1.5. Järjestelmien rakenteet

Seuraavassa osiossa tutustumme järjestelmien toimintaan, mutta sitä ennen on hyvä tehdä pikainen katsaus järjestelmien tärkeimpiin rakennepiirteisiin, sillä niillä on suuri merkitys järjestelmien toimintaan.

Enemmän kuin osiensa summa

Järjestelmien sanotaan usein olevan enemmän kuin osiensa summa. Tämä tarkoittaa, että yhteydet järjestelmän osien välillä saavat aikaan jotain enemmän, kuin järjestelmän osat ilman näitä yhteyksiä.

Jo tuttua esimerkkiä käyttäen: järkevää strategiaa noudattava ja hyvän yhteishengen omaava jalkapallojoukkue päihittää samantasoisista pelaajista koostuvan joukkueen, jolla ei ole strategiaa tai yhteishenkeä. Strategia ja yhteishenki mahdollistavat pelaajien yhtenäisen toiminnan yhteistä tarkoitusta varten.

Järjestelmässä olevat toiminnalliset yhteydet ovatkin usein yksittäisiä osia tärkeämpiä. Monissa järjestelmissä osat ovat vaihdettavissa ilman, että järjestelmä juurikaan muuttuu. Jalkapallojoukkueessa voidaan esimerkiksi vaihtaa pelaaja toiseen, ja se on silti sama joukkue. 

Mutta jos järjestelmän toiminnallisia yhteyksiä tai tarkoitusta muutetaan, muuttuu myös järjestelmä, vaikka kaikki sen osat pysyisivät samoina. Jos samoista pelaajista koostuva joukkue vaihtaa pelistrategiaa, joukkueen luonne muuttuu. Ja jos pelin säännöt muutetaan jalkapallosta käsipalloon, ei kyseessä ole enää jalkapallojoukkue vaan käsipallojoukkue.

Yhteydet osien välillä

Järjestelmän osien välisillä toiminnallisilla yhteyksillä tarkoitetaan osien vaikutusta toisiin osiin ja sitä kautta koko järjestelmään. Ekosysteemissä esimerkiksi hajottajat vapauttavat ravinteita, joita kasvit käyttävät kasvuunsa, ja vaikuttavat sitä kautta koko ekosysteemin tuottavuuteen ja erilaisten eliöiden määriin.

Vuorovaikutusten mekanismit järjestelmissä voivat olla hyvin monimuotoisia. Fysikaalisissa järjestelmissä ne voivat olla vain materian liikettä, kuten veden virtaamista patoaltaasta jokeen tai hapen kulkeutumista verenkierrossa keuhkoista lihaksiin.

Monissa järjestelmissä tärkeimmät vuorovaikutukset kuitenkin tapahtuvat tiedon (engl. information) siirron kautta. Esimerkiksi ihmisen kyky reagoida ulkomaailman tapahtumiin perustuu tiedonvälitykseen, jossa tieto ulkomaailmasta välittyy ensin aistihermojen kautta keskushermostoon, minkä jälkeen keskushermosto ohjaa ruumiin tarkoituksenmukaista toimintaa hermoimpulssien ja hormonien välityksellä.

Tiedon välityksen mekanismit voivat olla hyvin vaikeita havaita, paljon vaikeampia kuin materian liikkeet. Ihmisyhteisöissä on lukematon määrä erilaisia tiedon välityksen tapoja. Puhe, ilmeet ja kehonkieli ovat esimerkkejä tavoista, joilla ihmiset voivat viestiä toisilleen. Lisäksi viestimiseen on paljon teknisiä välineitä kuten tietoverkot, kirjat ja puhelimet.

Yhteisön tavat ja normit ovat kulttuuriin sisäänkirjoitettua tietoa, joka vaikuttaa suuresti yhteisön toimintaan. Tämä tieto omaksutaan valtaosin jo lapsuudessa ja nuoruudessa, ja se vaikuttaa kaikkeen toimintaan yhteiskunnassa. Yhteisöjen normeja käsitellään tämän kurssin neljännessä osiossa.

Suomessa esimerkiksi yleinen luottamus kanssaihmisiä ja viranomaisia kohtaan on korkealla tasolla, ja tämä osaltaan selittää suomalaisen yhteiskunnan toimivuutta. Luottamusta on kuitenkin paljon hankalampi havainnoida kuin järjestelmän materiaalisia osia, kuten ihmisiä ja infrastruktuuria, minkä vuoksi siihen ei välttämättä kiinnitetä niin paljon huomiota kuin sen tärkeys järjestelmälle edellyttäisi.

