A legtöbben azonnal, csípőből rávágnák:
természetesen azért, hogy repüljenek. És ha azt mondanám erre, hogy ez óriási tévedés?
A tollak eredetileg hőszigetelésre fejlődtek ki, jóval
azelőtt, hogy az első ős-madár a levegőbe emelkedett volna.
A repülés csupán egy későbbi,
szerencsés „újrahasznosítás” eredménye volt. Ezt a jelenséget a tudomány exaptációnak
nevezi.
De mi köze a dinoszauruszok tollainak
a mikrohullámú sütőhöz, a rákgyógyításhoz, a szoftverfejlesztéshez vagy a
modern városok működéséhez?
Az innováció története nem mindig a tudatos tervezésről
szól, hanem arról a képességről, hogy meglássuk a régi dolgokban rejlő teljesen
új lehetőségeket.
A fogalom születése:
Darwin, Gould és a velencei dóm
A klasszikus darwinizmus központi
eleme az adaptáció: a természetes kiválasztódás során azok az egyedek maradnak
fenn, amelyek legjobban alkalmazkodnak a környezethez. Minden szervnek, sejtnek
megvan a maga funkciója, amiért létrejött, amiért kifejlődött.
Stephen Jay Gould és Elisabeth Vrba
azonban 1982-ben rámutatott egy hiányosságra ebben az elméletben, észrevették,
hogy rengeteg olyan tulajdonság létezik, amely eredetileg más célra (vagy
semmilyen célra) jött létre, és csak később „kooptálódott” a jelenlegi
funkciójára. Ezt nevezték el exaptációnak.
Gould a velencei Szent
Márk-székesegyház építészetét hozta fel példának. A kupolákat tartó boltívek
között szükségszerűen keletkezik egy háromszög alakú tér (angolul spandrel).
Ez a tér nem azért jött létre, mert az építész
oda akart festeni valamit; ez egy építészeti melléktermék volt, a szerkezet
szükségszerű velejárója. Később a művészek rájöttek, hogy ezek a terek kiválóan
alkalmasak festmények elhelyezésére.
Ha valaki csak a végeredményt látná,
azt hihetné, az egész templomot azért tervezték így, hogy legyen hova festeni
az evangélistákat.
A biológiában (és az innovációban) is gyakran ez történik: a
melléktermékekből lesznek a főszereplők.
Amikor a természet a
mérnök: Algoritmusok az állatvilágból
Az exaptáció egyik legizgalmasabb
területe a biomimetika és a számítástechnika találkozása, a matematikusok és
mérnökök rájöttek, hogy az állatok évmilliók alatt kifejlesztett viselkedési
mintázatait „újrahasznosíthatják” bonyolult optimalizációs problémák
megoldására.
Hangyák és a legrövidebb út
Ezt a mechanizmust ma az Ant
Colony Optimization (ACO) algoritmusokban használják például logisztikai
hálózatok tervezésére vagy az internetes adatcsomagok útvonalának
optimalizálására.
A denevérek szonárja
A denevérek echolokációval
tájékozódnak: hangimpulzusokat bocsátanak ki, és a visszaverődő visszhangból
következtetnek a tárgyak távolságára és sebességére.
Yang (2010) ezt a viselkedést ültette
át egy algoritmusba. A „virtuális denevérek” a megoldási térben repkednek, és a
hangimpulzusok frekvenciájának változtatásával „tapogatják le” a legjobb
megoldásokat. Ez az algoritmus ma már mérnöki tervezési feladatokban segít.
A kakukk kegyetlen stratégiája
A kakukk nem épít fészket, hanem más
madarak fészkébe tojja a tojásait. Ha a gazdamadár felismeri az idegen tojást,
kidobja (rossz megoldás elvetése). Ha nem, a kakukkfióka felnő (jó megoldás
megtartása). A Cuckoo Search algoritmus ezt a brutális evolúciós nyomást
használja fel arra, hogy a lehető legjobb megoldásokat válassza ki egy
matematikai problémára, eldobva a kevésbé hatékonyakat.
