1) Jede Kultur hat so ihre ‚Interpretationsreflexe‘, die sich im Laufe der Jahrzehnte oder – oft – gar Jahrhunderten in das alltägliche Denken eingelagert haben. Einer dieser Reflexe lungert in der Nähe von ‚Krankheit‘: sogenannte ‚religiöse‘ imprägnierte Menschen tendieren dazu, Krankheiten mit dem Thema ‚Strafe‘ zu verbinden, dass Gott ’strafe‘, sie strafe, oder eben andere, oder, andere Variante, dass man Gott ‚verantwortlich‘ macht, dass er so etwas (meist eine schlimme Krankheit) ‚zulassen‘ könnte. Weniger oder gar nicht religiös imprägnierte Menschen (oder solche, die ein anderes Bild von Gott haben (denn Gott kennt naturgemäß niemand direkt und voll)) müssen die Phänomene ohne Gott erklären. Dazu gibt es allerlei Theorien; manche treffen die Sache, manche sind irgendwie ‚richtig‘, aber zu ungenau; andere sind schlichtweg falsch. Man nimmt halt, was man hat und kann; eine Alternative gibt es nicht (zumindest solange nicht, wie Menschen noch keine automatische ‚Vollerkenntnis‘ besitzen (was aufgrund der Struktur des bekannten Universums bislang in gewissem Sinne ausgeschlossen ist)).
WUNDERWELT DER MIKROORGANISMEN
2) In einem vorausgehenden Beitrag ‚Koevolution im Alltag (Viren)‘ hatte ich mich anlässlich konkreter Grippefälle mal mit den Erkenntnissen zu Viren (und Bakterien) beschäftigt, dies im engen Zusammenhang mit dem menschlichen Immunsystem. Nun bin ich hier kein Spezialist. Aber immerhin ist es schon sehr erstaunlich, was man hier lernen kann, wenn man sich dafür interessiert. Im Grunde genommen erschlägt es einen, was man hier finden, wenn man anfängt zu suchen. Die Welt der Mikroorganismen (Bakterien, Viren) erscheint als eine Art ‚Fundamentaldimension‘ des Lebens auf der Erde, die die gesamte Erde an der Oberfläche, bis in Tiefen von vielen tausend Metern (7000m oder mehr), auch im Ozean und am Ozeangrund, in der Nähe von Vulkanen in einer Weise durchdringt, die unser Vorstellungsmöglichkeiten real übersteigt. Die Raffinesse und Vielfalt im Bereich der Mikroorganismen, ihre Anpassungsfähigkeit, ihre Innovationskraft, ihre Innovationsgeschwindigkeit ist überwältigend und kann uns ahnen lassen, warum und wieso es irgendwann auf der Basis dieser wunderbaren Systeme zu komplexeren Lebensformen kommen konnte. Das, was sich hier real seit Milliarden Jahren (nach heutigem Wissen geschätzt ca. seit 3.8 – 4.1 Mrd Jahren) täglich, stündlich, minütlich im weltweiten Maßstab abspielt, ist ein unfassbares ‚Wunder‘ des Lebens, von dem wir ein kleiner Teil sind.
