Kas on veel midagi looduselt õppida?

NASA kulgur Perseverance maandus 18.2.2021 hilisõhtul edukalt Marsile. Algas punase planeedi põhjalik uurimine, et sinna kunagi võimalusel inimasustus rajada. Pole kahtlust, et ellujäämine kosmoses on

selgelt pigem teadus kui kunst. Paradoksaalselt on teaduse ja tehnika kiire areng ohtu seadnud inimkonna ja kogu looduse tuleviku meie koduplaneedil. Kuna elusloodus on püsinud ja arenenud miljardeid aastaid, siis peaks olema mingid kõrgemad metareeglid, mis on taganud elu pidevuse ning elusorganismide ülima efektiivsuse. Nende abil võiks ehk aru saada, mida meil tuleks teisiti teha, et ise püsima jääda.

Kui elu kestust Maal – u 3,5 miljardit aastat – võrrelda aastaga, siis inimene tekkis vana aasta õhtul kl 19:30 paiku (u 1,9 miljoni aastat tagasi [3]). Tööstus, mis põhines fossiilkütustele, tekkis u 200 a tagasi ja samas aastases ajavõrdluses oleks see kestnud napilt 2 sekundit ehk ainult ülimalt lühikese hetke – u 1/10000 inimkonna ajaloost. Seega ei pea paika, et inimkond ei saa hakkama elektrita, fossiilkütusteta, autodeta, lennukiteta jne. Need meeldivad meile ja muudavad elu mugavamaks, kuid nad pole sellises mahus vajalikud, kui oma elu vastavalt ümber korraldada. Kõik, mis aitab kaasa meie liigi püsimajäämisele, peab olema kooskõlas inimeste ja loodusega. Selles osas on meil veel pikk tee minna, kuid aega keskkonnakatastroofi vältimiseks pole jäänud palju.

Kui tahame midagi uut leiutada, võiks esmalt leida analoogiaid ja aru saada, kuidas see toimub looduses. Lennuki idee sündis lindude vaatlemisel, ratta idee arvatavasti veerevatest kivikestest, tehisintellekti loomisel on abiks aju-uuringud, vaktsiinide tõhusaks loomiseks peame tundma DNA ja RNA protsesse, kosmoses tegutsemiseks peab aru saama, mis seal täpselt toimub jne. Kuidas siis ometi elu tekkimine, areng ja püsimajäämine on iseenesest õnnestunud planeedil Maa? Kas siin taga saavad olla ainult ideaalsed tingimused elu tekkeks ja püsimiseks? Kas võivad olla mingid ülimad loomulikud – miks mitte jumalikud – üleüldised ellujäämise põhimõtted või seadused, mida elusloodus ise automaatselt järgib? See on filosoofe ja biolooge juba sajandeid huvitanud, kuid alles nüüd võib olla jõutud tõele lähedale.

Täpsema ülevaate neist teooriatest võib saada nt Vikipeediast [vt. 1 ja 2]. Eluslooduse käsitlemisel on jõutud klassifitseerida kõik u 1,7 miljonit liiki [5]. Elu kui terviksüsteemi seadused on juba 1990. aastal postuleerinud Saksa professor Frederic Vester (1925 – 2003). Ta nimetas neid bioküberneetika põhireegliteks, mis on järgmised [6]:

1. Negatiivne tagasiside peab ületama positiivset tagasisidet

Positiivse tagasiside võimendus paneb asjad tööle. Negatiivne tagasiside hoolitseb stabiilsuse eest häiringute ja piirväärtuste ületamise korral. Võnkumised sumbuvad ja stabiilsus taastub. Negatiivsed tagasisided tähendavad näiteks vooluringide iseregulatsiooni. Nt. keha autonoomne närvisüsteem juhib hormoonide kontsentratsiooni; karburaator juhib mootori bensiinivarustust. Iseregulatsioon on allsüsteemi korralduse kõige olulisem põhimõte, mis sisaldab ka juhtkontrollerit. Vastasel korral  kõik, mis aina kasvab, neelab korraga kõik oma ümber ja seeläbi tapab ennast. Võib-olla oli see põhjus eelajaloolise tiigri väljasuremisele, kelle hiiglaslikud hambad ei vabastanud ühtegi saaki. Kuna tiigri populatsioon kasvas pidurdamatult, ei olnudki ühel päeval enam saaki. Kuna vahetult reguleeriv ahel purunes, sekkus kõrgem reguleeriv ahel ja likvideeris selle liigi.

Süstemaatilised katastroofid tekivad positiivselt tagasisidestatud keerukate süsteemide kasvamisel. Teatud hetkel, kui süsteemi piirid on saavutatud, piisab pisikesest intsidendist ja süsteem variseb kokku lühikese ajaga. Näiteks, globaalne reisimine, ettevõtlus, pangandus ja kaubavedu ühendab kõiki riike. Covid viiruse ülemaailmne levik näitas ka selle nõrga koha kätte – suurem osa turismiga seotud ärisid varisesid kokku. Heidutav näide on ka Internet, mis ühendab praktiliselt kõiki igaühega kohapealse juhtstruktuurita. Ohud varitsevad häirete ja rikete piiramatu ülekande tõttu. Libauudiste ja valeinfo massiline levik on põhjustanud näiteks vandenõuteooriate ja vaktsiinivastase liikumise ulatusliku leviku.

