Hopp til hovedteksten
Barrel1_200px.jpg
Utskriftsvennlig versjon

Finnes lederløse samfunn i dyreriket?

Mange dyr opptrer i flokk. Men hvordan er egentlig fiskestimer, fugleflokker og insektskolonier organisert? En fiskestim kan inneholde millioner av individer. Slike store samfunn kan best forstås som desentraliserte systemer uten et lederskap. Individuelle beslutninger i en fiskestim fører til fascinerende kollektive mønstre, som gjør at vi ofte feilaktig oppfatter en stim som en superorganisme. I dag kan vi imidlertid simulere prinsippene bak hvordan slike mønstre kan oppstå ut fra enkle beslutninger hos enkeltfisk.

Barrel1_200px.jpg
Mange dyr opptrer i flokk. Men hvordan er egentlig fiskestimer, fugleflokker og insektskolonier organisert? En fiskestim kan inneholde millioner av individer. Slike store samfunn kan best forstås som desentraliserte systemer uten et lederskap. Individuelle beslutninger i en fiskestim fører til fascinerende kollektive mønstre, som gjør at vi ofte feilaktig oppfatter en stim som en superorganisme. I dag kan vi imidlertid simulere prinsippene bak hvordan slike mønstre kan oppstå ut fra enkle beslutninger hos enkeltfisk.

Av: Rune Vabø, Leif Nøttestad, Georg Skaret

Kronikk i Bergens Tidende 23. september 2004, i forbindelse med Forskningsdagene

Hvem leder en fiskestim? Svaret er enkelt: ingen. Eller for å si det på en annen måte: alle. Nyere biologi forstår store dyresamfunn som insektskolonier, flaggermus, fugleflokker og fiskestimer som desentraliserte, lederløse samfunn. Men hvordan kan et samfunn av individer fungere uten en sentral ledelse? Og i så fall; hva er da drivkraften i disse samfunnene? For å kunne forstå hvordan fiskestimer kan fremvise imponerende synkrone formasjoner, er det nødvendig å besvare disse spørsmålene. La oss se på hvor i dyreriket vi finner sentralt lederskap. Hovedsakelig finnes det i små sosiale grupper av pattedyr. Typiske eksempler er ulver, løver, aper og oss mennesker. I disse samfunnene er lederskapet representert ved en enkelt dominant hann (alfa-hannen). Det er essensielt at lederen her har oversikt over hele gruppen, og kan kontrollere hvert enkelt medlem. Dette betyr at gruppen ikke må bli for stor (noen titalls individer). Mennesket levde en gang i slike små grupper, og interessant nok har vi beholdt sentralstyrt hierarki fra stammesamfunnet til det moderne monarki/republikk. Behovet for en mannlig leder har vært og er fremdeles svært dominerende i de fleste organisasjoner og samfunn. Tenk på russlands lederskap fra Tsar-riket via Stalin til Putin, kirkens Pave eller Bush. Selv i jungelen, et særdeles desentralisert system, har vi utnevnt en leder: Tarzan. Vi er så vant til å tenke sentralisert organisering at vi raskt overfører denne ideen når vi prøver å forstå organiseringen av naturlige system. Vi har en tendens til å tillegge systemer plan og intensjon når vi ser sofistikerte mønstre. Selv teologisk ser vi helst at en eller annen sentral kraft; helst maskulin, har planlagt og hatt noen intensjoner med det hele. Tenk på dette: sentral kontroll og hierarkisk organisering springer trolig kun ut fra vår pattedyrtilhørighet. Når vi prøver å forstå fenomener i naturen eller til og med universet som helhet er det nyttig og ofte nødvendig å søke mer interessante, fruktbare og spirituelle ideer.

Hva kontrollerer da fiskestimen? Nøkkelen til å forstå dette er å se en stim ikke som en enhet, men som et desentralisert dynamisk fenomen. Stimen opprettholdes av samtidige lokale interaksjoner mellom enkeltfisk, og nettopp disse lokale interaksjonene er selve mekanismen som fører til komplekse mønstre og bevegelser. En fisk i stim forholder seg kun til noen få naboindivider. Hvert individ reagerer på en liten gruppe rundt seg og slik blir stimen ’limt’ sammen. Dette forklarer hvorfor man kan få stimer med volum tilsvarende hele Ulrikenmassivet. Denne lokale limingen muliggjør forplantning av reaksjon som beveger seg gjennom stimen som bølgen på fotballstadion. I en stim påvirkes fisk kontinuerlig av hva de andre individene foretar seg, i tillegg til miljøet rundt seg. Hvis flere fisk tar samme initiativ og samtidig påvirkes av hva de andre gjør er det lett å skjønne at stimen blir synkron. Men hva skjer når fiskene i en stim har ulik oppfatning av situasjonen? En undergruppe i stimen kan bryte ut, eventuelt kan en gruppe individer reagere så markant på en spesiell situasjon at de drar med seg resten av stimen. Et angrep fra en hval fører til en reaksjon hos den fisken i stimen som ser fienden mens resten kun reagerer på andres reaksjon. Slik synkron stiming krever hurtig oppdatering. Overføringen av informasjon fra et individ til et annet går så raskt at stimen som helhet ser ut som en superorganisme. I en datasimulering kan vi demonstrere dette prinsippet når modellen er definert som et desentralisert system, der hver fisk handler lokalt etter enkle regler. Det er til og med mulig å oppnå helt bestemte stimmønstre, for eksempel ’milling’ etter det engelske ordet for mølle, hvor fisken sirkulerer og danner form som en smultring. Dette fenomenet observeres i naturen hos flere arter av stimende fisk (se bilde).

