Fraktal plantemønstre giver optimale høst, uden central kontrol

Balis berømte risterrasser, set ovenfra, ligner farverige mosaikker, fordi nogle landmænd planter synkront, mens andre planter på forskellige tidspunkter. De resulterende fraktalmønstre er sjældne for menneskeskabte systemer og fører til optimale høst uden global planlægning.

For at forstå, hvordan balinesiske risbønder træffer deres beslutninger om plantning, et team af forskere ledet af Stephen Lansing (Nanyang Technological University) og Stefan Thurner (Medical University of Vienna, Complexity Science Hub Wien, IIASA, SFI), begge eksterne fakulteter ved Santa Fe Institute, modelleret to variabler:vandtilgængelighed og skadedyrsskade. Landmænd, der bor opstrøms, har fordelen ved altid at have vand; mens dem nedstrøms er nødt til at tilpasse deres planlægning til de tidlige landmænd.

Her, skadedyr kommer ind på scenen. Når landmændene planter på forskellige tidspunkter, skadedyr kan flytte fra en mark til en anden, men når landmænd planter synkront, skadedyr drukner, og skadedyrsbelastningen reduceres. Så opstrøms landmænd har et incitament til at dele vand, så synkron plantning kan ske. Imidlertid, vandressourcer er begrænsede, og der er ikke nok vand til, at alle kan plante på samme tid. Som følge af denne begrænsning, fraktal plantemønstre dukker op, som giver tæt på maksimal høst.

"Det bemærkelsesværdige fund er, at denne optimale situation opstår uden centrale planlæggere eller koordinering. Landmænd interagerer lokalt og tager lokale individuelle frie beslutninger, som de mener vil optimere deres egen høst. Og alligevel fungerer det globale system optimalt, "siger Lansing." Hvad der er videnskabeligt spændende, er, at dette er i modsætning til den almindelige tragedie, hvor det globale optimale ikke nås, fordi alle maksimerer sit individuelle overskud. Det er det, vi oplever typisk, når egoistiske mennesker bruger en begrænset ressource på planeten, alle optimerer den individuelle udbetaling og når aldrig et optimalt for alle, " han siger.

Forskerne finder, at under disse antagelser, plantemønstrene bliver fraktale, hvilket faktisk er tilfældet, som de bekræfter med satellitbilleder. "Fraktale mønstre er rigelige i naturlige systemer, men er relativt sjældne i menneskeskabte systemer, "forklarer Thurner. Disse fraktalmønstre gør systemet mere modstandsdygtigt, end det ellers ville være." Systemet bliver bemærkelsesværdigt stabilt, igen uden nogen planlægning-stabilitet er resultatet af en bemærkelsesværdig enkel, men effektiv selvorganiseret proces. Og det sker ekstremt hurtigt. I virkeligheden, det tager ikke engang ti år, før systemet når denne tilstand, "Siger Thurner.

Rumlig mønster forekommer ofte i økosystemer som en selvorganiserende proces forårsaget af feedback mellem organismer og det fysiske miljø. "De århundreder gamle balinesiske risterrasser er også skabt af feedback mellem landmandens beslutninger og økologien, som udløser en overgang fra lokal til global kontrol, "forklarer Lansing." Vores model viser for første gang, at tilpasning i et koblet menneske-naturligt system kan udløse selvorganiseret kritik. "

De balinesiske rismarker kunne tjene som et eksempel på, at det under visse betingelser er muligt at nå bæredygtige situationer, der fører til maksimal gevinst for alle parter, hvor hvert individ træffer frie og uafhængige beslutninger.