next up previous contents
Nächste Seite: Physikalische Motivation Aufwärts: Motivation der Arbeit Vorherige Seite: Motivation der Arbeit   Inhalt

Allgemeine interdisziplinäre Motivation

Die Erforschung der komplexen Vorgänge in der Natur unseres Planeten erstreckt sich von den Naturwissenschaften (Physik, Chemie, Biologie) über die Mathematik bis zu den Gesellschaftswissenschaften (Wirtschaftswissenschaften, Soziologie, Psychologie). Die Motivationen für Arbeiten in diesem Themenbereich sind ebenso zahlreich wie verschiedenartig, da die Schwerpunkte häufig dem jeweiligen Gegenstandsbereich der einzelnen Disziplinen angepaßt sind. In den Gebieten ,,Selbstorganisation`` und ,,Evolution`` wird jedoch seit einigen Jahren mit zunehmender Aktivität von Wissenschaftlern aus unterschiedlichen Bereichen Grundlagenforschung betrieben, siehe z.B. [40] und [59].

In vielen neueren wissenschaftlichen Veröffentlichungen wird der Begriff ,,Selbstorganisation`` als allgemeines Prinzip der Natur präsentiert. Die Bedeutung dieses Prinzips ist inzwischen in unterschiedlichsten Bereichen -- vom menschlichen Alltag bis hin zu komplexen Vorgängen in physikalischen Experimenten -- erkannt worden. Selbstorganisation der Materie durch rein physikalisch-chemische Vorgänge wird mittlerweile von vielen Naturwissenschaftlern als Ursache und Antrieb der natürlichen Evolution angesehen. Der Erfolg vieler Detailforschungen in diesem Bereich (z.B. der Untersuchung molekularer Hyperzyklen durch EIGEN und SCHUSTER [17]) wird als Indiz für die Richtigkeit dieser Auffassung gewertet.

Die ursprüngliche Motivation für die Evolutionsforschung war das Bemühen der Menschen um Verständnis der Vorgänge in der belebten Natur unseres Planeten. Viele Überlieferungen der Menschheit vom Altertum bis in die jüngere Vergangenheit enthalten Vermutungen und Visionen über die Entstehung von Leben aus toter Materie. In den meisten dieser Zeugnisse wurde (und wird zum Teil auch heute noch) der Glaube verbreitet, daß eine spezielle ,,Lebenskraft`` (vis vitalis) oder ähnliches nötig sei, um aus einem Stück Materie einen lebendigen Organismus entstehen zu lassen. Diese Lebenskraft, so glaubt(e) man, mußte durch eine höhere Macht (z.B. einen Gott) in die Materie ,,hineingebracht`` werden. Diese Vorstellung ist eng mit dem Dogma verbunden, daß Materie allein sich nicht selbst zu Lebensformen organisieren kann, sondern daß eine von außen vorgegebene Seele dazu nötig ist. Ein derartiges Bild wird von sämtlichen größeren Religionen vertreten. Im heutigen Zeitalter der ,,Entmystifizierung`` der Welt sind solche Vorstellungen für den rational geprägten Menschen wenig zufriedenstellend, weshalb man heute nach naturwissenschaftlichen Erklärungen für die Entstehung und Fortdauer des Lebens sucht. Die von vielen heutigen Wissenschaftlern vertretene Hypothese der Entstehung des Lebens durch reine Selbstorganisation der Materie unseres Planeten stellt einen möglichen Ansatz in dieser Richtung dar.

Eine naturwissenschaftliche Auswertung der neueren Erkenntnisse über das Leben in der Natur legt die Vermutung nahe, daß ein biologischer Organismus keine hierarchische Struktur mit einer einzigen zentralen Steuerungseinheit ist. Vielmehr scheint eine große Zahl von lokalen Funktionseinheiten für die Organisation und Funktionsfähigkeit des als Organismus in Erscheinung tretenden Individuums verantwortlich zu sein (siehe z.B. [31]). So sind z.B. die heutigen Eukaryonten (Zellen, die einen Zellkern und Organellen enthalten) wahrscheinlich durch die Symbiose von primitiveren Vorläufern entstanden [49]. Die Weiterentwicklung von ,,niederen`` zu ,,höheren`` Organismen durch Verknüpfung des vorhandenen Materials zu einer neuen Hierarchiestufe erscheint als allgemeines Naturprinzip. Diese erst seit einigen Jahren wachsende Einsicht löst das herkömmliche Bild des zentral und von ,,oben nach unten`` organisierten Lebewesens mehr und mehr ab. Das zentralistische, aus der mechanistischen Weltsicht heraus geprägte und von vielen Wissenschaftlern des vorigen Jahrhunderts als universell betrachtete Prinzip wird mittlerweile auch in anderen Bereichen revidiert. Beispielsweise wurde sogar von einigen Ökonomen der Nachteil von ,,Top-down``-Hierarchien im Management erkannt und daher auch in diesem Umfeld begonnen, nach anderen Formen der (Selbst-)Organisation zu suchen [48].