Exaptáció a fizikában és
anyagtudományban: A Higgs-bozontól a rézig
A kemény tudományokban is gyakran
előfordul, hogy egy elméletet vagy anyagot teljesen más területen hasznosítanak
újra, mint amire eredetileg kitalálták.
A Higgs-mechanizmus vándorlása
A híres Higgs-bozon elmélete nem a
részecskefizikából indult. Philip Anderson eredetileg a szupravezetők leírására
(kondenzált anyagok fizikája) dolgozta ki a mechanizmust. Peter Higgs ezt a már
létező elméleti keretet vette át („exaptálta”), és alkalmazta a relativisztikus
részecskék tömegének magyarázatára. Egy létező matematikai struktúra kapott új
funkciót egy másik univerzumban.
A réz karrierje
A réz története az exaptáció
iskolapéldája. Eredetileg, évezredekkel ezelőtt szerszámok és fegyverek
készítésére használták (bronzkor). A vaskor beköszöntével a réz háttérbe
szorult, mert a vas erősebb, keményebb volt a felhasználási célokra. De a réz
nem tűnt el teljesen: ékszerekben és edényekben élt tovább. Aztán jött a 19.
század és az elektromosság forradalma, és hirtelen a réz egy régi tulajdonsága
– a kiváló vezetőképesség – ami korábban mellékes volt, a legértékesebb
funkciójává vált.
Orvostudomány: A
regenerációtól a rákig
A biológiai exaptáció nem mindig
pozitív kimenetelű. Néha a szervezetünk saját, ősi mechanizmusai fordulnak
ellenünk.
Hová tűnt a regenerációs képességünk?
Miért van az, hogy ha egy szalamandra
elveszti a lábát, farkát, az visszanő
neki, de ha egy emberrel történik ugyanez, akkor nem?
A kutatások szerint az emlősök evolúciója során az
immunrendszerünk bonyolódása „kiszorította” a regenerációs képességet.
A regenerációhoz szükséges gének
azonban nem tűntek el, csak új funkciót kaptak (exaptálódtak), például a
sebgyógyulásban vagy a fejlődés során.
A Hydra (egy egyszerű édesvízi
polip) és a Planaria (laposféreg) még rendelkeznek ezzel az ősi
képességgel, és a tudósok most azt vizsgálják, hogyan lehetne ezeket a
„szunnyadó” genetikai programokat újra aktiválni az emberekben.
A rák, mint sötét exaptáció
A rákos daganatok kialakulása és
terjedése (metasztázis) is egyfajta exaptáció. A rákos sejtek gyakran olyan ősi
genetikai programokat „kapcsolnak be” újra, amelyek az embrionális fejlődés
során voltak aktívak.
Ilyen például az Epithelial-Mesenchymal
Transition (EMT) folyamata, ami lehetővé teszi a sejteknek, hogy
vándoroljanak. Ami az embrióban a szervek kialakulását szolgálja, azt a rákos
sejt arra használja (rosszindulatú exaptáció), hogy elszakadjon a daganattól és
áttéteket képezzen.
Technológia: Íj, nyíl és
a mikrohullámú sütő
A technológiai innovációt gyakran úgy
képzeljük el, mint egy lineáris fejlődést. A valóságban azonban a legnagyobb ugrások
akkor történnek, amikor két, egymástól független technológiai „modul”
találkozik.
A „gyilkos” kombináció: Az íj és nyíl
Az íj és nyíl feltalálása radikálisan
megváltoztatta az emberi történelmet.
De honnan jött az ötlet? A régészeti
bizonyítékok szerint az íj valószínűleg eredetileg nem fegyvernek indult.
Két korábbi eszköz kombinációjából
(exaptációjából) született:
1. A tűzgyújtó íj vagy fúró: Ezt forgásra használták, nem
lövésre.