3) Dass Mikroorganismen gelegentlich in den Körper von Menschen so eindringen können, dass sie die bestehende Organisation stören, gar zerstören, ist für den betroffenen Organismus (also jeweils ein konkreter Mensch, Du, Ich, ein Dritter) schlimm, schmerzhaft, angsteinflössend. Solange man nicht begreift, dass das eigene individuelle Leben ja nur existiert, weil es seit Milliarden Jahren diese Mikroorganismen gibt, aus denen heraus die komplexeren Lebensformen entstanden sind, solange man nicht begreift, dass wir heute mit unseren Körpern nur leben können, weil ca. 1 Billion Mikroorganismen in unseren Körper selbständig leben und viele lebenswichtige Funktionen unterstützen, ebenso ca. 1 Billion auf unserer Haut mit z.T. auch schützenden Funktionen, und dann in unserer Umgebung, in der ganzen Welt unfassbar viele Mikroorganismen durch ihre Zersetzungs- und Umwandlungsprozesse unser individuelles Großaorganismus-Leben überhaupt erst ermöglichen, – -solange man dies alles nicht begreift, solange erscheint einem eine individuelle Beeinträchtigung, Schädigung oder gar der Tod als ‚ungerecht‘. Doch ist dies die völlig falsche und unangemessene Kategorie. Eher ist es umgekehrt so, dass die Tatsache, dass wir als Großorganismus aus all dem wahnwitzigen kontinuierlichem hochturige Prozessieren der Mikroorganismen ‚hervorgegangen‘ sind das Ungewöhnliche, das ‚Nicht-zu-Erwartende‘, das Hochkomplexe und darin entsprechend hoch Anfällige. Jede Minute unserer Existenz ‚ohne‘ erkennbarem Schaden ist das Ungewöhnliche, das Wunder, ein Geschenk auf Zeit. Dass dieses hochkomplexe Geschehen unserer Körper irgendwann ‚Schaden‘ nimmt, Dysfunktionen aufzeigt, auseinanderfällt, das ist der unausweichlich zu erwartende Zustand, der nicht überraschen darf, weil es das ‚Normale‘ ist, das, was ‚in der Natur der Sache‘ angelegt ist. Wer also im Falle von ‚Krankheit‘ von ‚Ungerechtigkeiten‘ spricht, gar von ‚Schuld‘ und ‚Strafe‘, der hat noch nicht einmal ansatzweise begriffen, was es heißt, als Großorganismus in einem unfassbaren Meer von Mikroorganismen ‚leben‘ zu dürfen. Jede Minute eines funktionierenden Großorganismus ist ein unfassbares ‚Geschenk auf Zeit‘. Systemtheoretisch dürften die ca. 10 Billionen Zellen unseres Körpers mit den jeweils 1 Billion Mikroorganismen im und auf dem Körper keine Minute funktionieren. Aber der Körper tut es, immer mehr, über Jahre….
WUNDERWERK IMMUNSYSTEM
4) Außerdem, im Falle von Krankheiten klagen wir oft und schnell unser Immunsystem an. Stellt man aber die wenigen Fälle, in denen es versagt, den unsagbar vielen Fällen gegenüber, wo es ‚lautlos‘, ’stillschweigend‘, ‚klaglos‘ seine Arbeit macht und die millionenfachen Angriffe abwehrt, die in jeder Sekunde in unserem Körper stattfinden, dann sollten wir uns entspannt zurücklehnen und von einer einzigen Dankbarkeit durchströmt sein, dass im Laufe von vielen Milliarden Jahren dieses hochkomplexe Schutzsystem sich in unseren Körpern ‚herausbilden‘ konnte. Das Immunsystem (in Verschränkung mit unserem hochkomplexen Blut-System) ist so unfassbar komplex, dass wir bis heute nur erste Umrisse ‚erahnen‘, von Verstehen wage ich nicht zu reden (wem mal langweilig ist, empfehle ich die Lektüre von Artikeln und Büchern zu diesem Thema; kein Krimi kann spannender sein).
KRANKHEIT IST NICHT ÜBERRASCHEND
5) Noch einmal, sollten wir tatsächlich ‚krank‘ werden, d.h. einen Zustand erleben, in dem Teilbereiche unseres hochkomplexen Großorganismus nicht so funktionieren wie ‚üblich‘, dann sollten wir uns klar machen, dass das eigentliche Wunder das ‚Funktionieren‘ dieses Großorganismus ist und ein Nichtfunktionieren das ist, was im Laufe der Zeit unausweichlich kommen wird (das wenige, was unsere heutige Medizin bislang kann, sind – vergleichsweise – primitive Klempnerarbeiten an einem System, das der normale Arzt immer nur partiell versteht. Niemand kann das Gesamtsystem wirklich voll verstehen, niemand; nicht mit den heute zur Verfügung stehenden Erkenntnismöglichkeiten. Und nochmals: wer in diesem Zusammenhang Kategorien wie ‚Strafe‘ oder ‚Gott‘ ins Spiel bringt, ist nicht nur einfach ‚dumm‘, sondern möglicherweise sogar ‚bösartig‘. Das eigene Denken bringt dann das ‚Böse‘ hervor, nicht die biologische Struktur, die ist, wie sie ist, und als solche eigentlich nur Staunen und ‚Dankbarkeit‘ verdient…
PSYCHO-SOMATISCH: ERSCHÖPFUNG
6) Die Medizin hat verschiedene ‚Indizien‘ gesammelt von Verhaltensweisen und Faktoren, die unser Immunsystem schwächen können bzw. nicht notwendigerweise nur das Immunsystem, sondern irgendwie ‚den ganzen Körper‘. Da die tatsächlichen Prozesse im Detail noch nicht wirklich verstanden sind spricht man vorsichtig von ‚psycho-somatisch‘ bedingten Symptomen. Ein Symptommuster, was sich seit Jahren immer mehr ‚auszubreiten‘ scheint (zumindest nehmen wir es heute so wahr) ist das sogenannte ‚psycho-somatische Erschöpfungssyndrom‘, neudeutsch ‚Burn-Out‘.
