Nauka

Malanowska, Malicki: Ewolucja współpracy, czyli lewicowa matematyka

Współczesne nauki biologiczne wskazują, że ewolucja nie prowadzi z konieczności do rywalizacji.

Na filmach przyrodniczych pokazujących malownicze życie zwierząt afrykańskiej sawanny można zaobserwować niezwykłe zachowanie niektórych antylop z gatunku Alcelaphus buselaphus. Gdy zauważą, że są osaczane przez dzikie koty, hieny lub likaony, zamiast od razu uciekać, wykonują ciąg dziwnych skoków. W ten sposób ostrzegają resztę stada, narażając się jednocześnie na ogromne niebezpieczeństwo. Wzajemna pomoc i współpraca pomiędzy organizmami jest w przyrodzie zjawiskiem znanym, udokumentowanym przez dziesiątki przykładów: poczynając od maleńkich mrówek, wspólnie dźwigających zbyt ciężkie gałązki, a na słoniach, które potrafią uratować z bagna tonącego nosorożca, kończąc. Podobne zachowania jeszcze pod koniec dziewiętnastego wieku wydawały się stać w sprzeczności z badaniami Darwina, jednak w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat wykazano ich zgodność z teorią ewolucji.

Darwinowska teoria ewolucji opisuje powstawanie i selekcję strategii przetrwania organizmów żywych w świecie o ograniczonych zasobach. Jej podstawowe elementy są dobrze znane: organizmy, stosując specyficzną dla siebie taktykę, starają się zdobyć dobra, takie, jak pożywienie, światło, miejsce, itd., potrzebne do przetrwania i wydania na świat zdrowego, płodnego potomstwa. Miarą sukcesu jest tu zdolność rozmnażania. Obecnie uważa się, że strategie przetrwania są w dużej mierze warunkowane genetycznie i ulegają zmianom w wyniku powstawania przypadkowych mutacji. Tak więc, sposoby przetrwania stosowane przez kolejne pokolenia mogą różnić się od sposobów przodków, ale nadal podlegają temu samemu mechanizmowi selekcji.

Na przykład większość populacji doskonale znanych nam wszystkim sikorek, jeszcze sto lat temu migrowała późną jesienią z terenów Polski do cieplejszych rejonów. Sikorkom bardziej opłacało się podjąć trud związany z daleką i niebezpieczną podróżą, niż zostać na miejscu i narazić się na działanie mrozów.

Pod koniec jesieni odczuwały więc genetycznie zapisany przymus wędrówki. Tymczasem klimat zaczął się ocieplać, dalekie loty przestały przynosić korzyści, a tym samym dobór naturalny zaczął faworyzować ptaki posiadające tzw. geny osiadłości. Obecnie większość populacji sikorek zamieszkujących tereny Polski zimuje w kraju. Utraciły też wąskie skrzydła o sierpowatym kształcie, na rzecz bardziej zwrotnych, ale mniej wydajnych energetycznie – szerokich i zaokrąglonych.

A zatem mechanizm ewolucji tworzą dwa podstawowe elementy: zmienność genetyczna oraz selekcja. Oczywiście zmienność genetyczna, czyli wyżej opisana modyfikacja strategii przekazywanych z pokolenia na pokolenie, jest niezbędna dla zrozumienia historii życia. Jednakże można sobie wyobrazić proces ewolucyjny opierający się wyłącznie na selekcji: strategie albo trwają w niezmienionej formie albo ulegają stopniowej eliminacji. Ta podstawowa zasada darwinizmu – „przetrwają jedynie najlepiej przystosowani” – jest bardzo silnie obecna w naszym myśleniu nie tylko o świecie przyrody. Leży na przykład u podstaw idei gospodarki rynkowej, w której konsumenci wybierają firmy oferujące najlepsze towary i usługi, w oparciu o nią funkcjonuje system edukacji – gdzie rolę mechanizmu selekcyjnego pełnią najróżniejszego rodzaju sprawdziany i egzaminy, jest również wykorzystywana jako narzędzie metodologiczne w naukach społecznych, a nawet w teoriach literackich (ciekawie o powrocie ewolucjonizmu we współczesnej humanistyce pisze Kenta Tsuda w artykule „Akademicy z Lagado”, New Left Review 72, 80-109, Nov-Dec 2011).

