangeduid, is de interactorcomplexiteit het hoogst voor Gamma-interactoren (wat overeenkome met onze intuïtie). De complexiteit is daarentegen lager voor volledig chaotische systemen (zoals een gas) of voor sterk geordende evolutiepatronen (zoals kristallen).

Naargelang de persoon die een interactor moet beschrijven, kan de lengte van de beschrijving verschillen. De taalvaardigheid, het waarnemingsvermogen en het inzicht van de persoon kunnen immers sterk verschillen. Een koe beschrijven, voor iemand die nog nooit een koe heeft gezien, is wellicht moeilijker dan dezelfde beschrijving te maken voor iemand die wel al een koe heeft gezien. Bovendien zal een expert op het vlak van koeien, wellicht een veel gedetailleerdere beschrijving van een koe kunnen geven dan een koeienleek. Een schilder daarentegen zal zich voornamelijk inhouden met de esthetische kenmerken, en zal onderscheid maken tussen een koe in het ochtendgloren, overdag of s’avonds, al dan niet met tegenlicht van de zon.

De interactorcomplexiteit blijft dus een tamelijk vaag begrip, dat sterk afhangt van de persoon die de beschrijving maakt, en de doelgroep voor de beschrijving.

Nochtans zijn er in de evolutie ontelbare voorbeelden van uitstekende beschrijvingen van interactoren te vinden. Elke interactor ontwikkelt zich immers volgens de ontwikkelingsinformatie die die conform is met deze van de corresponderende replicator/attractor. Zo is het DNA in biologische wezens zo gedetailleerd, dat vrijwel perfecte copieën van bijvoorbeeld koeien kunnen gemaakt worden. Wanneer DNA wordt geïsoleerd uit een willekeurige koeiecel, en dit DNA wordt ingeplant in een niet bevruchte eicel van een koe, dan kan deze uitgroeien tot een perfecte kloon van de oorspronkelijke koe (vanwaar het DNA afkomstig was). Deze techniek kan in de medische wetenschap worden gebruikt om "transgene dieren" te creëren. Dit zijn dieren die gekloond zijn volgens de zonet beschreven techniek, doch waarbij een extra gen (extra ontwikkelingsinformatie) werd toegevoegd. Het resultaat kan een reeks klonen van koeien zijn, die de extra eigenschap bevatten om in hun melk een medicijn te produceren, dat op andere wijzen moeilijk of niet te produceren is. Het feit dat dergelijke experimenten succesvol kunnen uitgevoerd worden, is een bewijs van de correctheid van de interpretatie van de ontwikkelingsinformatie door de eicel.

Hierdoor kunnen we tot een nieuwe definitie van complexiteit noemen. Ik zal deze kortweg de "attractorcomplexiteit" noemen, of kortweg complexiteit.
De "attractorcomplexiteit" is de kortst mogelijke beschrijving van de ontwikkelingsinformatie en het ontwikkelingsmechanisme in de attractor.

Voor hogere biologische wezens komt de attractorcomplexiteit overeen met de lengte van de beschrijving van de relevante gemeenschappelijke replicator-informatie van de soort (bij sommige dieren bevat het DNA niet relevante stukken DNA, die geen bijdrag heeft aan de ontwikkeling van het levend wezen).

Voor de vier fundamentele basiskrachten, komt de attractorcomplexiteit overeen met de lengte van de beschrijving van de wetmatigheden die de basiskrachten kenmerken. De beschrijving van het geheel aantal interacties en interactoren die ten gevolge van deze 4 basiskrachten in ons universum bestaan, is vrijwel onmogelijk. Het beschrijven van de wetmatigheden echter is een meer realistische doelstelling. Newton slaagde er bijvoorbeeld in om met zijn gravitatiewet, heel wat kenmerken van de gravitatiekracht te bundelen in een korte natuurwet.

We blijven echter geplaagd met het vervelende probleem dat ook de attractorcomplexiteit afhangt van de persoon die de attractor beschrijft. Zo had Einstein een andere visie op de gravitatiekracht van Newton, en kwam hij tot andere, meer nauwkeurige beschrijvingen.

Hoewel we dit probleem van de "waarnemer" niet kunnen oplossen, kunnen we het probleem wel nog gedetailleerder beschrijven (en dit is al een stap in de goede richting).

Hiervoor vallen we terug op een inzichten van Charles Bennet, een onderzoeker van computergigant IBM. Om het probleem van de waarnemer te omschrijven, heeft hij twee nieuwe begrippen gelanceerd, namelijk de "diepte" en de "crypticiteit" van een beschrijving. Onderstaande figuur geeft hierbij verduidelijking (gerelateerd naar de begrippen attractor en interactor, zoals in dit boek gedefinieerd).

Figuur H9F5 : de relatie tussen "attractorcomplexiteit" en "interactorcomplexiteit" is bepaald door de evolutiedynamiek van het inwikkelen of ontwikkelen.

De twee begrippen "diepte" en "crypticiteit" geven een idee over de "ingewikkeldheid" van de beschrijving.