7) Typische ‚Erscheinungsweisen‘ dieses Erschöpfungssyndroms sind eine um sich greifende anhaltende Müdigkeit, Lustlosigkeit, Antriebsschwäche, die dann immer auch gepaart sein kann mit allerlei möglichem Unwohlsein, Schlaflosigkeit, mit Schmerzen, bis hin zu Lähmungen, Atemnot, Schwindel, usw. Kurzum, die ’normalen‘ Funktionen lassen nach, fallen aus, der Alltag funktioniert immer weniger. Die Symptome sind real. Kommt es soweit, dass man sich klinisch untersuchen lässt, ist der ’normale‘ Befund meistens der, dass Blutbild und Organfunktionen OK sind. Das wirkt wie ein Paradox: man fühlt sich todelend, kann sich kaum bewegen, aber der Befund sagt, man sei organisch gesund! (ich kann mich noch gut an folgenden Vorfall erinnern. Ich war zu dem Zeitpunkt 29 Jahre alt und hatte – nachdem ich ca. 3 Jahre als Jugendsozialarbeiter gearbeitet hatte –, noch einmal studieren können, wie im Rausch. Eines morgens wache ich auf und konnte mich nicht mehr bewegen; ich war wie gelähmt. Ich wurde total durchgecheckt und man fand nichts, außer ein paar punktuell erhöhte Gallenwerte. Es dauerte damals fast 8 Wochen bis ich als junger gesunder Mensch wieder einigermaßen normal gehen und arbeiten konnte. Die ersten Wochen lief ich umher wie ein alter, schwacher Greis, der Mühe hatte, länger Strecken zu gehen (wobei heute Senioren mit über 80 keinesfalls ’schwach‘ sein müssen, sondern höchste Fitnss besitzen können…)).
8) Wie gesagt, wer solches nicht selbst real erlebt hat, kann es sich nicht vorstellen (ich kenne Ärzte, die als hochbelastbar gelten, die sich auch aufgrund massiver Schmerzen klinisch untersuchen ließen, dann erfahren mussten, dass organisch alles OK ist, und sich dann mit der Diagnose ‚Psychosomatische Überlastung‘ (Burn Out) konfrontiert sahen.
9) Jetzt gibt es ja zahllose Gründe, warum jemand in einen Überlastungszustand hineinsteuern kann. Am Übelsten sind wohl jene Situationen, in denen jemand von einer bestimmten beruflichen Tätigkeit finanziell abhängig ist und im Rahmen dieser Arbeit Leistungen erbringen muss, die objektiv von ihm nicht leistbar sind. Es ist dann nicht nur eine Frage der Zeit, bis die Überlastung auf den Körper durchschlägt; es kommt dazu eine psychische Angstsituation, die dem Betroffenen daran hindert, das sachlich Notwendige zu erkennen und zu tun, um sich vor der Überlastung zu schützen. Zur körperlichen Überlastung kommt dann noch eine psychische ‚Lähmung‘; beides zusammen ist eine Art hochkonzentriertes Gift, dem der eigentlich geniale Großorganismus dann irgendwann zwar seine ‚Scheinerkrankung‘ als Warnsignal entgegen setzen kann, aber aufgrund der eingeschränkten psychischen Reaktionsmöglichkeit wird es tendenziell überhört, übergangen.