Zwróćmy uwagę, że sama darwinowska teoria ewolucji nie mówi nic o tym, jakimi metodami organizmy mogą zdobywać środki potrzebne do życia i rozmnażania – innymi słowy, nie nakłada żadnych ograniczeń na rodzaje skutecznych strategii przetrwania. Jednakże w powszechnym przekonaniu podstawą przeżycia z konieczności jest rywalizacja – walka o byt, przysłowiowe „prawo dżungli”, wedle którego zwycięża najsilniejszy, słabsi zaś zostają brutalnie wyeliminowani. Podobny sposób myślenia stosowany jest często w odniesieniu do świata relacji między ludźmi. Oświeceniowy filozof Thomas Hobbes opisuje pierwotne stosunki społeczne, jako „walkę wszystkich ze wszystkimi”, w ujęciu ekonomicznym natomiast natura uosabiana jest przez rynek, który wymusza konkurencję między przedsiębiorstwami.

Rzeczywiście, tak zwany zdrowy rozsądek zdaje się podpowiadać, że rywalizacja to jedyny możliwy sposób na przetrwanie, kiedy nie istnieją zewnętrzne reguły wymuszające współpracę. Zginiemy marnie, jeśli sami o siebie nie zadbamy w warunkach, gdy inni mają na uwadze jedynie własne korzyści. A przecież nie ulega wątpliwości, że współpraca i reakcje altruistyczne istnieją w naturze. Co prawda najbardziej elementarny przykład takich zachowań – opieka nad potomstwem – nie wystarcza jeszcze do wykazania, że konkurencja nie jest jedynym rodzajem strategii dającej szansę na przeżycie, można bowiem powiedzieć, że wychowanie potomstwa to nic innego jak wsparcie udzielone własnej strategii przetrwania. Jednakże znanych jest wiele przykładów współpracy między organizmami żywymi, które wykraczają poza relacje między rodzicami a dziećmi.

Aby wyjaśnić ten fenomen, ewolucjoniści wprowadzili pojęcie doboru krewniaczego. Wedle tej koncepcji – obecnej już u Darwina, a spopularyzowanej przez Williama Hamiltona – organizmy żywe dbają o przetrwanie nie tylko całych strategii, ale również ich fragmentów. Innymi słowy, skłonne są współpracować, a nawet poświęcać się dla osobników, z którymi dzielą pewną część swojego kodu genetycznego. Zależność między skłonnością do współpracy a proporcją wspólnych genów została zaobserwowana w wielu przypadkach. Znanym przykładem jest system rozmnażania się owadów, na przykład pszczół, gdzie jedynie królowe pozostają płodne i składają dwa rodzaje jaj: haploidalne, niezapłodnione, z których rozwijają się samce i diploidalne jaja zapłodnione, z których wykluwają się bezpłodne robotnice. Taki system daje dość ciekawy rezultat pokrewieństwa genetycznego. Samice mają bowiem ¾ wspólnych genów ze swoimi siostrami, zamiast ½, jak to bywa w przypadku standardowego rodzeństwa. Dlatego w ich interesie genetycznym bardziej leży pozostanie bezpłodnym i zajmowanie się siostrami, niż opieka nad własnym potomstwem, z którym dzieliłyby zaledwie ½ genomu.

Królowa matka otoczona przez robotnice

Być może za wyraz wulgarnego społecznego darwinizmu wzbogaconego o teorię doboru krewniaczego należy też uznać słynne zdanie wypowiedziane przez Margaret Thatcher: „Nie ma czegoś takiego jak społeczeństwo. Są tylko pojedynczy mężczyźni, kobiety i rodziny”.

O tym, że współpraca jest nieracjonalna – i to nawet gdyby potencjalnie mogła prowadzić do zysku większego niż działanie na własną rękę – wydaje się świadczyć klasyczny przykład z teorii gier, zwany dylematem więźnia. W problemie tym dwie osoby zostają oskarżone o popełnienie pewnego przestępstwa, jednakże sąd nie dysponuje dowodami wystarczającymi do ich skazania. W związku z tym prokurator proponuje każdemu z podejrzanych następujący układ: jeśli zezna przeciwko drugiemu więźniowi, tamten zaś będzie milczeć, zostanie wypuszczony na wolność, a jego towarzysz otrzyma wyrok 10-letniego więzienia. Natomiast, jeśli obaj więźniowie złożą zeznania, dostaną po 5 lat. Przyjmujemy też, że w przypadku, gdy obaj zdecydują się milczeć, wyjdą na wolność już po roku ze względu na brak dowodów.

