Panarchie

JAN VAN ARKEL – NAAR THOMAS HOMER-DIXON EN CRAWFORD HOLLING (MET EEN BIJDRAGE VAN DONELLA MEADOWS)*

Crawford S. Holling (1930) – voor vrienden ‘Buzz’ – is een beminnelijke man met een dikke bos grijs haar en een warme lach, zo schrijft Thomas Homer-Dixon. Geboren in Toronto en opgeleid aan de University of Toronto en de University of British Columbia heeft hij vele jaren als wetenschappelijk onderzoeker voor de Canadese overheid gewerkt. In die functie onderzocht Holling de zogenaamde ‘budworm-plaag’ in de grote sparrenbossen van New Brunswick, waarover we in aflevering 2 en 3 vertellen.

Later trad hij als wetenschappelijk onderzoeker en vervolgens als directeur in dienst bij het in Oostenrijk gevestigde International Institute for Applied Systems Analysis. Daar ontwikkelde hij rekenmodellen om de ecologische fenomenen te beschrijven die hij bij zijn veldwerk was tegengekomen. Met gebruik van deze modellen bewerkstelligde hij belangrijke doorbraken in ons begrip van wat de meest uiteenlopende complexe systemen – van ecosystemen tot economische markten – veerkrachtig en aanpassingsgericht maakt.

Vanaf de vroege jaren zeventig heeft het denken van Holling de aandacht getrokken vanuit zeer uiteenlopende disciplines, van antropologie tot economie. Zijn artikelen verspreidden zich als lopend vuur door het internet en Holling zelf werd een soort goeroe voor een verbijsterend aantal buitengewoon slimme mensen die zich met complexe adaptieve systemen bezighouden. Een aantal van deze onderzoekers heeft zich verenigd in een internationale wetenschappelijke gemeenschap die zich de Resilience Alliance noemt, aanvankelijk met een tiental deelnemende instituten over de hele wereld, vanaf 2015 als een open netwerk met 45 onderzoekers van over de hele wereld als lid.* Holling nam in 2006 afscheid van zijn laatste academische aanstelling aan de University of Florida.

Onze omgang met de natuurlijke bronnen, met onze bossen en oceanen, onze meren en rivieren, en alle schatten die ze ons te bieden hebben, lijkt vaak op hoe een stierenvechter de arena binnenkomt, klaar om de natuur te beheersen en klein te krijgen. Het kan ook anders. Namelijk als de mens meewerkt met de natuur.

Holling en zijn collega’s noemen hun ideeën de ‘panarchistische theorie’ – vernoemd naar Pan, de Griekse god van de natuur.* Samen met Joe Tainter’s ideeën over complexiteit en sociale ineenstorting helpt deze theorie ons om de tektonische spanningen in de wereld (namelijk in de bevolkingsopbouw, de energievoorziening, het milieu, het klimaat en de economie) als onderdeel te zien van een mondiaal langetermijnproces van verandering en aanpassing. Ook illustreert de theorie de manier waarop de catastrofes, die door deze spanningen veroorzaakt worden, een uitbarsting van creativiteit kunnen genereren die tot een vernieuwing van onze mondiale beschaving kan leiden. Maar nu eerst het rupsenonderzoek dat Holling op het spoor van de panarchietheorie zette.

Met een voortrazende opwarming, waarbij de veranderingen veel te snel gaan, zou die positieve kant wel eens weg kunnen vallen.

In de Verenigde Staten en Canada leeft een rupsensoort die wel iets weg heeft van onze eikenprocessierups. Boomkerngegevens laten zien dat deze ‘spruce budworm’ (Choristoneura fumiferana, hierna ‘rups’ te noemen) in Noord-Amerika al tenminste 400 jaar lang diverse soorten sparrenbomen aantast. De rups laat, als hij met genoeg soortgenoten is, bomen totaal kaal – voor dood – achter.*

Tot de twintigste eeuw kon dat bijna niemand wat schelen. De boom die de houtkappers wilden was niet de spar maar de den (white pine). De verschillende soorten sparren (de spruce- of Picea-soorten en de fir- of Abies-soorten*) werden als onkruid bestempeld. Tenslotte waren echter de maagdelijke dennenbossen omgekapt en richtte de houtsector zich op deze sparrensoorten. En plotseling beschouwde men deze rups als een ernstige plaag.

Daarom ging men vanaf de jaren ’50 van de twintigste eeuw de noordelijke bossen besproeien met DDT om de rupsenpopulatie eronder te houden. Desondanks kwam de rups elke keer opnieuw terug. Men ging ook in de jaren ’60 en ’70 door met jaarlijks sproeien, totdat DDT verboden werd. Men hield toen niet op met sproeien maar schakelde over op andere middelen.* Insecticiden beschouwde men niet langer als het zaligmakende antwoord op de rupsenplaag, maar ze waren wel een onontbeerlijk deel van het strijdplan.