10) Klar wird an diesem Beispiel auch, dass diese Form von ‚Krankheit‘ normalerweise nicht von dem einzelnen alleine ‚geheilt‘ werden kann. Da die ‚Ursache‘ außerhalb von dem einzelnen in seiner beruflichen Situation liegt, ist die gesamte berufliche Situation ‚verantwortlich‘, also die entsprechenden ‚Chefs‘ sind gefordert. In manchen Firmen hat man – zumindest für die ganz ‚teuren‘ Mitarbeiter – mittlerweile regelrechte Anti-Überlastungsprogramme eingeführt, in denen sorgsam darauf geachtet wird, möglichst frühzeitig Überlastungsphänomene zu deuten und durch entsprechende Maßnahmen den einzelnen zu schützen. Aber eben nur für die ‚höchste‘ Ebene. Alle ‚darunter‘, einschließlich den ‚Chefs‘, arbeiten tendenziell unter einer ‚bedrohlichen‘ Situation (Es gibt mittlerweile Untersuchungen von großen Firmen, in denen sich in manchen Abteilungen die Krankheitsfälle häufen, in anderen ist fast niemand krank. Die Untersuchungen brachten zutage, dass in den ‚krank machenden Abteilungen‘ speziell der Umgang untereinander erhebliche Defizite aufwies…).
11) Als eine besonderes ‚raffinierte‘ Form von Überarbeitung erscheint jene, in denen Menschen ‚aus Begeisterung heraus‘, aus ‚Faszination heraus‘ arbeiten, Prozesse und Projekte anstoßen, Dinge tun, sich engagieren usw. Alles, jedes für sich genommen, ‚gute‘ Ideen, Projekte, Aktivitäten. Aber auch diese Menschen kann es nicht nur treffen sondern trifft es unweigerlich, wenn sie in ihrem ‚Rausch‘ die realen Grenzen des Körpers überziehen. Wo die ‚realen Grenzen‘ des Körpers genau liegen ist natürlich individuell verschieden, aber sie sind ‚endlich‘. Wenn nun jemand ‚krank wird aus Begeisterung‘, ‚Krank wird weil er etwas Gutes tut‘, dann ist es nicht so sehr die berufliche Umgebung als solche, die ursächlich ist, sondern der Betroffene selbst ist ’sein eigener Feind‘!
12) Wie jeder, der diese Zeilen aufmerksam liest, ahnen kann, ist es genau das, was dem Autor dieser Zeilen aktuell passiert ist. Nach Wochen von allen möglichen ‚Pseudophänomenen‘ wurde dann irgendwann klar, es gibt nichts Organisches, keinen Virus oder etwas Vergleichbares, er selbst mit seiner Begeisterung für so vieles hat sich in einen Zustand manövriert, in dem sein Körper streikt. Das erzeugte ein Wechselbad von Gefühlen und Zuständen. Vor allem: wie ’stoppt man sich selbst‘? Wenn die Gedanken einfach so, quasi von selbst hervorbrechen, wenn sie spannend sind, wenn sie geradezu faszinieren, warum und wieso soll man sie stoppen? Aber so ist es. Wir alle – jeder auf seine Weise – leben am Abgrund, auf Abruf, an der Schwelle, reiten ‚auf der Welle‘ oder von ihr ‚begraben‘ werden….