Nazwijmy strategię współpracy ze współwięźniem, polegającą na odmowie zeznań, strategią W, a strategię rywalizacji, czyli oskarżenie współwięźnia – strategią R. Istnieje kilka metod teoretycznej oceny skuteczności strategii, jednakże każda z nich prowadzi do tego samego wniosku: należy zastosować strategię R, to znaczy grać przeciwko współwięźniowi. Jeśli przyjmiemy z góry czarny scenariusz, zgodnie z którym druga strona nie będzie z nami współpracować – oczywiście nie opłaca się milczeć. Załóżmy jednak, że nie wiemy, jak postąpi drugi gracz. W tej sytuacji należy obliczyć wartości oczekiwane ER, EW każdej ze strategii, przyjmując, że przeciwnik zastosuje strategię R bądź W z prawdopodobieństwem ½. Otrzymujemy wtedy:

ER= ½*0+ ½*5=2 ½

EW= ½*10+ ½*1=5 ½

Ponieważ ER <EW , analiza wartości oczekiwanych prowadzi do wniosku, że należy oskarżyć współwięźnia i – w połowie przypadków – odsiedzieć 5 lat.

A przecież, gdyby obaj więźniowie, zamiast grać przeciwko sobie, zdecydowali się milczeć, wyszliby na wolność już po roku. Okazuje się, że z punktu widzenia teorii gier rywalizacja jest racjonalna nawet, jeśli nie maksymalizuje zysku! Mimo pozornego paradoksu, jest to słuszna konkluzja: prawdopodobieństwo równe ½ należy interpretować w ten sposób, że w sytuacji, gdy gra odbywa się wielokrotnie, przeciwnicy równie często będą stosowali strategię R, co strategię W. Fakt, że ER <EW oznacza, że suma odsiedzianych w więzieniu lat będzie mniejsza, jeśli będziemy zawsze grać przeciwko współwięźniowi niż w przypadku, gdy zawsze będziemy współpracować.

Dylemat więźnia to jeden z przykładów interakcji dopuszczających dwa podstawowe typy zachowań: współpracę lub rywalizację. Współpraca charakteryzuje się tym, że przynosi największe korzyści, o ile inni chcą współpracować. Natomiast powszechna rywalizacja prowadzi co prawda do mniejszych profitów niż zgodna kooperacja, ale staje się szczególnie opłacalna, gdy druga strona skłonna jest ustąpić pola – istota rywalizacji to dążenie do zysku kosztem innych.

Analiza modelu matematycznego opisującego ewolucję populacji, w której część osobników w celu osiągnięcia sukcesu reprodukcyjnego zawsze współpracuje, a część zawsze rywalizuje, prowadzi do wniosku, że niezależnie od tego, jak mała proporcja populacji będzie początkowo stosować rywalizację, ostatecznie wszystkie osobniki nastawione na współpracę zostaną z niej wyeliminowane (przykład ten, a także wiele innych zagadnień teorii gier ewolucyjnych opisany jest w książce Martina A. Nowaka „Evolutionary dynamics”).

Tak więc wszystko wskazuje na to, że rywalizacja jest ewolucyjnie stabilna, w przeciwieństwie do współpracy. Podobne przekonanie wyrażał Hobbes mówiąc, że jedyna droga wyjścia ze społecznego stanu natury polega na wprowadzeniu władzy suwerena, który zmusi wszystkich poddanych do przestrzegania reguł pokojowego współżycia. Być może z tego samego powodu dość powszechny jest pogląd, zgodnie z którym systemy społeczne oparte na współpracy mają, w ostatecznym rachunku, zawsze charakter autorytarny, albo wręcz totalitarny. „Naturalną” dla człowieka rywalizację można wyeliminować jedynie w wyniku zastosowania przymusu.

Czy jednak powyższe rozważania rozstrzygają ostatecznie problem racjonalności współpracy? Czy mechanizm selekcji wyklucza możliwość zgodnego działania? I w jaki sposób w takim razie współpraca w ogóle mogła powstać? W przyrodzie istnieje wiele doskonale znanych i opisanych przypadków kooperacji – również pomiędzy niespokrewnionymi ze sobą osobnikami. Podręcznikowy przykład stanowią porosty, czyli symbiotyczne organizmy utworzone z komórek glonów i grzybów. Obecność mrówek na niektórych akacjach z afrykańskiej sawanny skutecznie chroni drzewa przed zniszczeniem przez słonie, owady zaś otrzymują w zamian pokarm i schronienie. Desmodontinae, czyli nietoperze wampiry dzielą się krwią z innymi członkami stada, którym nie udało się zdobyć pożywienia podczas nocnego lotu, a lwice należące do jednego gatunku karmią nawzajem swoje młode.