Tijdens de evolutie op aarde heeft het talrijke miljoenen jaren geduurd vooraleer de eerste Gamma-replicator is ontstaan (de basis voor de eerste Gamma-attractor), die aanleiding gaf tot het eerste leven op aarde. De eerste basiskrachten daarentegen (of universele attractoren), zijn al vrij snel na de oerknal ontstaan. Dit verschil in ontwikkelingstijd, wijst op een verschil in "diepte" van de Gamma-attractoren en de universele attractoren. Wanneer de evolutie van het heelal zich honderduizend maal zou herhalen, zou de tijd waarop de eerste Gamma-attractor onstaat die leidt tot een levende cel zoals we die nu kennen, wellicht verschillen. In bepaalde herhalingen van de evolutie, zouden misschien geen levende cellen ontstaan, terwijl in andere gevallen dit heel snel zou gebeuren. In deze context is de diepte de gemiddelde duur die de (gemiddelde) evolutie nodig heeft, om een (evolutionaire) attractor te vormen. Een grote diepte wijst erop dat er veel tijd over gegaan is om de attractor te ontwikkelen. Zo hebben biologische systemen veelal een grotere diepte dan niet-biologische systemen. De zon daarentegen, als voorbeeld van een ster, is met zijn hoge interne temperatuur (miljoenen graden) gekenmerkt door een uiterst grote willekeur. Deze willekeur is tekenend voor een lage complexiteit, en een lage diepte (de zon bevindt zich eerder aan de linkerkant van de horizontale as van figuur 2). Een perfect kristal daarentegen, bij een uiterst lage temperatuur (bijvoorbeeld dicht bij nul graden Kelvin), is gekenmerkt door een grote regelmaat, die evenmin een hoge complexiteit of hoge diepte met zich meebrengt. Dit kristal bevindt zich aan de rechterkant van de horizontale as van grafiek 2. De complexere systemen in ons heelal, zijn gekenmerkt door een balans van willekeur en regelmaat, van chaos en orde. De diepte van deze systemen is hoog, wat erop wijst dat het vinden van deze delicate evenwichten tussen regemaat en orde letterlijk het resultaat is van een lang evolutieproces.

De tegenhanger van de "diepte" is de crypticiteit.

Het is de gemiddelde tijd dit nodig is om, uitgaande van een bepaalde interactor, een attractor te ontwikkelen die een welbepaald interactor opnieuw kan genereren.

Het is bijvoorbeeld de tijd die nodig is in de gemiddelde evolutie, vooraleer een welbepaalde wiskundige formule gevonden wordt die de gravitatie verklaart. Het is ook bijvoorbeeld de tijd die nodig is vooraleer een computer een programma vindt, dat in een reeks patronen een regelmaat kan ontdekken, en deze regelmaat in een wetmatigheid kan omzetten die toelaat de regelmatige patronen opnieuw te genereren. Het is als het ware de tijd nodig om theoretische modellen te bouwen voor bepaalde evolutiepatronen. Hoe langer de tijd die nodig is, hoe hoger de crypticiteit van de wetmatigheid. Het heeft inderdaad heel lang geduurd, voor de zeer eenvoudig gravitatiewetten van Newton zijn ontdekt. Deze wetten bevatten een hoge crypticiteit. Over het algemeen hebben wiskundige beschrijvingen een grotere crypticiteit dan bijvoorbeeld beschrijvingen in romanstijl. Beschrijvingen met grote crypticiteit vereisen immers dat de kern van evolutieproces wordt geïdentificeerd. Het begrip crypticiteit is een begrip dat pas zin heeft, als je met systemen werkt die modellen of wetmatigheden kunnen opbouwen (zoals de mens of een computer). Het geeft een idee over hoe moeilijk het is om vanuit een welbepaalde interactor, een attractor te vinden, terwijl de diepte een idee geeft over hoelang het duurt in de gemiddelde evolutie, vooraleer een attractor ontstaat die opnieuw leidt tot een welbepaalde interactor.

Terug naar de index van dit hoofdstuk

 

5. CONCLUSIE

De evolutie van het heelal is gekenmerkt door toenemende specialisatie van alle interactoren en door het ontstaan van nieuwe evolutieniveau’s met emergente eigenschappen, die op onderliggende niveau’s niet bestonden.

Toenemende specialisatie, complexiteit en toenemend aantal hiërarchische niveau’s, zijn drie gevolgen van de toenemende verspreiding in de evolutie. Ze resulteren in de "divergentie" van de eigenschappen van de interactoren en de attractoren die we rondom ons waarnemen.

Dit kan nogmaals gesitueerd worden in onderstaande overzichtsfiguur.

Terug naar de index van dit hoofdstuk

 

HOOFDSTUK 9 :

Verspreiding en divergentie in de evolutie

1. Verspreiding en divergentie in de evolutie

2. Specialisatie in de evolutie

2.1. Specialisatie van cellen bij de ontwikkeling van dieren

2.2. Specialisatie en groei in menselijke organisaties

3. Emergentie van nieuwe organisatieniveau’s in de evolutie

4. Complexiteit en informatie

5. CONCLUSIE