Daisyworld

Daisyworld ist eine Computersimulation eines hypothetischen Planeten, welcher einen sonnenähnlichen Stern umkreist, dessen Strahlungsleistung und somit Temperatur wie bei der Sonne im Laufe von Jahrmilliarden langsam ansteigt, wobei dennoch die globale Durchschnittstemperatur des Planeten über einen langen Zeitraum aufgrund selbstorganisierender biologischer Rückkopplungsprozesse annähernd konstant bleibt. James Lovelock und Andrew Watson veröffentlichten dieses Modell 1983 um die Plausibilität der Gaia-Hypothese zu untermauern, welche eine Selbstregulation diverser Umweltparameter eines belebten Planeten durch das Leben selbst postuliert.

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Das Daisyworldmodell

In der Computersimulation Daisyworld gibt es auf einem simulierten erdähnlichen Planeten nur zwei Arten von Lebewesen: schwarze Daisies (Gänseblümchen) und weiße Daisies. Weiße Daisies haben weiße Blüten, welche Licht reflektieren, und schwarze Daisies haben schwarze Blüten, welche Licht absorbieren. Beide Arten haben dieselbe Wachstumskurve (ihre Reproduktionsrate hat die gleiche Abhängigkeit von der Temperatur), jedoch sind schwarze Daisies aufgrund ihrer schwarzen Blüten wärmer als weiße Daisies und kahle Erde. Ein Planet mit einem Übergewicht an weißen Daisies ist kühler als einer mit mehr schwarzen.

Zu Beginn der Simulation ist der Planet Daisyworld so kalt, dass nur ein paar schwarze Daisies und fast keine weißen Daisies überleben können. Jedesmal wenn die Temperatur fällt, fangen die schwarzen Blüten an zu dominieren. Diese absorbieren die Wärme der Sonne, was wiederum dazu führt, dass die Temperatur des Planeten steigt. Dies wiederum führt zu besserem Wachstum der schwarzen Daisies und dieses zu weiterer Temperaturerhöhung. Mit der Erwärmung des Planeten können sich nun auch weiße Daisies besser vermehren, welche aufgrund ihrer kühleren Temperatur eine bessere Vermehrungsrate haben, als die nun schon über ihrem Optimum liegenden schwarzen und heißeren Daisies. Der Planet erreicht ein Temperaturgleichgewicht. Jede Erwärmung führt zu einer größeren Anzahl weißer Daisies, jede Abkühlung zu mehr schwarzen Daisies. Ein derartiges System ist bemerkenswert stabil gegenüber sich verändernder Strahlungsleistung der Sonne. Der gesamte Planet reguliert sich selbst. Ab einem gewissen Punkt jedoch übersteigt die externe Strahlungsleistung die Regulationskräfte durch die konkurrierenden Daisies und der Planet wird von Hitze überwältigt.

Wird die Simulation ohne die Daisies durchlaufen steigt der Temperaturverlauf synchron zur Strahlungsleistung der Sonne. Mit Daisies gibt es zu Beginn der Simulation verstärkte Erwärmung und zum Ende verstärkte Kühlung, was zu einer nahezu konstanten Gleichgewichtstemperatur während des größten Teils der Simulation führt. Auf diese Weise verändern die Daisies das Klima derart, dass die Bedingungen für sie lebensfreundlicher werden. Jedoch zeigt das Daisyworldmodell für bestimmte Solarkonstanten auch Hysterese, so dass der Planet zwei unterschiedliche stabile Zustände für diese Solarkonstanten aufweist: typischerweise ist jeweils der eine abiotisch und der andere fast zu 100% besiedelt.

Spätere Erweiterungen des Daisyworldmodells schlossen sogenannte Kaninchen, Füchse und andere Arten mit ein, welche Absorbtionsraten zwischen den schwarzen und weißen Daisies haben. Eines der mehr überraschenden Ergebnisse dieser Simulationen war, dass umso größer die Anzahl der Arten war, desto größer die selbstregulierenden Kräfte des gesamten Planeten. Dies unterstützte die Ansicht, dass Biodiversität wertvoll ist, und löste die moderne Biodiversitätsdebatte aus.

Daisyworld zog auch eine Reihe Kritik auf sich. Es weist kaum Ähnlichkeit mit der Erde auf; das System benötigt eine Adhoc-Todesrate (γ) um im Gleichgewicht zu bleiben und das Modell verwischt die Unterschiede zwischen Phänomenen auf der Ebene der Arten und jener der Individuen. Jedoch zeigt Daisyworld unbestreitbar, dass biologisch reguliertes Gleichgewicht keine teleologische Erklärung benötigt.

Kuriosa

Eine Version der Daisyworld-Simulation wurde im Computerspiel SimEarth von Maxis eingebaut. Eine interaktive Online-Version ist verfügbar unter: http://gingerbooth.com/courseware/swingdaisy.html

Siehe auch

• Gaia-Hypothese
• Selbstorganisation

Literatur

• Watson, A.J., and J.E. Lovelock, 1983, "Biological homeostasis of the global environment: the parable of Daisyworld", Tellus 35B, 286-289. (Die originale Veröffentlichung von Watson and Lovelock in der das Daisyworldmodell vorgestellt wurde)