Sprzężenia zwrotne: Skąd natura bierze swój rytm - Anje-Margriet Neutel

Pełna lekcja: http://ed.ted.com/lessons/feedback-loops-how-nature-gets-its-rhythms-anje-margriet-neutel

Podczas gdy sprzężenia zwrotne przeszkadzają podczas próby zespołu, są konieczne w przyrodzie. Jak wyglądają sprzężenia zwrotne w naturze i jak zapewniają naszemu światu stabilność? Anje-Margriet Neutel omawia kilka z najczęstszych dodatnich i ujemnych sprzężeń, analizując jak liczne sprzężenia współgrają w ekosystemie, by stworzyć jego „wyjątkowe brzmienie”.

Lekcja: Anje-Margriet Neutel, animacja: Brad Purnell.

Test, test, raz, dwa, trzy.

Podczas występu zespołu
sprzężenia bywają irytującą przeszkodą,

natomiast w wielkiej orkiestrze natury,
sprzężenia są nie tylko korzystne,

ale są podstawą działania.

Co to jest sprzężenie zwrotne?

Podstawą zarówno dźwięku
jak i środowiska czy nauk społecznych

jest zjawisko wzajemnego
oddziaływania przyczynowego,

gdzie x wpływa na y,
y wpływa na x i tak dalej,

tworząc ciągły proces,
zwany sprzężeniem zwrotnym.

Świat przyrody pełen jest
tego typu mechanizmów

wykształconych przez powiązania
między materią ożywioną i nieożywioną,

zapewniając stabilność
przez regulowanie sposobu,

w jaki populacje i sieci pokarmowe
reagują na różne czynniki.

Gdy rośliny więdną, ich martwa materia
wzbogaca glebę jako próchnica,

stabilna warstwa organicznej materii
zapewniająca wilgoć i składniki odżywcze

kolejnym wzrastającym roślinom.

Im więcej roślin wyrasta i więdnie,
tym więcej powstaje próchnicy,

pozwalając na wzrost
większej ilości roślin i tak dalej.

Jest to przykład
dodatniego sprzężenia zwrotnego,

zasadniczego procesu
w powstawaniu ekosystemów.

Sprzężeniem dodatnim nazywa się
nie dlatego, że jest korzystne,

tylko dlatego, że wzmacnia
poszczególne efekty lub zmiany

w stosunku do stanu poprzedniego.

Te dodatnie lub wzmacniające sprzężenia
mogą być również niekorzystne,

na przykład las, który podczas wycinki
staje się bardziej podatny na erozję,

która usuwa z gleby
materię organiczną i składniki odżywcze,

zostawiając mniej wyrastających roślin,
co powoduje dalszą erozję.

Z drugiej strony ujemne sprzężenie
zmniejsza czy też przeciwdziała

zmianom w ekosystemie,
by zapewnić bardziej stabilną równowagę.

Weźmy na przykład
drapieżniki i ich ofiary.

Rysie, zjadając zające amerykańskie,
zmniejszają ich populację.

Ograniczenie źródła pożywienia
spowoduje zredukowanie ich populacji,

zmniejszając liczbę drapieżników
i pozwalając na wzrost populacji zajęcy.

Ten cykl tworzy wzrastający
i opadający wykres falowy,

utrzymując długotrwałą równowagę

i pozwalając na przetrwanie
łańcucha pokarmowego.

Przebiegi sprzężeń
mogą wydawać się nieoczywiste,

bo wielu z nas przywykło

do przewidywalnych,
liniowych schematów przyczyn i skutków.

Na przykład wydaje się jasne,

że rozpylanie pestycydów
pomoże roślinom rosnąć

przez eliminowanie insektów,

ale za to może spowodować
inne nieprzewidziane reakcje.

Gdy spryskiwanie spowoduje
spadek populacji insektów,

ich drapieżniki
będą miały mniej pożywienia.

Gdy ich populacja się zmniejszy,

mniej drapieżników
spowoduje wzrost populacji insektów,

przeciwdziałając efektom pestycydów.

Każde sprzężenie
jest produktem ogniw w pętli.

Dodanie jednego ujemnego ogniwa
odwróci działanie sprzężenia,

natomiast jedno słabe ogniwo
znacząco osłabi siły sprzężenia.

Usunięcie ogniwa
spowoduje przerwanie pętli.

Ale to tylko prosty przykład,
bo naturalne zbiorowiska to zbiór

nie osobnych łańcuchów pokarmowych,
ale wzajemnie powiązanych sieci.

Sprzężenie zwrotne często jest pośrednie
i występuje w dłuższych łańcuchach.

Sieć pokarmowa
składająca się z dwudziestu populacji

może wytworzyć tysiące pętli,
mających aż do dwudziestu ogniw.

Ale zamiast tworzyć
niezorganizowaną kakofonię,

sprzężenia zwrotne w systemach
ekologicznych współgrają ze sobą,

tworząc regularne wzory,
tak jak instrumenty,

które razem tworzą złożony
lecz harmonijny utwór.

Daleko idące ujemne sprzężenia
trzymają dodatnie sprzężenia w ryzach,

tak jak bębny utrzymujące rytm.

Funkcjonowanie ekosystemów
w ich naturalnym środowisku

przypomina charakterystyczne brzmienie.

Środowiska morskie, gdzie dominują
interakcje drapieżników i ofiar,

oraz silne dodatnie i ujemne sprzężenia
stabilizowane przez sprzężenia tłumione,

są silne i głośne, z wieloma oscylacjami.

Ekosystemy pustynne,
gdzie rotacja biomasy jest powolna,

a słabe sprzężenia krążą
przez materię nieożywioną,

bardziej przypominają brzęczenie.

Natomiast tropikalny las,
ze sporą różnorodnością gatunków,

wysoką rotacją składników odżywczych
i silnymi sprzężeniami

między materią ożywioną i nieożywioną,

jest pełna gama dźwięków.

Pomimo efektu stabilizującego,

wiele z tych siedlisk i ich ekosystemów
rozwija się i zmienia w czasie,

tak jak harmonie, które tworzą.

Wylesianie może zmienić
bujny tropikalny las w jałowy grunt,

tak jak popularny zespół rozpada się
po utracie kluczowych wykonawców.

Ale porzucony fragment pola
może z czasem stać się puszczą,

niczym garażowy zespół
rozrastający się w wybitną orkiestrę.