2. A csapda (snare): Amely rugalmas energiát tárolt az
állatok elfogásához. Valaki rájött, hogy ha a fúró íját (ami feszültséget tart)
kombinálja a csapda rugalmas energiatárolásával, és hozzáad egy könnyített
lándzsát (a nyilat), akkor egy távolsági fegyvert kap. A technológiai modulok
(az íj mint rugó) új kontextusba helyezése hozta létre a forradalmi újítást.
A mikrohullámú sütő véletlenje
A mikrohullámú sütő története talán a
legismertebb technológiai exaptáció. Percy Spencer, a Raytheon mérnöke
radarberendezésekhez (katonai célra) fejlesztett magnetronokat.
Egy nap észrevette, hogy a zsebében lévő
csokoládé megolvadt, miközben a működő magnetron mellett állt. Ne tárolj csokit
a zsebedben, előbb-utóbb megolvad, ha van mikro melletted, ha nincs.
A radarhullámok hőkeltő képessége egy
nem várt mellékhatás volt. Spencer exaptálta ezt a mellékhatást, és megépítette
az első mikrohullámú sütőt. Ami a haditechnikában kommunikációra és észlelésre
szolgált, a konyhában ételmelegítővé vált.
A Turbojet hajtómű
A sugárhajtóművek kifejlesztésekor a
mérnököknek olyan kompresszorokra és turbinákra volt szükségük, amelyek
kibírják az extrém hőt és nyomást. Nem a nulláról kezdték: olyan technológiákat
„vettek kölcsön” (exaptáltak), amelyeket eredetileg ipari gőzmozdonyokhoz és
turbófeltöltőkhöz fejlesztettek ki. Ezek a modulok „preadaptáltak” (előre
alkalmasak) voltak az új feladatra, még ha tervezőik ezt nem is sejtették.
Csillagászat és agysebészet
találkozása
A 2000-es évek elején Alyssa Goodman,
a Harvard csillagásza azzal a problémával küzdött, hogyan vizualizálja a
csillagködök 3D-s szerkezetét, mivel a meglévő eszközei csak 2D-s képeket
tudtak kezelni.
Egy konferencián véletlenül találkozott
Michael Halle-val, aki orvosi képalkotással foglalkozott. Halle felismerte,
hogy a problémák azonosak. A 3D Slicer nevű szoftvert, amit eredetileg
agysebészeti tervezésre és MRI felvételek elemzésére fejlesztettek ki,
minimális módosítással alkalmazták a csillagászati adatokra.
Az eredmény? Michelle Borkin (a
projektben dolgozó diák) olyan felfedezéseket tett a csillagkeletkezésről,
amelyek korábban lehetetlenek voltak. Ez a szoftveres exaptáció iskolapéldája:
egy eszköz, ami agydaganatokat keresett, most csillagokat vizsgált.
De a folyamat visszafelé is működött!
A csillagászok által használt „fastruktúra” vizualizációs módszert (treemaps)
átültették az orvostudományba, hogy segítsenek a radiológusoknak a szívkoszorúér-betegségek
diagnosztizálásában. Az eredmény: a diagnózis pontossága 39%-ról 62%-ra ugrott.
A városok fejlődése már rég nem csak
a téglákról és az utakról szól. A modern város egy exaptív rendszer, ahol az
anyag, az energia és az információ (bitek) keveredik.
Jane Jacobs és a szervezett
bonyolultság
Jane Jacobs, a híres urbanista már az
1960-as években felismerte, hogy a várost nem lehet egyszerű statisztikákkal
leírni. A város nem egy gép, hanem egy „tanuló gép”, hasonlóan egy
neuronhálózathoz.
A város fejlődése tele van
véletlenekkel és exaptációkkal: egy régi ipari épületből (gyár) loftlakás lesz,
egy vasútvonalból (High Line New Yorkban) park. A városi terek funkciója
folyamatosan változik az igények szerint.