‘Met insecticiden koop je tijd,’ zei één houtvester. ‘Dat is alles wat een houtvester wil; de bomen overeind houden totdat de houtzagerij klaar voor ze is.’

Rond 1980 werd het besproeien echt te duur – de Canadese provincie New Brunswick besteedde dat jaar 12,5 miljoen dollar aan ‘rupsbeheersing’. Bezorgde burgers maakten bezwaar tegen het verzadigen van het land met vergif. En, ondanks het sproeien, doodde de rups toch 20 miljoen hectare bos per jaar.

Buzz Holling kwam samen met collega Gordon Baskerville* met een computermodel om het rupsenprobleem met een holistische blik te benaderen. Zij ontdekten dat de rups, voordat men begon te sproeien, de meeste jaren helemaal niet zo overdadig aanwezig was. Hun aantallen werden in toom gehouden door roofdieren, waaronder vogels, een spinnensoort, een parasitaire wesp, en door diverse ziektes. Elke paar decennia was er de uitbarsting van een rupsenplaag en die hield dan zes tot tien jaar aan. Dan zakte de populatie van de rups weer in, om uiteindelijk weer uit te barsten.

De rups heeft een voorkeur voor de Balsem spar (Abies balsamea) boven andere sparrensoorten (de Picea’s). Aan hun lot overgelaten – dus zonder het bestaan van de rupsen – zouden sparren de dennen en de berken verdringen, en zou het bos uit louter sparren komen te bestaan. Maar elke uitbarsting van de rups roeit een deel van de sparren uit. Dat biedt de dennen en berken open plekken in het bos aan die ze gretig vullen. Waarna de spar hen weer begint te verdringen.

Bij Meadows gaat het erom dat dit een voorbeeld is van een niet-lineaire verhouding.

Als de sparrenpopulatie zich opbouwt, groeit de waarschijnlijkheid op een uitbraak – niet-lineair, dus niet gelijk op, maar met sprongen. Het voorplantingsvermogen van de rups neemt namelijk met sprongen toe vergeleken met de beschikbaarheid van zijn favoriete voedselaanbod. Twee, of drie warme, droge voorjaren geven tenslotte de doorslag, omdat dat de perfecte omstandigheden zijn voor het overleven van de larven. (Als je een analyse zou doen op het niveau van gebeurtenissen, zou je die uitbraak wijten aan de warme, droge voorjaren.)

In uiteenlopende maar nog min of meer normale omstandigheden gaan grotere rupsenpopulaties gepaard met een even grote toename van de rupsenjagers. Maar op een gegeven punt kan de voortplanting van de rupsenjagers die van de rupsen niet meer bijhouden. De populatie van de rupsen wordt voor zijn natuurlijke vijanden nu te groot om in de hand te houden – niet-lineair, oftewel de rupsenpopulatie maakt een grote sprong voorwaarts.

Wat een positieve terugkoppeling was – meer rupsen, snellere voortplanting van hun vijanden – wordt doorbroken. Het wordt nu: meer rupsen, geen snellere voortplanting van vijanden – en de rupsen gaan helemaal los, ongehinderd.

Nu kan de uitbarsting nog slechts om één reden eindigen: de rupsen vernietigen hun eigen voedselaanbod door alle sparrenbomen te doden. Tenslotte zal de rupsenpopulatie dan instorten – niet-lineair, dat wil zeggen in één klap.

De positieve terugkoppeling van de rupsenvoortplanting geeft zich gewonnen aan de negatieve terugkoppeling van de rupsenhongerdood. De dennen en berken nemen de plaatsen in waar eerst sparren stonden, en de cyclus begint opnieuw.

Het rupsen-sparren-dennen-systeem gaat gedurende de decennia op en neer, maar het heeft ecologisch gezien een zekere stabiliteit. Ook al werden alleen al in de provincie Quebec in 1909 30 miljoen hectare bos vernietigd, in 1938 26 miljoen hectare en 1967 maar liefst 35 miljoen hectare, toch kan dit zo eindeloos doorgaan.

Maar wat hier ecologisch stabiel genoemd kan worden, is economisch instabiel. In Oost-Canada steunt de economie bijna helemaal op de papierproductie en de verwerking van het daarvoor benodigde hout moet kunnen rekenen op een gestage aanvoer van de diverse sparrensoorten.