2. Süsteemi funktsioon peab olema sõltumatu kvantitatiivsest kasvust

Energia ja materjali voog on pikaajaliselt püsiv. See vähendab pöördumatuse ja kontrollimatu piirväärtuste ületamiste mõju. Ükski elusorganism ei saa kasvada piiramatult. Kui süsteem tahab kasvada ja ellu jääda, peab see läbima metamorfoosid. Teatud suuruses ei oleks röövik enam elujõuline. Niisiis lülitub see aja jooksul nullkasvule, muutub uuendusmeelseks, nukkub ja muutub liblikaks. See on hea näide sellest, et puhas kasv ei saa metamorfoose asendada ja selle ümberkorraldamine kehtib ka keerukate süsteemide puhul. Ühenduste arv (võrk) on süsteemi stabiilsuse tagamiseks hädavajalik. Peatumatu kasvu (reegli nr 1 rikkumise) ja suurema ühenduste hulga korral võib stabiilsus taas väheneda või isegi kaosesse juhtida. Parim näide: inimese aju. Mõni kuu pärast sündi on see täielikult kasvanud: kasv võib häirida seal, kus on oluline toimida.

3.Süsteem peab töötama funktsioonile, mitte tootele orienteeritult

Teise vastavaga vahetatavus suurendab paindlikkust ja kohanduvust. Süsteem elab üle ka muutuvate pakkumiste korral. See reegel tagab ettevõtte või piirkondliku ettevõtte koha vajaliku paindlikkuse muutuste ajal. Näiteks, Volkswageni „mardika“ läbimurret ei saavutanud mitte toode ise, vaid ainulaadne ülemaailmne teenus. Ratsionaliseerimisest ja asukoha eelistest pole palju abi, kui ei julgeta toodet ennast kahtluse alla seada. Tootjad eelistavad alati komponente ja materjale, mida saab asendada alternatiivsega. Praegusel koroonaajal peaks töökorraldus olema selline, et ühe töötaja nakkus ei tooks kaasa tema asendaja karantiini jäämist. Demokraatlik süsteem on diktatuurist kestlikum, kuna perioodiliselt valitakse uued valitsejad, kes suunavad arengud taas  õigemasse suunda. Inimkonnale teise eluks sobiva planeedi leidmine suurendaks elu kestlikkust, kui Maa peaks mingil põhjusel elamiskõlbmatuks muutuma. Kuna aga potentsiaalselt eluks sobivad planeedid asuvad kosmilises kauguses, siis pole sellest inimkonnale veel kasu. Ja kui olekski, ei annaks see meile mingit õigust oma koduplaneeti lugupidamatult suhtuda.

4. Olemasolevate jõudude kasutamine Jiu-Jitsu-põhimõttel, mitte poksijameetodil võideldes

Kasutatakse võõrast energiat (energiakaskaade ja -kette), kusjuures enda energia toimib juhtimisenergiana. Tuleks lõigata kasu olemasolevatest vastasseisudest, mis nõuab eneseregulatsiooni. Kuna Aasia võitluskunstid, nagu judo või aikido kasutavad kangiefekti, siis nad vajavad ainult väga väikest juhtimisenergiat, võrreldes teiste spordialade jaoks vajaliku energiaga. Looduslikud süsteemid töötavad sarnaselt. Näideteks võiks olla vastutuules looviv lind või purjekas. Samamoodi, nagu kasutame päikese-, vee- või tuuleenergiat, võiksime kasutada ka  kehade temperatuuri- või heitsoojuse erinevusi, selle asemel, et võidelda nende vastu kliimaseadmetega, millel on täiendav energiatarve. Näiteks Stirlingi mootor või soojuspump, mis võimaldavad kasutada temperatuuride vahesid sisepõlemismootorist tõhusamalt ja ei vaja tingimata fossiilkütuseid. Elektrisõiduk saab pidurdusel või mäest alla sõites akusid laadida.

5. Toodete, funktsioonide ja organisatsioonistruktuuride korduvkasutus

Suurendab võrgustumisastet, vähendab energia-, materjali- ja infomahukust. (Kaks kärbest ühe hoobiga.) Ellujäämiseks sobivad süsteemid eelistavad tooteid ja protsesse, mis võivad ühe löögiga tappa kaks või enam kärbest. Sellised oleks liittehnoloogiad, nt. elektri- ja soojusenergia koostootmine, energiaplokid, biogaasi, looduslikest kiududest valmistatud isoleermaterjali ja kütuse kasutamine jne. Energeetikas oleks tulevikku soojuse ja elektri koostootmisplokidel, mis kasutavad kütuseks nt puidujääke ja prügila-biogaasi. Toodete remonditavus tagab pikema kasutusea. Ühekordsete plastnõude kasutamine on Euroopa Liidus käesolevast aastast keelatud.