A City Brain (Városi Agy)
A mai Smart City koncepciója az
exaptáció új szintjét hozza el. A városi infrastruktúra (lámpák, kamerák, szenzorok)
már nem csak a fizikai funkcióját látja el, hanem adatgyűjtő eszközzé válik.
Ez a „City Brain”. A közösségi média
adatait például exaptálhatják katasztrófavédelemre vagy járványügyi
megfigyelésre. Ugyanakkor itt megjelenik a sötét oldal is: a megfigyelési
kapitalizmus, ahol a polgárok viselkedési adatait a tudtuk nélkül hasznosítják
újra profit szerzésére.
A jövő kihívása, hogy a technológiát a
polgárok szolgálatába állítsuk (kooperatív város), ne pedig a kontroll
eszközévé tegyük.
Mi tesz minket emberré?
A pszichológiai exaptáció
Végül eljutunk az emberi elméhez.
Sokan azt hiszik, hogy az állatok is kreatívak, hiszen használnak eszközöket.
De van egy lényeges különbség.
A „Mélységi keresés”
Az állatok (és a biológiai evolúció)
exaptációja általában „szélességi keresés” (trial and error): véletlenszerűen
próbálgatnak dolgokat, és ami működik, azt megtartják.
Ezzel szemben az emberi gondolkodás
képes a „mélységi keresésre” és a stratégiai exaptációra.
Képesek vagyunk asszociatív memóriánk segítségével távoli
dolgokat összekötni.
Amikor feltalálták az
autógumi-hintát, nem próbáltak ki minden létező tárgyat a garázsban, hanem
célzottan látták meg a gumiabroncsban a hinta lehetőségét (a formáját, a
rugalmasságát).
A világkép építése
Ez a fajta gondolkodás teszi lehetővé
a kultúra kumulatív fejlődését. Nem kell mindent a nulláról kezdenünk; a
meglévő tudást (fogalmakat, technológiákat) újragondoljuk és új kontextusba
helyezzük. Ez a kognitív exaptáció az alapja a művészetnek, a humornak
és a tudománynak is. Amikor egy metaforát használunk, tulajdonképpen exaptálunk
egy fogalmat egy másik területre.
Nem kell mindenkinek
szilícium-völgynek lennie
A hagyományos innovációs politika
gyakran a csúcstechnológiát erőlteti mindenhol. De egy elmaradottabb régió nem
tud hirtelen biotechnológiai központtá válni.
Az exaptáció viszont azt mondja: nézd meg, amid van, és
használd másra!
Egy régió, amelyik erős a
textiliparban, exaptálhatja ezt a tudást orvosi textíliák vagy okosruhák
gyártására. Ez az „okos szakosodás” lényege.
Hogyan mérjük az exaptációt? A
kutatók szabadalmi adatbázisokat vizsgálnak. Olyan szabadalmakat keresnek,
amelyek technológiailag nem radikálisan újak (alacsony eredetiség), de teljesen
új területen alkalmazzák őket (magas radikalizmus).
Az elemzések azt mutatják, hogy az
exaptáció spontán módon leginkább a fejlett régiókban (pl. Dél-Németország,
Párizs) fordul elő, mert ott sűrűbb a tudáshálózat. A kevésbé fejlett régióknak
célzott segítségre van szükségük, hogy felismerjék a saját rejtett kincseiket.
Az exaptáció története arra tanít minket, hogy az innováció
nem mindig a „semmiből való teremtésről” szól. Sokkal inkább arról, hogy
képesek vagyunk-e új szemmel nézni a régire.
Legyen szó egy dinoszaurusz tolláról, egy
olvadó csokoládéról a zsebben, vagy egy agysebészeti szoftverről, a recept
ugyanaz:
2. Helyezd új kontextusba.
3. Ne félj a véletlenektől
(szerendipitás).
Megjegyzések
Megjegyzés küldése