Järjestelmän osat

Vaikka yhteydet ovatkin oleellisen tärkeitä järjestelmien toiminnalle, eivät järjestelmän osat tietenkään ole merkityksettömiä. Jotta yhteyksiä voi ylipäätään olla, on oltava myös osia, joiden välillä yhteydet ovat. Se, mitä ymmärretään järjestelmän osiksi, riippuu tarkasteltavasta järjestelmästä ja tarkastelun mittakaavasta. 

Kun esimerkiksi biologisia järjestelmiä tarkastellaan laajassa ekosysteemin mittakaavassa, järjestelmän osiksi voidaan mieltää ravintoketjun eri tasot (tuottajat, kuluttajat, hajottajat), mutta jos tarkastellaan esimerkiksi yksittäistä eläintä, osiksi voidaan mieltää vaikkapa elimistön eri osat (lihakset, ruuansulatuselimistön osat, verenkiertoelimistön osat, jne).

Järjestelmän koko

Järjestelmän osien lukumäärä on yksi tärkeimmistä järjestelmän rakennepiirteistä. Vain muutamista osista koostuvat järjestelmät ovat yleensä erilaisia kuin miljoonista osista koostuvat järjestelmät. Tässä tarkastelussa on tietenkin välttämätöntä ensin rajata, mitä järjestelmän osilla kussakin tilanteessa tarkoitetaan. 

Eliöiden solujen määrä on yksi selkeä esimerkki järjestelmän koosta. Yksisoluiset eliöt ovat toiminnaltaan hyvin yksinkertaisia, sillä tämän yhden solun on kyettävä toteuttamaan kaikki eliölle tarpeelliset toiminnot. Yksisoluisilla eliöillä toiminnot ovatkin rajoittuneet lähinnä aineenvaihduntaan ja lisääntymiseen; niiden kyvyt liikkumiseen, kommunikointiin, tiedon prosessointiin ja niin edelleen ovat pääsääntöisesti hyvin rajalliset.

Monisoluisuus mahdollistaa toimintojen monipuolistumisen, sillä eri solut voivat toteuttaa erilaisia tehtäviä. Alkeellisimmilla monisoluisilla eliöillä ensimmäinen työnjako koskee lisääntymistä. Osa soluista erikoistuu sukusoluiksi, eli vastaamaan eliön lisääntymisestä, ja muut solut huolehtivat eliön aineenvaihdunnasta, eli lisääntymiseen ja kasvuun tarvittavan energian ja ravinteiden saannista ja prosessoinnista. Tällaisia eliöitä ovat esimerkiksi tietyt mikroskooppiset levät, jotka koostuvat muutamasta sadasta solusta. 

Solumäärän kasvaessa mahdollisuudet työnjakoon solujen kesken kasvavat. Ihmisruumiissa esimerkiksi on noin 30-40 biljoonaa (tuhatta miljardia) solua, joista pystytään erottamaan yli 200 erilaista solutyyppiä. Tämä solujen erilaistuminen, joka siis on mahdollista vain kun soluja on paljon, mahdollistaa ihmiselle (ja isommille eläimille ylipäätään) hyvin monia erilaisia toimintoja: liikkumisen, monipuoliset tavat havainnoida ympäristöä, monimutkaisen tiedonkäsittelyn ja niin edelleen. Eliön koon kasvaessa syntyy myös tarpeita uusille toiminnoille. Kun mikroskooppiset alkeelliset eliöt esimerkiksi ottavat happea suoraan ympäristöstä soluseinien läpi, tarvitsevat suuremmat eläimet verenkiertoelimistön kuljettamaan happea elimistön eri osiin.

Vastaavia järjestelmän kokoon ja toimintojen monipuolisuuteen liittyviä suhteita voidaan havaita monilla eri järjestelmien tasoilla. Esimerkiksi muurahaisilla erilaisten työläiskastien (kuten sotilaat ja pesänhoitajat) määrä on suurin niillä muurahaislajeilla, joiden yhteiskunnat ovat suurimpia. 

Ihmisillä erilaisten ammattien kirjo on moderneissa, miljoonien ihmisten yhteisöissä valtavan suuri, kun muutaman sadan ihmisen metsästäjä-keräilijäyhteisöissä työnjako on ollut paljon vähäisempää. Ja aivan kuten monisoluisten eliöiden tapauksessa, myös ihmisyhteisöjen kasvaessa on tullut tarve uusille toiminnoille, kuten erilaisten järjestelmien hallinnolle, joiden päätarkoitus on yksinkertaisesti ylläpitää itse järjestelmää ja mahdollistaa sen toiminta.

