Ecosystems Have Connectivity

Nielsen, Søren Nors; Fath, Brian D.; Bastianoni, Simone; Marques, João Carlos Souza; Müller, Felix; Patten, Bernard C.; Ulanowicz, Robert E.; Jørgensen, S.E.; Tiezzi, Enzo

doi:10.1016/b978-0-444-63757-4.00004-8

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“…This new epoch characterizes for threatening the natural system's conditions in which our species has thrived, and with this, our own sustainability [9][10][11][12]. Understanding the relationships that human activities and demands have within the natural system has then become key for determining the sustainability of the coupled system, and required for properly assessing human limits and/or opportunities for growth [4,13].…”

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“…How are system's dynamics affected by the evolution of those biased configurations? Here, based on systemic approaches of natural systems [13,24], we developed a network toy model for studying such claims. Through simulations (open code at github: https://github.com/vanewi/flownet_evolution) and theory (see the electronic supplementary material, SI), we developed different in silico experiments for comparing the evolution of systemic versus biased evolutionary strategies.…”

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How greedy is too greedy? A network toy model for evaluating the sustainability of biased evolutionary dynamics

Weinberger,

Zalaquett,

Abades

2023

Phil. Trans. R. Soc. B

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Modern humanity has changed the biosphere at a global scale, threatening its own sustainability. It is claimed that through technology humans maximize the extraction of energy from the natural system towards their own benefit, with rates of appropriation that surpass the time-scales for systemic adaptation. This time-decoupled coevolutionary dynamic is at the core of human societal unsustainability. Here, we developed in silico experiments of an open energy-based flowing network toy model of natural systems and study the effects that greedy evolutionary strategies, resembling human societal demands, have upon the performance and scarcity tolerance of the system. We aim to determine the flexibility that those biased evolutionary dynamics have for matching or surpassing natural evolution outcomes. We studied four different indexes of system’s growth and development (total system throughflow (TST), average mutual information, ascendency and entropy difference) and compare their scarcity tolerance and performance outcomes with respect to four different greedy scenarios. The results showed that greedy strategies rarely surpassed the tolerance and performance achieved by natural systemic evolution. The nature of the greedy scenarios developed were closely related to increases in TST and therefore, we emphasized this comparison. Here, the maximum percentage of greedy networks capable of surpassing natural dynamics was around one-third (approx. 35 % ). However, results suggest the existence of a space parameter where local increases of energy flow can outperform the outcomes of natural systemic evolution, but no evident network property seems to characterize those greedy networks. A mild inverse relationship was found between the number of links that greedy nodes have towards the output and their capacity to outpass the control evolution. As many of the human societal effect upon biospheric processes have dissipative byproducts, knowing that such dynamics might diminish the systems tolerance and performance suggest care in their (ab)use. This article is part of the theme issue ‘Evolution and sustainability: gathering the strands for an Anthropocene synthesis’.

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How greedy is too greedy? A network toy model for evaluating the sustainability of biased evolutionary dynamics

Weinberger,

Zalaquett,

Abades

2023

Phil. Trans. R. Soc. B

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“…Dieses richtet die Systeme aber erfahrungsgemäß unter ungestörten Bedingungen immerzu in eine Richtung aus: in die spontane Zunahme der Komplexität und in die Zunahme des Ordnungsgrades. Die Ökosysteme richten sich selbstorganisiert in bestimmten Zustandsfolgen aus und erreichen ohne Anleitung oder Steuerung eine Optimierung sogenannter Orientoren-Funktionen: Die Ergebnisse ähneln einander und weisen eine Orientierung zu einer Optimierung des Gehalts an gespeicherter nutzbarer Energie (Exergie), der Vielfalt, des Informationsgehalts und der Ausbildung wechselwirkender Gradienten(Müller und Leupelt 1998, Joergensen und Müller 2000, Nielsen et al 2019. Weitere Orientoren als Entwicklungsfaktoren sind beispielsweise die Speicherung und Durchfluss nutzbarer Energie, die Vielfalt von ökologischen Nischen, Ausbildung symbiontischer Beziehungen, Kreislauf führung von Stoffen Eine solche Strategie muss sich der realen Komplexität der Natur stellen, Nicht-Linearitäten in die entworfenen Konzepte einbringen, ein Bewusstsein für die Irreversibilität der Prozesse im Ökosystem und für die Bedeutung von Gradienten und Ungleichgewichten entwickeln und bei der Entscheidungsfindung demokratische Prinzipien partizipativ realisieren.…”

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Atlas der Ökosystemleistungen Schleswig-Holstein

Müller,

Lange

2022

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Die Natur braucht uns nicht – aber wir brauchen die Natur. Frische Luft, sauberes Wasser, fruchtbarer Boden sowie ein Klima, in dem Menschen gut leben können. All das betrachten wir viel zu häufig als selbstverständlich. Die Natur stellt uns diese „Ökosystemleistungen“ gratis zur Verfügung – doch wir verändern die (natürliche) Umwelt seit geraumer Zeit auf eine Weise, dass wir unsere eigene Lebensgrundlage zerstören. Dieser ganz neuartige, große „Ökosystematlas Schleswig-Holstein“ zeigt, wie vielfältig die Beiträge der Natur für die Menschen sind. Ausgerichtet auf Schleswig-Holstein, werden die Potenziale und die Beiträge der Ökosystemleistungen für die menschliche Gesellschaft beschrieben – detailliert, auf interdisziplinärer Basis, mit zahlreichen Karten, Graphiken, Abbildungen und Fotografien. Dabei entwickeln die Autoren eine nachhaltige Strategie, mit der die Wechselwirkungen zwischen Mensch und Umwelt langfristig erhalten und weiterentwickelt werden können.

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