Wanneer de bedrijfstak insecticiden gaat spuiten, verschuift het hele systeem en komt ongemakkelijk op verschillende punten van zijn niet-lineaire verhoudingen te balanceren. De bestrijding doodt niet alleen de plaagdieren, maar ook de natuurlijke vijanden ervan. Daarmee verzwakt het de negatieve terugkoppelingslus die normaal gesproken de rupsen in toom houdt. Het spuiten bevordert dat er alleen nog maar sparren groeien, waardoor de rupsen steeds een stapje naar boven doen op de ladder van de niet-lineaire voortplanting, totdat ze een fase bereiken waarop hun populatie voortdúrend – in plaats van eens in de zoveel decennia – op het punt van uitbarsten staat.

De houtvesters hebben volgens Holling met hun aanpak ‘voortdurende bijna-uitbraak-omstandigheden’ over steeds grotere gebieden gecreëerd. De managers zijn opgesloten geraakt in een bestrijdingsfilosofie waar een dreigende vulkaan staat te borrelen, die, als die keuze de verkeerde blijkt, een uitbarsting zal laten zien zoals nooit tevoren.

Dit specifieke onderzoek tilde Holling naar een hoger plan door er een algemeen geldige, ecologische theorie van te maken (die ook sociaal-economisch bruikbaar is, e.d.).

De panarchietheorie vindt zijn oorsprong in Hollings minutieuze waarnemingen van de bosecologie. Het viel hem op dat alle gezonde bossen een ‘adaptieve cyclus’ van groei, ineenstorting, regeneratie en hernieuwde groei doormaken. Tijdens het eerste deel van de groeifase in de cyclus nemen de aantallen soorten en afzonderlijke planten en dieren snel toe, terwijl er zich organismen vestigen om van alle mogelijke ecologische niches gebruik te maken. De totale hoeveelheid biomassa van deze planten en dieren groeit, evenals de zich ophopende hoeveelheid rottings- en fermenteringsresten* – want naargelang de bomen in het bos groter worden en planten en dieren sterven, ontbinden hun resten om samen een steeds dikkere laag humus te produceren. Tegelijkertijd worden de stromen van energie, materialen en genetische informatie tussen de organismen in het bos voortdurend talrijker en complexer. Als we het ecosysteem als een netwerk beschouwen, dan nemen zowel de aantallen knooppunten in het netwerk als de dichtheid van de verbindingen tussen deze knooppunten toe. Het systeem is nog veerkrachtig.

Tijdens deze vroege groeifase vergaart het bosecosysteem almaar meer kapitaal. Naarmate zijn totale massa toeneemt, breiden ook de hoeveelheden voedingsstoffen tezamen met de hoeveelheid informatie in de genen van zijn steeds gevarieerder wordende flora en fauna zich almaar verder uit. Mutaties hopen zich op in de genen van zijn organismes die in een later stadium van pas kunnen komen. En al deze veranderingen vertegenwoordigen wat Holling een groter ‘potentiaal’ noemt voor nieuwe en onverwachte ontwikkelingen in de toekomst van het bos.*

Naarmate de groeifase van het bos zich voortzet, raken de componenten nauwer met elkaar verbonden – stijgt de ‘verbondenheid’ van het ecosysteem – en ontwikkelt het ondertussen meer manieren om zichzelf te ordenen en zijn stabiliteit in stand te houden. Het bos brengt een groter aantal organismen voort die bijvoorbeeld in precies de juiste hoeveelheid en op precies de juiste plekken stikstof ‘fixeren’ – die dus de gasvormige stikstof uit de lucht in verbindingen omzetten die planten en dieren kunnen gebruiken. Het bos biedt onderdak aan steeds meer wormen, kevers en bacteriën die de complexe organische moleculen van rottende planten tot nuttige voedingsstoffen afbreken.* En het bos genereert meer negatieve terugkoppelingslussen tussen de uiteenlopende componenten, die ervoor zorgen dat de temperatuur, de regenval en de chemische concentraties binnen een bandbreedte vallen die het leven in het bos het meest ten goede komt.

Vergelijk deze drie (potentiaal, verbondenheid en veerkracht) eens met het schema van aflevering 86 van het artikel ‘Wat is ecologie?’ serie 3.

Terwijl het bos volgroeider raakt en het het laatste deel van zijn groeifase ingaat, raken de zelfordeningsmechanismen steeds verfijnder, diverser en beter op elkaar afgestemd. Soorten en organismen raken almaar gespecialiseerder en efficiënter in het gebruik van de energie en de voedingsstoffen die ze aantreffen in hun niche. Feitelijk wordt het hele bos extreem efficiënt – en past het zich aan om zijn productie van biomassa uit de stromen van zonlicht, water en de voedingsstoffen die in haar leefmilieu voorhanden zijn, te maximaliseren.* Gaandeweg wordt uit het ecologische netwerk van het bos alle overtolligheid – zoals de meervoudige stikstoffixeerders – weggeschoffeld. Nieuwe planten en dieren vinden minder nieuwe niches om te exploiteren en dit doet de gestage toename van de diversiteit van de soorten en organismen afremmen en misschien zelfs teruglopen.