Hvorfor er stiming så utbredt på kloden? For å forstå et biologisk fenomen som dette må man benytte Darwins evolusjonsteori og forklare hvorfor det er så fordelaktig for organismen. Over 5000 fiskearter stimer og stiming har trolig også oppstått uavhengig hos arter som har vært geografisk adskilt, og i tillegg ser vi flokkadferd i terrestre økosystem som hos fugler, pattedyr, reptiler og insekter. Enkel gruppering krever kun en stabil tiltrekning til artsfrender og det er rimelig å anta at slike grupper kan oppstå ganske enkelt i naturen. Hvis det så gir en fordel for individene blir gruppe-strukturen bevart over tid. Stiming gir en stor fordel i forhold til angripende fisk ved at fisk i stim lettere oppdager, forvirrer og unnviker fienden. Sjansene for at et enkeltindivid blir tatt av predator vil også være relativt liten i en stim med tusenvis av fisk.

Prinsippet om desentralisering bør forstås bokstavelig. En vanlig misforståelse når ikke-leder-prinsippet er akseptert er å betrakte stimen som en samling av individer som tenker likt, med en felles vilje og intensjon. Denne misforståelsen er demonstrert i animasjonsfilmen ’Nemo’ hvor en fiskestim viser veien til Sydney ved å danne en pil og forme operahuset i Sydney. Det er et viktig poeng at det aldri er intensjonen til enkeltfisk å skape bestemte helhetlige formasjoner. Skulle formen vært planlagt eller bestemt av en leder måtte instruksen fra lederen bli kommunisert til alle i løpet av svært kort tid eventuelt måtte man følge et nøye innarbeidet mønster a la åpningsparaden under olympiaden. Selv om fisken skulle hatt en ferdig plan for hva som skulle oppnås på gruppenivå i en bestemt situasjon ville denne type adferd være altfor rigid til å takle varierende situasjoner. Danning av mønster uten en bakenforliggende plan er ikke bare mulig, men svært utbredt i naturen. I ethvert system som inneholder mange bestanddeler som vekselvirker lokalt tenderer disse til å danne nye nivåer. Vi ser det fra kjemi til levende celler, opp til organismer og hele samfunn. De høyere nivåer har en tendens til å utvikle seg som en følge av interne prosesser; i vitenskapelige kretser ofte kalt for selvorganisering. I kulturelle og politiske systemer oppstår det også stadig nye fenomener som ofte krever en ny systemforståelse. En fiskestim er rett og slett en hurtig nivåbygging fra individ til stim, men er likevel relativt enkelt i forhold til for eksempel oppbyggingen av levende celler.

Når vi betrakter desentraliserte systemer slår det oss at de er veldig effektive og robuste, fordi ingen deler er mer sårbare enn andre. For eksempel reagerer immunforsvaret effektivt på angrep ved at motangrep skjer lokalt, og ofte på flere steder samtidig uavhengig av hverandre. Den robuste havlevende organismen svamp (Porifera) vil klare å reorganisere seg selv fra totalt oppkuttet tilstand fordi den kun inneholder noen få celletyper som fungerer desentralisert. Et system er meget sårbart hvis det blir ødelagt ved å slå ut en sentral del. Det meste av vår teknologi er likevel bygd opp omkring en sentral enhet, som en bilmotor eller prosessoren i en datamaskin. Kan man tenke seg teknologi som er desentralisert og dermed mindre sårbar? Internett er et eksempel på dette. Man kan ikke slå av internett. Man kan kanskje i fremtiden tenke seg mer desentralisert teknologi, med mer selvregulerende og selvorganiserende mekanismer som opprettholder funksjonaliteten av systemet. Mange nyvinninger henter sin inspirasjon fra naturen. Kanskje vår forståelse av desentraliserte fiskestimer kan lære oss noe?