Fail #3: Komplexe Systeme verstehen

Wie ausgewiesene Experten kostspielige Fehler machen

blue_mountainsAls im Jahr 1905 eine Anzahl ausgewiesener Fachleute beschloss, die Blue-Mountains Wälder im Nordosten der USA mit wissenschaftlichen Methoden nachhaltig zu bewirtschaften, geschah das unter den besten Voraussetzungen, die man sich vorstellen konnte. Die Experten hätten sich allerdings niemals träumen lassen, dass man nach hundert Jahren bestwilliger Eingriffe in dieses Ökosystem beinahe immer das Gegenteil von dem erreichen würde, was man beabsichtigt hatte: Die erwünschten Kiefern wurden nahezu überall von den nicht gewollten Tannen verdrängt; statt der im Naturkreislauf sinnvollen Kleinbrände gab es aufgrund der menschlichen Eingriffe unbeherrschbare Großfeuer; der Schädlingsbefall potenzierte sich, und das alles bei einem stattlichen Budget von zwei Milliarden Dollar allein im Jahr 2000!

„Jeder, der versucht hat, die Wälder zu reparieren, hat alles nur schlimmer gemacht“, lautete das Resümee einer Untersuchung, nachzulesen in dem Buch von Ulrich und Johannes Frey, „Fallstricke“, aus welchem dieses Beispiel entnommen ist. Wohlgemerkt, hier waren nicht zufällige Helfer oder einfach gestrickte Menschen am Werk, sondern zum Teil Ökosystemtheoretiker!

Wie kann das sein, wenn doch die besten Fachleute mit ausreichenden Mitteln  sorgfältig überlegte Entscheidungen getroffen haben? Die Gebrüder Frey sehen da eine Summe von Fehlern, die alle auf einen Grund zurückzuführen sind, nämlich auf die Komplexität des Ökosystems Wald. Es war den Experten nicht gelungen, so in das lebendige und hochgradig vernetzte System einzugreifen, dass es sich verbesserte. Sie haben in der Tat alles schlimmer gemacht und hätten besser die Finger davon gelassen!

Es gibt bestimmte Fehler, die uns Menschen im Umgang mit komplexen Systemen immer wieder fast zwangsläufig unterlaufen. Im Folgenden wird versucht, einige dieser Fehler in ihrem Zusammenhang darzustellen; den Ausführungen liegen das bereits erwähnte Werk von Frey und Frey zugrunde; daneben auch das sehr lesenswerte Buch: „Die Logik des Misslingens“ von Dietrich Dörner, einem deutschen Professor Emeritus für theoretische Psychologie.

1         Eigenschaften eines komplexen Systems

Damit wir nicht aneinander vorbeireden, ist es wichtig zu klären, was unter einem „komplexen System“ verstanden werden soll. Die folgenden Aspekte tauchen in der Literatur immer wieder auf und sind für die Beschreibung wichtig.

1.1       Elemente

Im Ökosystem Wald sind das also die einzelnen Baumarten, Sträucher, Untergehölze, Pilze, Farne, Moose, Insekten, Kleintiere, Großtiere, Wettererscheinungen und noch einiges mehr. Man erkennt bereits an dieser Aufzählung, dass schon allein die Vielzahl und die Verschiedenheit der Elemente dafür sorgt, dass man als eingreifender Mensch etwas aus dem Blick verlieren kann. Nun ist das lebendige Ökosystem Wald ein sehr komplexes Miteinander. Es gibt daneben auch einfachere Systeme, zum Beispiel in der Technik: Eine Radarfalle besteht aus einem bewegten Fahrzeug, einem Radarmessapparat und einer Kamera.

1.2       Vernetzungsgrad

Die Elemente können eher linear vernetzt sein, so wie die Waggons an einem Zug oder auch quer vernetzt wie die Spieler in einem Fußballmatch. Der Vernetzungsgrad bestimmt über die Anzahl und Richtung der Wirkungen, welche ein Ereignis in diesem Netzwerk haben kann. Wenn die Spieler immer nur einen Anspielpartner bevorzugen und sich wenig bewegen, ist die Mannschaft geringer vernetzt, als wenn sie ständig mehrere Optionen nutzen können.