13) In und an uns tragen wir unaufhebbar ein Moment von ‚Endlichkeit‘ das uns (heilsam?) daran erinnert, dass unser Denken (noch nicht?) im luftleeren Raum stattfindet, sondern auf der Grundlage materiell-energetischer Prozesse höchster Komplexität, für die es schlappe 13.8 Mrd Jahre gebraucht hat, bis es soweit war. Und dann liegen wir ‚agonisch‘ in einem Sessel und lamentieren über unsere Schwachheiten…. Vollkommenheit ist vielleicht etwas anderes…:-)
Ein Überblick über alle bisherigen Beträge nach Titeln findet sich HIER
(1)Der Zusammenhang mit dem Blog besteht darin, dass im Blog der klassische Widerspruch zwischen ‚Geist‘ auf der einen Seite und ‚Materie‘ auf der anderen von vielen Seiten neu reflektiert wird. Dabei zeigte sich u.a. dass durch die Einbeziehung der neueren Erkenntnisse über das Biologische und seiner Entstehung die Phänomene des Biologischen zu einer neuen Sicht der Materie und der Energie führen können, zu einer Sicht, die deutlich macht, dass die klassische Sicht der Physik sich immer mehr als unbefriedigend erweist. Ergänzt wurden diese Reflexionen durch frühere Einträge im Blog, in denen auch die Sicht des ‚Geistes‘ aus Sicht der Philosophie dahingehend ‚aufgebrochen‘ worden sind, dass auch die klassische Philosophie im Lichte der neueren Erkenntnisse zum Leben ihre eigenen Erkenntnisvoraussetzungen neu bedenken kann und auch muss (dies wurde spätestens seit dem Vortrag in Bremerhaven offenbar!). Zwar bedeutet die Einbeziehung naturwissenschaftlicher Erkenntnisse eine ‚Verletzung‘ des klassischen philosophischen – und insbesondere des phänomenologischen – Paradigmas, aber es bedeutet keine vollständige Auflösung noch gar eine ‚Zerstörung‘ der Philosophie, sondern – möglicherweise – eine notwendige ‚Erneuerung‘, die schließlich dazu führen kann, die unselige Trennung zwischen Geistes- und Naturwissenschaften aufzuheben. Diese Trennung erscheint im neuen Denken als ein ‚Artefakt‘ des klassischen Denkens aufgrund falscher Voraussetzungen.
(2) Diese veränderte Sicht auf das Verhältnis zwischen ‚Geist‘ und ‚Materie/ Energie‘ wirkt sich auch aus auf eine veränderte Sicht zum Glauben an das mit ‚Gott‘ Gemeinte, zur Rolle der Religionen und Kirchen (siehe z.B. den Blog zum 24.Dez.2012 und seinen Teil 2).
(3)In diesem Zusammenhang bin ich auf das Buch von Stuart Alan Kauffman gestossen „Reinventing The Sacred. A new View of Science, Reason, and Religion.“ (etwa: Die Wiederentdeckung des Heiligen. Eine neue Sicht der Wissenschaft, des Verstandes und der Religion). Veröffentlicht 2008 (siehe weitere Angaben zu Kauffman unten).
EINSTIEG IN DAS BUCH
(4) Die Einleitung und das erste Kapitel sind ein wenig ’schleppend‘ und ich war schon fast versucht, es wieder weg zu legen, aber dann ab S.10 nimmt das Bucht deutlich Fahrt auf. Und ich habe den Eindruck, dieses Buch kann helfen, die neue Sicht insbesondere im Bereich Physik und Biologie weiter zu differenzieren. Außerdem hat das Buch die unangenehme Eigenschaft, dass Kauffman praktisch nirgends richtig zitiert. Es gibt zwar im Anhang verschiedene Quellenangaben, aber im Text werden die Namen von Autoren oder deren Aussagen zwar erwähnt, aber es gibt keine klare Quellenangaben. Das ist schade, ärgerlich und erschwert das Nachlesen (in diesem Blog mache ich das zwar auch sehr oft, aber es ist auch ein Blog und keine offizielle Veröffentlichung).
(5) Das große Thema des Buches ist nach Kauffman die Unzulänglichkeit einer Physik (bzw. der ganzen Naturwissenschaft), sofern sie sich ‚reduktionistisch‘ versteht, d.h. die Wirklichkeit ausschließlich interpretiert als Rückführung aller Phänomene auf eine Ansammlung von Teilchen. Dieser Denkweise hält er Fakten entgegen, die aus seiner Sicht etwas anderes repräsentieren: die ‚Emergenz‘ des Biologischen, das sich von der Molekülebene aus bis hin zu den komplexen gesellschaftlichen Ausprägungen als eine Form des ‚Zusammenwirken‘ zeigt, die sich nicht aus den physikalischen Gesetzen ableiten lässt, aber dennoch ‚real‘ ist. D.h. es gibt Realität, die uns alle bestimmt, die sich nicht physikalisch (bzw. allgemeiner ’naturwissenschaftlich‘) erklären lässt.