6. Taaskasutus. Ringprotsesside kasutamine materjalide ja ressursside taaskasutuseks.

Väljund- ja lõpptooted sulanduvad ühte. Materjalivood liiguvad ühtlaselt. Pöördumatusi ja sõltuvusi leevendatakse. Ringluse põhimõte pole sugugi vanamoodne. Eriti keskklassi ettevõtete ja kaubandussektori jaoks pakub see vägagi ahvatlevaid võimalusi. Loodus ei tunne mingeid jäätmeid, igale materjalile on oma ensüüm. Meie seevastu oleme erinevad, kuna kipume tootmist jäätmete taaskasutusse võtust olulisemaks pidama. Varem, kui inimene kasutas looduslikest materjalidest tooteid, siis nende lagundamisega sai loodus kenasti hakkama. Üha enam on siiski kuulda ringmajandusest, mis vastab sellele loodusseadusele ja võiks olla kestlik. Näiteks jaapanlased püüavad ookeanis ujuvat plastprügi ja töötlevad seda ümber kütusteks jm.

7. Sümbioos. Erinevuste vastastikune kasutamine läbi sidestuste ja vahetuste

Elusloodus eelistab väikesi protseduure ja lühikesi transporditeid. See vähendab läbilaset ja sõltuvust välisest ning suurendab sisemist koostööd. Energiakulu väheneb. Parim näide vastastikku kasulikust sümbioosist on eelajaloolise bakteri relikt mitokonder. Rakkude poolt toitainetega varustatult juhivad nad raku energiavarustust. Puujuured teevad koostööd seentega, samblikes on koostöös seened ja vetikad. Vastastikku kasuliku sümbioosi ehk mutualismi eeliseks on kõigi osalejate märkimisväärne energia, transpordi ja tooraine kokkuhoid. Looduses esineb ka vaid ühele osapoolele kasulikku sümbioosi e parasitismi jm sümbioosi vorme. Majanduses on kestlikumad need ettevõtted, kes on tihedas ja mitmekülgses koostöös oma klientidega, teiste ettevõtetega, nt allhankijatega, tarnijatega, teenusepakkujatega; ülikoolidega, ühiskonnaga jne.

8. Toodete, meetodite ja organisatsioonivormide biloogiline kujundamine tagasisidestatud kavandamisega

Arvestatakse seest ja väljast lähtuvaid rütme. Näide: puuleht – alles jääb see, mis töötab ja kuni seda on võimalik kasutada. Kevadel kasvavad uued lehed. Kasutatakse resonantsi ja harmoniseeritakse süsteemi dünaamikat. Võimaldatakse uute osade orgaanilist lõimimist vastavalt neile 8 reeglile.

Bioküberneetika reegleid võib olla rohkemgi, kuna teemade ring on ääretult lai. Keda see lähemalt huvitab, võiks lugeda nt Kalevi Kulli raamatut „Teoreetilisest bioloogiast: Eluteadus matemaatika ja semiootika vahel“ [7]. Keerukate süsteemide ülesehitamise kohta leidub netis palju infot ja teadusartikelid. Kuigi Prof. Vesteri sõnastatud põhimõtteid on teiste teadlaste poolt kritiseeritud, siis nende põhimõtete kasvav populaarsus näitab nende elujõudu. Näiteks on nende rakendamise õppimiseks loodud mäng Ecopolicy ja toimub rahvusvaheline võistlus Ecopoliciade, milles osaleb sadu tuhandeid üliõpilasi. Samuti on loodud arvutiprogramme keerukate süsteemide modelleerimiseks nende reeglite põhjal.

Kokkuvõte

Toodud bioküberneetika põhimõtetele tuginedes võib luua tõeliselt vastupidava süsteemi mistahes elualal. Ehk siis tuleb antud süsteemis tagada õigesti tagasisidestatud protsessid, kvantitatiivse kasvu sõltumatus, funktsioonile orienteeritus, enesekorraldus, eneseregulatsioon, kohanemine, homöostaas, sümbioos, ringlussevõtt ning bioloogiline disain. Kui teie firma, toode või süsteem veel ei vasta kõigile neile reeglitele, siis tuleks puudujääk kõrvaldada, kui soovite kauaks püsima jääda. Oma kompetentsuse piires saame teid ka selles aidata. Ühendatud süsteemne mõtlemine, arvestades elu metareegleid, aitab teil toime tulla meeletu infotulva ja veel suurema hulga puuduva infoga ning leida kestlikud lahendused.

 

Jüri Joller

Volitatud elektriinsener, D.Sc.

Energiatehnika OÜ

 

Allikad:

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Life#Biophysics
2. https://et.wikipedia.org/wiki/Maa#Elu
3. Frederik Vester: Crashtest Mobilität. Die Zukunft des Verkehrs. Wilhelm Heyne Verlag, München 1995.
4. Kalevi Kull: Teoreetilisest bioloogiast: Eluteadus matemaatika ja semiootika vahel – 2019 https://www.academia.edu/38973209/On_Theoretical_Biology_Life_Science_between_Mathematics_and_Semiotics_Teoreetilisest_bioloogiast_Eluteadus_matemaatika_ja_semiootika_vahel_2019