1.3       Verbindungsqualität

Verbindungen zwischen Elementen können fest und locker sein, also haltbar oder weniger haltbar. So sind die Verbindungen zwischen einem Schwamm und einem Baum manchmal symbiotisch und damit sehr haltbar, die zwischen einem Specht und einem Baum oft nur temporär, nämlich zur kurzfristigen Suche nach Insekten, oder auch dauerhafter beim Bau einer Nisthöhle.

spinnennetzMit Qualität ist aber auch die Weitergabe von Signalen gemeint. Diese Weiterleitung kann logisch starr erfolgen, nach dem Wenn-Dann-Prinzip: Wenn irgendwo im Spinnennetz eine Fliege zappelt, dann wird das Signal in analoger Stärke weiter geleitet. Die Übermittlung kann aber auch dämpfend geschehen, wie im menschlichen Gehirn: Wenn ein Signal am synaptischen Spalt ankommt, muss es einen gewissen Schwellenwert erreichen um die Nervenzelle zu erregen. Ansonsten findet das Signal hier ein Ende. Das ist sehr sinnvoll, denn wenn das nicht geschähe, wären unsere Neuronen in einem ständigen Zustand der chaotischen Hyper-Erregung, ähnlich wie bei einem epileptischen Anfall.

1.4       Intransparenz

Hochvernetzte Systeme mit zahlreichen Elementen und vielen Querverbindungen sind äußerst undurchschaubar. Wenn die Lokführer streiken, kann das auf ganz entfernte Gebiete Auswirkungen haben, beispielsweise auf den Stundenplan von Schulen mit Kindern, die den öffentlichen Nahverkehr nutzen, oder auf das Klima von Arbeitsplätzen, weil manche KollegInnen lange aufgehalten wurden und sehr gereizt den Arbeitstag beginnen.

Wenn bei lebendigen Ökosystemen wie den Wäldern der Blue Mountains an irgend einer Stelle Eingriffe vorgenommen werden, zum Beispiel bei der Auslichtung des Unterholzes, weil Kiefern mehr Licht brauchen, dann kann das überraschende Folgen haben: Entgegen der Absicht haben sich nämlich in diese Lichtungen hinein die schnellwüchsigen Tannen viel rascher verbreitet als die Kiefern.

1.5       Dynamik

Viele komplexe Systeme sind nicht statisch, sondern haben eine ihnen eigene Dynamik, das heißt eine Geschwindigkeit und Stärke der Weitergabe von Bewegungen oder Informationen. Außerdem kann es nicht nur innerhalb der Struktur eine Dynamik geben, sondern die Struktur an sich kann beweglich sein. Der Ökokomplex Wald ist in einem steten Wandel von Werden und Vergehen, Fressen und Gefressenwerden begriffen. Das komplexe System Autobahnverkehr unterliegt einer Vielzahl von Einflussgrößen, die es andauernd in Bewegung halten: Vorhaben und Launen einzelner Autofahrer, wirtschaftliches Denken von Speditionen, Ferien- und Urlaubszeiten, Wettererscheinungen usw..  Solch eine grundlegende Dynamik bewirkt, dass die an diesen Systemen handelnden Menschen nicht ewig nachdenken können, sondern oft zu schnellen Entscheidungen gezwungen sind. Wir kommen darauf noch zu sprechen (siehe Punkt 2.7).

1.6       Offnungsgrad

Systeme können gegenüber ihrer Umwelt oder ihrem Kontext offen sein oder geschlossen. Geschlossene Systeme sind insgesamt natürlich leichter zu verstehen als offene, welche durch nicht immer vorhersehbare äußere Einflüsse einer zusätzlichen Dynamik unterliegen. So kann unter Umständen ein Sonnen- und Planetensystem durch einen Kometen erheblich aus dem feinjustierten Gleichgewicht gerbacht werden.

1.7       Fern- und Nebenwirkungen

Tau im Netz der Kreuzspinne kann unvorhergesehene Wirkungen haben – zum Beispiel, dass die Fliege es rechtzeitig wahrnimmt und ihm ausweicht. Oder dass ein Waldspaziergänger und Hobbyfotograf es entdeckt und entzückt ein Bild davon schießt. Die Nebenwirkung von landwirtschaftlicher Optimierung durch Düngereintrag kann ein überhöhter Nitratwert in angrenzenden Bächen oder im Grundwasser sein, was wiederum die darin lebenden oder daraus trinkenden Lebewesen gesundheitlich beeinträchtigt, einschließlich der Menschen.