Mrówki budują most z własnych ciał

Zwróćmy uwagę, że dotychczas opisane modele matematyczne dotyczyły sytuacji, gdy za każdym razem gra trwa tylko jedną rundę, gracze zaś stosują zawsze tę samą strategię. Jednakże w praktyce interakcje zachodzą więcej niż raz, w związku z tym gracze mogą zmieniać swoje strategie w zależności od przebiegu gry.

Załóżmy zatem, że z pewnym niezerowym prawdopodobieństwem po każdej rundzie gry może odbyć się kolejna i za każdym razem gracze mają możliwość zastosowania zarówno strategii współpracy jak i rywalizacji. Okazuje się, że w przypadku, gdy prawdopodobieństwo rozegrania kolejnej rundy jest dość duże, wyjątkowo skuteczna staje się strategia opierająca się na wzajemności, którą określić można mianem „wet za wet”. Polega ona na tym, że grę rozpoczynamy od współpracy, a następnie postępujemy tak, jak wcześniej zachował się przeciwnik: współpracujemy, gdy on współpracuje, a rywalizację podejmujemy tylko wtedy, gdy strategia ta zostania przez niego zastosowana w poprzedniej rundzie. W trakcie ewolucji populacji, w której część osobników zawsze rywalizuje, a część – choćby początkowo niewielka – stosuje strategię wzajemności, następuje eliminacja osobników nastawionych wyłącznie na rywalizację.

Skuteczność strategii wzajemności skłoniła ewolucjonistów do postawienia tezy, że jest to jeden z istotnych mechanizmów regulujących interakcje w świecie istot żywych. W artykule opublikowanym w Science (Science 211, 1390-1396  27, March 1981), Robert Axelrod i William Hamilton zaproponowali model, zgodnie z którym pierwotne objawy współpracy pojawiły się w wyniku doboru krewniaczego. Następnie – kiedy już zdarzały się przypadki kooperacji – zaczął działać mechanizm wzajemności, prowadząc do współpracy osobników niespokrewnionych, a nawet należących do odmiennych gatunków.

Co ciekawe, istnieją strategie jeszcze bardziej skuteczne niż wzajemność. Należy do nich na przykład tak zwana strategia szczodrej wzajemności, która polega na tym, że z pewnym niezerowym prawdopodobieństwem współpracujemy nawet, jeżeli drugi gracz rywalizował z nami w poprzedniej rundzie.

Szczodra wzajemność może wyprzeć nie tylko rywalizację, ale i zwykłą strategię wzajemności.

Znane są też modele ewolucyjne wskazujące na dużą skuteczność tak zwanej wzajemności pośredniej, czyli strategii, którą można opisać hasłem „pomogę ci, a ty pomożesz komuś innemu”. Najprostszym jej przykładem jest wspólne iskanie się małp. Martin A. Nowak i Karl Sigmund przeanalizowali (Nature  393, 573-577, 11 June 1998)  teoretyczne własności różnych wersji tego rodzaju kooperacji. Okazuje się, że wzajemność pośrednia jest ewolucyjnie skuteczna nawet w przypadku jednorazowych interakcji – gier trwających tylko jedną rundę – o ile graczom znane jest wcześniejsze zachowanie partnerów (przeciwników). Strategia ta opiera się na reputacji: osobnik uważany za pomocnego, znalazłszy się w kłopotach może liczyć na wsparcie ze strony innych.

Iskające się małpy

A zatem: nawet w warunkach selekcji mogą spontanicznie powstawać społeczności nastawiona na pracę dla wspólnego dobra. Choć modele matematyczne oczywiście w znacznym stopniu upraszczają rzeczywistość, należy pamiętać, że zarówno ideologie jak i niefrasobliwie używany zdrowy rozsądek mogą prowadzić do jeszcze większych uproszczeń i zafałszowań. W ciągu ostatnich dwudziestu lat publicyści i politycy przekonywali nas, że rywalizacja jest najskuteczniejszą formą organizacji społecznej. Począwszy od rynku, poprzez kulturę i edukację, a kończąc na nauce, zasady działania ustanawiane są tak, by wzmagać poziom konkurencji. Warto zastanowić się, ile jest w tym podejściu racjonalnego namysłu, a ile przyjętego a priori, ideologicznego – a co gorsza błędnego – światopoglądu.

__
Przeczytany do końca tekst jest bezcenny. Ale nie powstaje za darmo. Niezależność Krytyki Politycznej jest możliwa tylko dzięki stałej hojności osób takich jak Ty. Potrzebujemy Twojej energii. Wesprzyj nas teraz.

Zamknij