Ein bisher ungelöstes Problem in der Erforschung der natürlichen Evolution ist die Frage nach den Anfangsbedingungen. Unter der Voraussetzung, daß die Grundbausteine der Lebewesen nicht durch eine willkürliche Aktion (wie z.B. durch die ,,Schöpfung`` eines Gottes) erzeugt worden sind, müssen diese quasi ,,von selbst`` aus der Umgebung heraus entstanden sein und bestehen bleiben. In der vor etwa $3,5$ Milliarden Jahren begonnenen Evolution von Lebewesen (die ältesten bekannten Mikroorganismen sind etwa $3,5$ Milliarden Jahre alt, siehe z.B. [18] oder [31]) sind unter dieser Annahme durch reine Selbstorganisation immer kompliziertere und informationsreichere Organismen entstanden, deren Weiterentwicklung schließlich zu uns Menschen geführt hat.

Die These der Entwicklung von höheren Lebewesen durch Evolution von primitiven Bausteinen zu komplexen Gebilden ist plausibel angesichts der relativ gut gesicherten Ergebnisse der Paläontologie und der damit belegbaren Hypothese der Phylogenie, d.h. der Existenz des Stammbaums der Lebewesen. Insbesondere das Auffinden sogenannter ,,fehlender Bindeglieder`` (,,missing links``) durch die Auswertung fossiler Überreste läßt die Existenz eines zusammenhängenden Stammbaums immer einleuchtender erscheinen. Als Beispiel sei hier auf die Entdeckung der fossilen Überreste des Archaeopteryx (,,Altflügler``) verwiesen. Dieses mit Flügeln und Gefieder versehene Tier gleicht einem heutigen Vogel, zeigt aber auch reptilienartige anatomische Merkmale, weshalb es unter Evolutionsforschern als Bindeglied für den Übergang von den Reptilien zu den Vögeln gilt. Der einheitliche Stammbaum der Lebewesen wird heute ebenfalls durch Ergebnisse der Molekularbiologie bestätigt, z.B. durch die Verwandtschaftsstruktur von Genen und Enzymen von Lebewesen verschiedener Arten [18].

Durch diese Erkenntnisse motiviert, werden nun in den unterschiedlichsten Disziplinen Modelle untersucht, die ein selbstorganisierendes evolvierendes System beschreiben. Neben der praktischen Anwendung für z.B. technische Optimierungsprobleme steht dabei das Verständnis der Dynamik der Selbstorganisation auf einer relativ einfachen, elementaren Ebene im Vordergrund. Letzteres ist auch die dominante Motivation für die vorliegende Arbeit. Dabei ist nicht die Modellierung von Systemen mit einer Vielzahl komplizierter Regeln beabsichtigt, sondern die computergestützte Simulation von Modellen mit nur wenigen elementaren Bestandteilen, aus denen sich durch Selbstorganisation neue komplexe Hierarchiestufen entwickeln können. Es ist ein interdisziplinäres Vorhaben, das die traditionellen Grenzen des jeweiligen Fachs überschreitet und gerade dadurch Grundlagenforschung im eigentlichen Sinne dieses Begriffs ist.

In den zahlreichen bisherigen Veröffentlichungen zu diesem Themenkomplex (vergl. [41] und [43]) werden sowohl analytische als auch phänomenologische Modelle und Ansätze vorgestellt. Das primäre Ziel dieser Diplomarbeit ist das Aufsuchen und ansatzweise Analysieren von universellen Eigenschaften selbstorganisierender Evolutionssysteme.


next up previous contents
Nächste Seite: Physikalische Motivation Aufwärts: Motivation der Arbeit Vorherige Seite: Motivation der Arbeit   Inhalt
RW 2008-07-16