(6) In diesem ‚irreduziblen‘ Phänomen des ‚Biologischen‘ sieht Kauffman eine ‚Kreativität‘ am Werk, die typisch ist für diese Phänomene und er möchte den Begriff ‚Gott‘ für diese das ganze Universum durchwaltende ‚Kreativität‘ benutzen, sozusagen das mit ‚Gott‘ Gemeinte als das sich überall ‚kreativ‘ Zeigende und darin sich Manifestierende (vgl. z.B. S.XI). In diesem Verständnis sieht er einen Anknüpfungspunkt an den weltweiten Glauben an einen Schöpfergott (‚creator god‘), speziell natürlich in der jüdisch-christlichen Tradition (vgl. S.XII). Damit wird das Göttliche stückweise ‚empirisch‘, was neue Ansatzpunkte liefert für ein in der Welt lokalisierte ‚Spiritualität (’spirituality‘), für eine Wiederentdeckung des ‚Heiligen‘ (’sacred‘).(vgl. S.XII)
(7) Den ‚Reduktionismus‘ sieht er schon in den Anfängen der Wissenschaft (Galilei, Descartes, Newton, Laplace) gegeben (vgl. S.2), er kulminiert in der modernen Sicht, dass die Physik letztlich annimmt, dass wir ‚am Grunde‘ der Materie nur ‚Partikel oder Strings haben, die sich in Bewegung befinden‘ (vgl. S.3). Aber mit dieser Basis lässt sich die Vielfalt der biologischen Phänomene nicht beschreiben, auf keinen Fall ‚voraussagen‘. (vgl. S.3ff) Und von daher kann er sagen, dass diese (biologischen) Phänomene (dazu gehören auch die gesellschaftlichen Ausprägungen, insbesondere die Wirtschaft) jenseits der bisherigen Naturgesetze liegen. (Vgl. S.5)
(8) Für Kauffman charakteristisch am Biologischen ist neben seiner vollständigen Nicht-Voraussagbarkeit dass es sich trotz nicht vorhandener Gesetze quasi von selbst organisiert, eine große Vielfalt entwickelt, dabei aber kohärent bleibt.(vgl. S.6) Eine Besonderheit des Biologischen in ihrem selbstorganisatorischen Auftreten ist auch die Eigenschaft der ‚Agentenschaft‘ (‚agency‘), die einhergeht mit Fragen von ‚Werten‘ (‚values‘) und des ‚Tuns‘ (‚doings‘). Biologische Systeme sind nicht ’neutral‘, sondern sie sehen in allem ‚Werte‘. (vgl. SS.6-9)
(9) Und in diesem Kontext der sich überall zeigenden Kreativität wiederholt er seinen Vorschlag aus dem Vorwort, dass das mit ‚Gott‘ Gemeinte zu sehen ist als dasjenige, was sich in all dem manifestiert. Dazu gehört auch eine entsprechende ‚Mystik‘.(vgl. S.6,9)
REDUKTIONISMUS (VERSUCH DER ZURÜCKFÜHRUNG ALLER PHÄNOMENE AUF EINFACHSTE ELEMENTE)
(10)Der Punkt ohne Wiederkehr der Reduktionisten sind die einfachsten, kleinsten Elemente/ Teilchen/ Strings mit ihrer ‚Selbstbewegung‘, hinter und neben denen nichts mehr geht. Kauffman zitiert hier u.a. das Diktum des (großen?) Physikers Weinberg „Je mehr wir das Universum verstehen, umso bedeutungsloser wird es.“(vgl. S.10)
(11)Diese Art des reduktionistischen Denkens weist vielerlei Schwachstellen und Ungereimtheiten auf. Ungereimtheiten, die nah betrachtet eigentlich schon eher eklatante Denkfehler sind, bei denen man sich nur wundern kann, dass Nobelpreisträger sie nicht wahrhaben wollen. Doch zunächst wiederholt Kaufffman einige dieser Ungereimtheiten auf den SS.10-18. Mit der Fixierung des Blicks auf letzte kleinste Elemente gibt es keine ‚Handelnde‘ (‚agency‘) mehr, damit keine ‚Werte‘ und keine ‚Bedeutung‘. Eine ‚teleologische Sprache‘ ist verpönt. Newtons Gesetze induzieren einen umfassenden Determinismus (allerdings noch mit einer umkehrbaren Zeit!). Theistische Gottesauffassungen tendieren nun zu ‚Deistischen‘ (Gott als ‚Uhrmacher‘-Typ…); Gott interveniert nicht mehr. (vgl.S.15) Ein ‚freier Wille‘ wird fragwürdig. Wie soll der Geist mit einem mechanistischen Körper interagieren? Descartes kreiert den expliziten Dualismus.(vgl. S.15)
ARGUMENTE GEGEN EINEN NAIVEN REDUKTIONISMUS
(12)Kauffman zitiert auf den SS.19-21 den Physiker und Nobelpreisträger Philip W.Anderson, der in einer Arbeit 1972 darauf aufmerksam gemacht hat, dass es mit steigender Komplexität in der Anordnung der Atome in Moleküle ‚Symmetriebrüche‘ dahingehend gibt, dass die Lokalisierung der Atome in diesen Verbindungen ab einem bestimmten Punkt nicht mehr in alle mögliche Richtungen stattfindet, sondern nur noch in bestimmte (man spricht von ‚Chiralität‘ im Sinne von ‚Rechts-‚ oder ‚Linkshändigkeit‘). Dies bedeutet, dass auf einer ‚höheren‘ Organisationsebene ‚Phänomene‘ ‚real‘ werden, die sich nicht aus den einzelnen ‚Bestandteilen‘ ‚ableiten‘ lassen. Ein Reduktionismus würde hier nicht nur nichts erklären, sondern würde – im Gegenteil – reale Phänomene ‚leugnen‘.