1.8       Rückkoppelung

Elemente können so miteinander vernetzt sein, dass es zu Rückkoppelungen kommt. Dabei werden positive und negative Feedbacks unterschieden. Diese Bezeichnungen sind nicht als Wertung zu verstehen, sondern als Wirkungsrichtung, nämlich gleichgerichtet oder gegengerichtet.


Negative Rückkopplung
bewirkt, dass ein System um einen Gleichgewichtszustand herum pendelt und somit relativ stabil ist. In einem vereinfachten Beispiel kann das so aussehen: Wenn Rotfüchse eine Menge von Feldmäusen vorfinden, dann haben sie reichlich Nahrung und vermehren sich entsprechend. Viele Füchse fressen aber viele Mäuse, so dass das Nahrungsangebot stark sinkt. Die vielen Füchse können aber mit der wenigen Nahrung nicht überleben. Durch die Abnahme des Fressfeindes können sich die Mäuse wieder vermehren, und wenn Rotfüchse eine Menge von Feldmäusen vorfinden, dann beginnt der Kreislauf von vorne (siehe Grafik 1). Es dürfte daneben auch klar sein, dass die Frage nach Ursache und Wirkung für solche Systeme sinnlos ist.

kreislauf_fuchs Grafik 1

Positive Rückkoppelung bewirkt eine Verstärkung oder ein exponentielles Wachstum bis dahin, dass das System zusammenbricht. Die meisten kennen das unangenehme Pfeifen dieses Feedbacks (vgl. dazu Grafik 2): Ein Sprecher steht mit seinem Mikrophon zu nahe an dem Lautsprecher, der sein Signal überträgt. Dann gelangt nicht nur die ursprüngliche Stimme des Sprechers, sondern auch noch die via Lautsprecher verstärkte Stimme in das Mikrophon. Das bewirkt ein viel stärkeres Signal, das vom Mikrophon an die Lautsprecher übertragen wird und so weiter. Das schrille Pfeifen tritt dann ein, wenn das System der geordneten Lautübertragung zusammenbricht.

Feedback Grafik 2

Positive Rückkoppelung gibt es auch in die andere Richtung, also gewissermaßen „nach unten“: Wenn wir uns wenig bewegen, werden unsere Muskeln schwächer. Je schwächer die Muskeln, desto schwerer fällt uns körperliche Leistung. Wir bewegen uns dementsprechend weniger, was zur Folge hat, dass unsere Muskeln noch schwächer werden. Auch diese positive Rückkoppelung führt – wenn sie nicht aufgehalten wird – zum Tod des Systems. Dieses und weitere Beispiele finden sich in dem Klassiker von Frederik Vester: „Unsere Welt – ein vernetztes System“.

1.9       Wachstum

Das Wachstum des menschlichen Gehirns mit seinen 15 Milliarden Zellen und Verbindungsfasern mit einer Gesamtlänge von etwa 500 000 km (!) ist nach der Säuglingszeit praktisch abgeschlossen. Was dann auf der biologischen Ebene noch folgt, ist Organisation und Differenzierung. Diese Art von Wachstum ist offensichtlich gesund.

Was ist dann von der undifferenzierten Erwartung fortwährenden Wirtschaftswachstums zu halten? Doch wohl dies: Dass es gefährlich werden kann. Es gibt allerorten Symptome von positiven Rückkoppelungsschleifen – ungebremster Verbrauch von natürlichen Ressourcen, zunehmende Vermüllung der Natur und die Beeinträchtigung der Lebensgrundlagen Luft und Wasser. Frederik Vester spricht sich für „qualitatives Wachstum“ von Systemen aus: „Kleinräu­mig­keit statt Gigantomanie, eine Vielfalt von Untersystemen statt Monotonie und die Schaffung von Teilsystemen, die ihre Probleme durch Selbststeuerung meistern können“.

Ende Teil 1

Im nächsten Blog: Häufige Fehler im Umgang mit komplexen dynamischen Systemen

 

 

 

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