Modulaarisuus

Isompien järjestelmien ja verkostojen rakenne on usein modulaarinen, eli järjestelmä koostuu tiiviisti toisiinsa kytkeytyneiden osatekijöiden ryhmistä (moduuleista). Ryhmien välillä on luonnollisesti myös yhteyksiä, mutta ne eivät ole yhtä vahvoja kuin yhteydet osatekijöiden välillä ryhmien sisällä. Esimerkiksi ihmisyhteisöjen voidaan ajatella koostuvan perheistä, joiden sisällä kytkökset ovat tiiviimpiä kuin perheiden välillä.

Kuva. Modulaarisessa verkostossa on tiiviisti toisiinsa kytkeytyneitä osatekijöiden ryhmiä (moduuleita). Myös moduulien välillä on yhteyksiä, mutta ne eivät ole yhtä tiiviitä. Credit Nog33, Public domain, via Wikimedia Commons

Modulaarinen rakenne voi tehdä järjestelmästä kestävämmän erilaisia häiriöitä vastaan. Jos yhdessä ryhmässä tapahtuu vakava häiriö, häiriö todennäköisesti pysyy ryhmän sisällä eikä leviä koko järjestelmään, sillä ryhmät ovat toiminnallisesti itsenäisiä. Tästä tulemme jatkossa löytämään useita esimerkkejä.

Modulaarisuus tekee myös uudenlaisten ratkaisujen kehittämisen helpommaksi, kun eri ryhmissä voidaan kokeilla erilaisia toimintatapoja ilman, että koko järjestelmää tarvitsee muuttaa. Esimerkiksi biologisessa evoluutiossa saman lajin yksilöitä voidaan pitää moduuleina, joihin mutaatiot luovat uusia ominaisuuksia. Haitalliset mutaatiot karsiutuvat, kun niitä kantavat yksilöt kuolevat, ja hyödylliset mutaatiot yleistyvät, kun niitä kantavat yksilöt lisääntyvät ja siirtävät mutaation jälkeläisilleen.

Hierarkkisuus

Suuret järjestelmät ovat tyypillisesti paitsi modulaarisia myös hierarkkisia, eli ne koostuvat sisäkkäisistä järjestelmistä. Ajatellaan vaikkapa ihmistä: ihminen koostuu soluista, jotka muodostavat kudoksia, jotka muodostavat elimiä ja elimistöjä, jotka lopulta muodostavat ihmisruumiin. Ja hierarkiassa voidaan mennä yhä ylöspäin: ihmiset muodostavat perheitä ja naapurustoja, joista muodostuu kyliä ja kaupunkeja, joista muodostuu valtioita.

Järjestelmän hierarkkisuus siis mahdollistaa suurempien - ja monimutkaisempien - järjestelmien syntymisen, kuten järjestelmien kokoa käsittelevässä osiossa kerrottiin.

Ylemmän tason järjestelmät kehittyvät yleensä palvelemaan alemman tason järjestelmien tarpeita. Esimerkiksi liikennesäännöt ja niitä valvova poliisi (ylempi hierarkiataso) on luotu palvelemaan yhteisön jäsenten (alempi hierarkiataso) turvallisempaa liikkumista. Yhteisön jäsenet ovat siis luovuttaneet osan vapaudestaan - kuten vapauden ajaa autolla tien vasenta laitaa - koska tämä lisää turvallisuutta ja siten todellista liikkumisvapautta.

Hierarkisissa järjestelmissä ylempi hierarkiataso yleensä aina koordinoi tai kontrolloi alemman hierarkiatason toimintaa. Hierarkian kautta tuleva koordinaatio ja kontrolli mahdollistaa koko järjestelmälle uusia toimintoja ja ominaisuuksia.

Yhteiskunnissa siis tarvitaan järjestelmiä huolehtimaan asioista, joita yksittäiset ihmiset eivät kykene hoitamaan tai joiden hoitaminen yhteisen järjestelmän avulla nähdään muuten järkeväksi. Kuinka nämä järjestelmät tulisi rakentaa ja kuinka niitä tulisi hallita, on yhteisöllisen elämän peruskysymyksiä, ja viimeisimmän antropologisen tutkimuksen mukaan ihmiskunnan historia on täynnä mitä erilaisimpia ratkaisuja näihin kysymyksiin. 

Tiukasti ylhäältä alaspäin johdetut yhteiskunnat eivät historian valossa ole tarjonneet kansalaisilleen parasta mahdollista elämää; erityisesti yksilönvapaudet ovat kärsineet. Moderneissa demokratioissa ylemmän hierarkiatason kasvavaa valtaa yksilöiden yli rajoitetaan muun muassa valitsemalla uudet päättäjät lyhyin aikavälein ja rajaamalla ylimpien vallanpitäjien toimikausia.

Jäikö tästä osiosta jotain mieleen, mitä haluaisit kommentoida?Vapaaehtoinen.