(13)Kauffman zitiert auf den SS.22f nochmals Anderson mit einer Überlegung zur Berechenbarkeit und dass dieser Berechenbarkeitsbegriff nicht auf physikalischen Eigenschaften beruht. Hier gehen nach meinem Verständnis aber verschiedene Dinge durcheinander. (i) Die Vermischung des Konzepts ‚Turingmaschine‘ von Turing mit dem Rechnerarchitekturkonzept von von Neumann: Turing hatte keine Rechnerarchitektur beschrieben sondern ein logisch-mathematisches Konzept für Berechenbarkeit formuliert, das keinerlei Annahmen bzgl. einer bestimmten Architektur trifft (im Gegensatz zu von Neumann); (ii) die Anführung der Unentscheidbarkeits- und Unvollständigkeitsbeweise von Goedel und Turing an dieser Stelle wirken ein wenig ‚Beziehungslos‘; man weiß nicht so richtig, was sie hier sollen; (iii) die Beweise mit Hilfe der Turingmaschine sind nicht an konkrete physikalische Eigenschaften geknüpft: dies benutzt Anderson/ Kauffman als Argumente gegen den Reduktionismus. Hier zeigen sich Eigenschaften auf einer ‚höheren Ebene‘, die sich nicht auf einzelne Bestandteil zurückführen lassen.
(14)Kauffman erwähnt auf SS.23f das philosophische Konzept der ’supervenience‘ (von vielen einzelnen Aussagen auf einer ‚tieferen‘ Ebene auf eine Aussage auf einer ‚höheren‘ Ebene schließen, wobei die ‚höhere‘ Ebene ‚types‘ (Typen, Klassen) verkörpert und die tiefere (Realisierungs-)Ebene ‚token‘ (Instanzen, Elemente der Klassen). Diese Einlassung bleibt allerdings zu vage, um ihre Tragweite beurteilen zu können.
(15)Kauffman zitiert dann einen anderen Nobelpreisträger, den Physiker Robert Laughlin (SS.24f). Am Beispiel von Gasen und festen Körpern macht Laughlin darauf aufmerksam, dass viele reale Eigenschaften von solchen großen Aggregaten nur messbar und definierbar sind auf der Ebene der Gesamtaggregate; eine Rückführung auf die einzelnen Bestandteile macht keinen Sinn.
(16)Kauffman zitiert ferner (S.25) den Physiker Leo Kadanoff (kein Nobelpreisträger, aber lange Jahre Präsident der amerikanischen Gesellschaft der Physiker (‚American Physical Society (APS)‘). Er konnte aufzeigen, dass die Navier-Stokes Gleichungen für das Verhalten von Flüssigkeiten, die nicht quantenmechanisch abgeleitet werden können, von einem idealisierten (mathematischen) Modell abgeleitet werden können. Auch diese Eigenschaften hängen also nicht ab von den zugrunde liegenden Elementen/ Teilchen/ Strings.
