Complexity and Evolving Synthetic Soil

De eenentwintigste-eeuwse samenleving put uit een wereld die minder wordt bepaald door objecten en steeds meer wordt gevormd door connectiviteit. De duidelijke of/of onderscheidingen die vroeger de ervaring informeerden, worden vervangen door een veel vloeiender begrip van de wereld. Identiteit is niet vaststaand, maar wordt gevormd door netwerken waarin mensen en 'dingen' coherent in vele toestanden kunnen bestaan. Deze 'complexe systemen'* visie strekt zich uit tot de karakterisering van de natuur, die bestaat uit vele op elkaar inwerkende lichamen. Sommige hiervan zijn menselijk, andere levend en vele andere deelnemende entiteiten die dynamisch zijn, maar niet als levend worden beschouwd. Toch vertegenwoordigen het dieren-, planten- en mineralenrijk verschillende soorten organiserende netwerken die met elkaar verweven zijn en onze levende wereld vormen.

De studie van complexe systemen is een belangrijke wetenschappelijke studie geworden die interdisciplinaire samenwerking vereist om hun eigenschappen te karakteriseren. Netwerken, die patronen van organisatie delen, staan centraal in complexe systemen. Dit helpt ons slecht begrepen complexe systemen, zoals metabole netwerken, te begrijpen door analogieën te maken met goed bekende systemen, zoals het internet. Complexe systemen worden meestal weergegeven als diagrammen waarvan de convergentiepunten, of 'knopen', de verschillende deelnemende lichamen vertegenwoordigen. De verbindingen tussen deze actieve punten worden topologisch weergegeven om de interacties tussen hen aan te geven. Structurele kenmerken van complexe systemen komen naar voren als secundaire fenomenen die verschijnen als gevolg van de netwerkinteracties die hen voortbrengen. Momenteel is het in kaart brengen van complexe systemen niet deductief en kan het een onderzoeker niet vertellen hoe een netwerk is ontstaan, of hoe het zich in de toekomst zal gedragen.

De temporele eigenschappen van complexe systemen worden gecompliceerd door het fenomeen emergentie**, maar het soort dynamische temporele veranderingen dat kan optreden, kan worden begrepen door een reeks processen te bestuderen die in brede zin als 'evolutie' kunnen worden beschouwd. De specifieke structuur die het beste de overgang van inert naar levend materiaal belichaamt, is het verhaal van de bodem. William Bryant Logan merkt op dat de aarde niet geboren is met bodem, maar deze over millennia heeft verkregen. Bodems zijn een levend web van relaties binnen complexe lichamen die uiteindelijk oud worden en sterven. Planten wortelen in het rijke chemische medium en binden de deeltjes samen om dierenleven aan te trekken. Omgekeerd herbergt bodem schimmels en bacteriën die de lichamen van dode wezens afbreken en omzetten in meer bodem. De snelheid van dit dynamische omzettingsproces varieert. In vruchtbare gebieden kan het vijftig jaar duren om enkele centimeters bodem te produceren, maar in barre woestijnen kan dit duizenden jaren duren. Zodra bodem is geërodeerd, is deze volledig vernietigd en effectief voor altijd verloren.

De mogelijkheid om bodems kunstmatig te construeren schept de kans om kunstmatige landschappen om te vormen tot plaatsen die de natuur aantrekken. Tuiniers selecteren al rijke combinaties van teelaarde, compost en meststoffen om bloeiende planten te produceren, maar deze technieken ontwikkelen hun infrastructuren niet in situ. In plaats daarvan transporteren ze deze vanuit andere gebieden van bodemproductie. Dus, is het mogelijk om een matrix te creëren met behulp van een bottom-up, complexe systemen benadering, waarbij op elkaar inwerkende netwerken aanleiding geven tot een superstructuur die het werk van bodem verricht?

Een experiment dat de mogelijke evolutie van een bodemmatrix onderzocht, werd uitgevoerd tijdens de Hylozoic Ground installatie, een architectonische installatie van Philip Beesley, op de Architectuur Biënnale van Venetië, 2010. IJzer, het favoriete mineraal van Ruskin, werd door reactieve gels geleid in een chemisch proces genaamd de Liesegang Ring reactie, die van nature onder bepaalde geologische omstandigheden voorkomt. Dit dynamische proces, aangedreven door zwaartekracht en diffusie, produceerde gedurende de drie maanden durende installatie lagen van complexe materialen. Het proces van het scheiden van de homogene gel in lagen van verschillende kleuren en diktes was de eerste stap in het creëren van een kunstmatige bodem.

Natuurlijk moet er nog veel werk worden verricht voordat de gel functioneel kan worden vergeleken met een bodem. Deze zou bijvoorbeeld met lucht gevulde holtes moeten bevatten, organismen en in staat moeten zijn tot compostproductie. Deze eerste experimenten suggereren echter dat steriele oppervlakken kunnen worden omgevormd tot levende, complexe lichamen door de interacties van meerdere, op elkaar inwerkende biologische en chemische agentia. Deze synthetische matrix zou potentieel een ondersteunende, evoluerende infrastructuur kunnen bieden voor een web van ontworpen levensvormen en synthetische ecologieën, waar cultuur en technologie verbonden zijn door processen die typerend zijn voor de volgende natuur.

*Complexiteitswetenschap beschouwt de fysieke wereld als bestaande uit een onderling verbonden geheel van netwerken, van complexe en eenvoudige systemen, in plaats van als een reeks objecten die hiërarchisch verbonden zijn. Netwerkverbindingen worden gedeeld door verschillende organiserende systemen door informatiestromen waarbij verbindingen worden gemaakt en verbroken rond plaatsen van lokaliserende activiteit. Complexe systemen verwerven geen complexiteit, maar bezitten deze fundamenteel, en vertonen een geoptimaliseerd, elegant ontwerp, zelfs wanneer ze uit slechts enkele ingrediënten bestaan. Dergelijke systemen kunnen niet worden opgesplitst in componenten.

** Emergentie is een term die een alternatieve routekaart van organisatie voorstelt tussen een mechanistisch wereldbeeld en een vitalistisch wereldbeeld. Aan het einde van de 18e eeuw probeerden emergentisten de aard te beschrijven van vitale stoffen die waren samengesteld uit 'niet-levende materialen', maar op de een of andere manier onherleidbare vitale kwaliteiten of processen behielden. “Alle georganiseerde lichamen zijn samengesteld uit delen, vergelijkbaar met die waaruit de anorganische natuur bestaat, en die zelf zelfs in een anorganische toestand hebben bestaan; maar de verschijnselen van het leven, die voortkomen uit de juxtapositie van die delen op een bepaalde manier, vertonen geen analogie met een van de effecten die zouden worden geproduceerd door de werking van de samenstellende stoffen beschouwd als louter fysieke agentia. Hoezeer we ons ook kunnen voorstellen dat onze kennis van de eigenschappen van de verschillende ingrediënten van een levend lichaam wordt uitgebreid en vervolmaakt, het is zeker dat geen enkel louter optellen van de afzonderlijke acties van die elementen ooit gelijk zal zijn aan de actie van het levende lichaam zelf. (Mill, J.S. (1882) A System of Logic, Bk.III, Ch.6, p.1) Zie ook: O'Connor, Timothy en Wong, Hong Yu, "Emergent Properties", The Stanford Encyclopedia of Philosophy (Spring 2012 Edition), Edward N. Zalta (ed.), forthcoming URL: http://plato.stanford.edu/archives/spr2012/entries/properties-emergent/