Prinzipien der Natur

Energie ist für alle Organismen eine teure Ressource; das Risiko, zu viel Energie zu verbrauchen, ist der Tod oder das Scheitern der Fortpflanzung. Daher gehen sie sparsam mit ihr um und passen ihren Bedarf an die begrenzte Menge der verfügbaren Energie an. Zwar ist keine Energie "umsonst", denn jede Energie erfordert einen Energieaufwand, um sie zu gewinnen, aber die Energiequellen der Natur sind frei verfügbar, weil sie erneuerbar sind, vor Ort vorkommen und nicht abgebaut werden müssen. Zu den frei verfügbaren Energiequellen gehören Elektronen aus dem Sonnenlicht, die von Pflanzen für die Photosynthese genutzt werden, aufsteigende Luftströme, Wind, gelöste Mineralien aus Tiefseequellen, sich zersetzendes organisches Material und Nährstoffe von Pflanzen und Tieren, von denen sich Organismen ernähren.

In der Natur werden die Abfälle oder der sich zersetzende Körper eines Organismus zu einer Quelle von Nahrung und Materialien für andere Organismen. Wir sprechen zwar von "Recycling", aber "Upcycling" ist eine genauere Beschreibung dessen, was in der Natur geschieht. In der Regel gibt es viele Organismen, genauer gesagt Ökosysteme von Organismen, die komplexe organische Materialien und Moleküle in kleinere Moleküle zerlegen, die dann aufgenommen und zu völlig neuen Materialien wieder zusammengesetzt werden können. So wie es einen Wasserkreislauf gibt, gibt es auch viele andere Kreisläufe, die organische Stoffe einbeziehen (Kohlenstoffkreislauf, Stickstoffkreislauf usw.), die als lokale, regionale und erdumspannende Systeme funktionieren.

Bei der Widerstandsfähigkeit geht es um die Fähigkeit, sich nach Störungen oder erheblichen, unvorhersehbaren Veränderungen in der lokalen Umwelt zu erholen, z. B. nach einem Feuer, einer Überschwemmung, einem Schneesturm oder einer Verletzung. Vielfalt, Redundanz, Dezentralisierung, Selbsterneuerung und Selbstreparatur können in der Natur zu Resilienz und der Fähigkeit führen, trotz einer Störung die Funktion aufrechtzuerhalten. Auf der Systemebene bezieht sich "Vielfalt" auf das Vorhandensein mehrerer Formen, Prozesse oder Systeme, die einen funktionalen Bedarf erfüllen. Vielfalt kann eine Vielzahl von Verhaltensweisen, physischen oder physiologischen Reaktionen auf eine Veränderung in der Umwelt umfassen.

Da Energie und Materialien so kostbar sind, strebt die Natur ein Gleichgewicht zwischen aufgenommenen und verbrauchten Ressourcen an. Energie, die für übermäßiges Wachstum aufgewendet wird, könnte beispielsweise zu unzureichenden Energiereserven oder zu Merkmalen führen, die die Überlebens- und Fortpflanzungsfähigkeit eines Organismus beeinträchtigen, was bedeutet, dass er seine Gene nicht weitergeben kann. Sowohl in Organismen als auch in Ökosystemen gibt es Kontrollen und Gleichgewichte, von denen einige über Generationen hinweg stattfinden. Wachstum um des Wachstums willen führt zu schädlichen Nebeneffekten. Manchmal sind diese Nebenwirkungen sofort sichtbar und möglicherweise umkehrbar, manchmal bleiben sie lange Zeit verborgen, bis es zu spät ist, sie rückgängig zu machen.

Unter der Vielzahl von Möglichkeiten, wie Organismen miteinander interagieren, gibt es viele Beispiele für Interaktionen, die gegenseitige Vorteile bringen. Der Nutzen kann ein einfaches Nebenprodukt bestimmter Verhaltensweisen sein - zum Beispiel, wenn der Abfall eines Organismus die Ressource eines anderen Organismus ist - oder er kann sich aus engen Beziehungen ergeben, die sich im Laufe der Zeit entwickelt haben. Mutualistische Symbiosen sind ein Beispiel für eine enge Beziehung zwischen verschiedenen Arten von Organismen, bei der alle Partner von der Beziehung profitieren. Eine andere Art von enger Beziehung ist die Zusammenarbeit zwischen Mitgliedern einer Familiengruppe.

Um auf ihre Umwelt eingestellt zu sein, müssen Organismen und Ökosysteme Informationen aus der Umwelt empfangen und in der Lage sein, angemessen auf diese Informationen zu reagieren. Dazu gehört das Senden und Empfangen von Signalen an und von anderen Organismen oder sogar innerhalb des Körpers eines Organismus. Dieses System des Sendens, Empfangens und Reagierens ist im Laufe von Millionen von Jahren der Evolution fein abgestimmt worden.

Organismen betreiben Chemie innerhalb und in der Nähe ihrer eigenen Zellen. Daher ist es unerlässlich, dass Organismen Chemikalien, chemische Prozesse und aus der Chemie gewonnene Materialien verwenden, die die Lebensprozesse unterstützen. Die Chemie des Lebens basiert auf Wasser und verwendet eine Teilmenge chemischer Elemente, die in präzisen 3D-Strukturen angeordnet sind. Die Kombination aus 3D-Architektur und -Zusammensetzung ist der Schlüssel zur Maximierung der Selbstorganisation, zur Steuerung der chemischen Aktivität und der Materialleistung sowie zur Ermöglichung des biologischen Abbaus zu nützlichen Bestandteilen nach getaner Arbeit.

Die Natur baut mit reichlich vorhandenen Ressourcen und setzt seltene Ressourcen nur sparsam ein.

Die Überlebenschancen steigen, wenn Individuen gut darin sind, die örtlichen Bedingungen und Möglichkeiten zu erkennen und die verfügbaren Ressourcen zu finden und zu verwalten. Das Überleben hängt auch davon ab, dass man angemessen auf Informationen aus der lokalen Umwelt reagiert. Die an einem Ort vorhandenen Organismen und Ökosysteme haben sich in direkter Reaktion auf die örtlichen Umweltbedingungen entwickelt. Einige dieser Umweltbedingungen ändern sich in einem zyklischen Muster, wie Gezeiten, Tag und Nacht, Jahreszeiten und jährliche Überschwemmungen oder Brände. Die Organismen nutzen diese vorhersehbaren zyklischen Muster als Chance und entwickeln sich, um eine bestimmte Nische zu besetzen.

Die Natur nutzt eher Form oder Gestalt als zusätzliches Material und Energie, um funktionale Anforderungen zu erfüllen. So kann der Organismus mit einem Minimum an Ressourcen das tun, was er tun muss. Formen finden sich in der Form des Rückens eines Käfers und in der vielschichtigen Struktur eines tropischen Regenwaldes. Wenn uns in der Natur eine Form auffällt, gibt es - von sehr seltenen Ausnahmen abgesehen - fast immer einen funktionalen Grund für diese Form.