Deze groeifase kan niet eeuwig voortduren. Evenals in Tainters theorie laat ook Holling doorschemeren dat de almaar toenemende verbondenheid en efficiëntie van het bos uiteindelijk afnemende meeropbrengsten genereert, waardoor het vermogen om op schokken van buitenaf te reageren wordt aangetast.

In essentie komt het erop neer dat het ecosysteem minder veerkrachtig wordt. De onderling afhankelijke bomen, wormen, kevers enzovoort raken zo goed aan een specifieke bandbreedte van omstandigheden aangepast – en als efficiënt en productief systeem zo goed georganiseerd – dat zodra een schok het bos tot ver buiten zijn bewuste bandbreedte dwingt, het daar niet tegen bestand is.

Ook draagt de grote verbondenheid van het complete bos ertoe bij dat elke schok sneller door het hele ecosysteem uitwaaiert.

En tot slot maakt de grote mate van efficiëntie van het bos het moeilijker om zijn toenemende innovatiepotentiaal te realiseren. Nieuwe soorten en ecosysteemprocessen krijgen bijvoorbeeld steeds minder makkelijk toegang tot de extra voedingsstoffen die het bos produceert, omdat de reeds aanwezige planten en dieren al volledig beslag op dit surplus leggen.

In algemene termen wordt het ecosysteem van het bos star en broos. In de woorden van Holling wordt het een ‘ongeluk dat staat te gebeuren’.

Vergelijk dit eens met tabel 7 uit Wat is ecologie? – serie 3 uit aflevering 85 en met aflevering 87.

Dus vinden er in het laatste deel van de groeifase van elk levend systeem drie dingen tegelijkertijd plaats: het potentiaal van het systeem voor nieuwe, onverwachte ontwikkelingen neemt toe, evenals zijn verbondenheid en mate van zelfregulering, maar zijn algehele veerkracht slinkt.

In de levenscyclus van een bos is dit het punt waarop een onverwachte gebeurtenis als een hevige storm, bosbrand, insectenplaag of droogte de aanzet tot de ineenstorting van het hele ecosysteem kan geven. De gevolgen zullen uiteraard ingrijpend zijn – grote lappen prachtig bos kunnen weggevaagd worden. Het ecosysteem raakt soorten en biomassa kwijt en verliest daarbij veel van zijn verbondenheid en zelfregulering.

Maar de gevolgen voor de algehele gezondheid van het ecosysteem kunnen zeer gunstig uitvallen; bosbranden in een volgroeid bos creëren open plekken waar zich nieuwe soorten kunnen vestigen en voortplanten; ze vernietigen insectenplagen en ziektes; en ze zetten vegetatie en opgehoopte resten in voedingsstoffen om, die door planten en dieren gebruikt kunnen worden om zich na de brand te herstellen. De organismen die het overleven, worden veel minder afhankelijk van specifieke, diepgewortelde onderlinge relaties.

Maar het belangrijkst van al is dat een ineenstorting ook het enorme creativiteitspotentiaal van een ecosysteem de vrije loop kan laten en ruimte kan geven aan nieuwe en onverwachte herschikkingen van de genetische eigenschappen van zijn elementen. Het is alsof iemand de overgebleven planten, dieren, voedingsstoffen, energiestromen en genetische informatie in een gigantische blender gooit en hem op mixen zet. Soorten die ooit een marginaal bestaan leidden, kunnen nu nieuw vrijgekomen voedingsstoffen bemachtigen en benutten, en genetische mutaties die ooit een vloek voor het eigen voortbestaan waren, kunnen nu een zegen zijn.

En omdat het systeem opeens veel minder onderling verbonden en rigide is, is het veel beter tegen plotselinge schokken bestand. Voor de planten en dieren in het bos zijn dit de perfecte voorwaarden om met nieuwe gedragsvormen en onderlinge relaties te experimenteren – een bestuiver als een bij of wesp zal proberen de nectar uit een type bloem te bemachtigen die hij daarvoor nooit bezocht had, een roofdier zal zich aan een nieuwe prooi wagen. Als deze experimenten mislukken, is het minder waarschijnlijk dat in deze nieuwe omstandigheden de schade daarvan door het hele systeem uitwaaiert.

Bernard Lietaer vertelt dit verhaal voor het geldsysteem dat nu een monocultuur is.