(17)Auf den SS.25-27 erwähnt Kauffman das Beispiel der klassischen Thermodynamik von Sadi Carnot, nach dem (2.Hauptsatz der Thermodynamik) die Entropie in einem geschlossenen System nur zunehmen kann. Dies bedeutet, dass die Zeit nur eine Richtung kennt. Damit entsteht ein Widerspruch zur klassischen Mechanik von Newton, in der die Zeit sowohl ‚vorwärts‘ wie auch ‚rückwärts‘ laufen konnte. Boltzman, Gibbs und andere haben zwar versucht, diesen Widerspruch durch Einführung der statistischen Mechanik zu lösen (alle Elemente streben dem Zustand einer ‚höheren Wahrscheinlichkeit‘ zu), aber diese Begründung erfolgt nicht aus den Elementen selbst, sondern aufgrund von Zusammenhängen, die über die einzelnen Elemente hinausgehen (Kauffman zitiert stattdessen ein anderes Argument, das mich nicht überzeugt).
(18)Auf den SS.27f diskutiert Kauffman das Problem der Naturkonstanten. Das Standard-Modell der Physik vereint mit der allgemeinen Relativitätstheorie können das bekannte Universum nur erklären, wenn sie 23 spezielle Naturkonstanten annehmen. Die konkreten Werte dieser Konstanten lassen sich nicht irgend woher aus einem Modell generisch ableiten, sondern müssen speziell, von Hand, bestimmt werden. Verändert man einzelne Werte auch nur geringfügig, dann hätten wir ein vollständig anderes Universum. Nach dem Physiker Lee Smolin würde schon eine Abweichung in der Größenordnung von (1/10)^27 das Universum ‚lebensunfreundlich‘ machen. (Vgl.S.28). Diese speziellen Makroeigenschaften lassen sich in keiner Weise aus den bekannten Eigenschaften der einzelnen Elemente/ Teilchen/ Strings ableiten. Sie zeigen sich nur im Zusammenhang.
(19)Mögliche Antworten (vgl. S.28f) sind das starke und das schwache anthropische Prinzip: (i) Im starken anthropischen Prinzip wird ein Schöpfer-Gott angenommen, der die Welt genauso geschaffen hat, wie sie nun mal für ‚Leben‘ günstig ist. Dies ist aber keine überzeugende Antwort. (ii) Im schwachen anthropischen Prinzip nimmt man eine Vielzahl von Welten an. Einige von diesen haben die Parameter so, wie sie für das Leben ‚günstig‘ sind; unser Universum ist eines davon.
(20)Die Annahme einer Vielzahl möglicher Universen hat bislang die meisten Argumente für sich. Die Position des klassischen Reduktionismus wirkt in diesem Kontext mehrfach unglaubwürdig und letztlich argumentativ schwach.
DIE NICHTREDUZIERBARKEIT DER BIOLOGIE AUF DIE PHYSIK
(21)Auf den Seiten 31-43 entwickelt Kauffman zusätzliche Argumente, warum der klassische Reduktionismus nicht funktioniert, indem er die Besonderheiten der Biologie thematisiert. Allerdings springt er nach meinem Verständnis bisweilen zwischen verschiedenen Argumenten im Text hin und her, was die Argumentation erschwert.
(22)So ist der anfängliche Hinweis des Einflusses von Malthus auf Darwin wenig geeignet, die Besonderheit des Phänomens des Biologischen heraus zu stellen. Dies ist schon eher gegeben mit der Einsicht Darwins, dass zwischen der Elterngeneration und der Kindgeneration Veränderungen stattfinden können, die je nach Kontext mehr oder weniger ‚erfolgreich‘ sein können. Dies führte einerseits zum Aufsprengen des statischen Klassifikationssystems von Carl Linnaeus (vgl. S.32) und erlaubte eine zunehmende ‚logische‘ Interpretation der geologischen Befunde. (vgl.S.33) In den 1930igern vereinigte sich das evolutionäre Konzept Darwins mit der modernen Genetik (Mayer, Dobzhansky u.a.), weiter intensiviert durch die Erkenntnisse der Molekularbiologie ab den 1950igern (Watson, Crick u.a.).(vgl. S.33) Das Feststellen von Eigenschaften auf höherer Ebene der Komplexität, die sich nicht aus den zugrunde liegenden Elementen direkt ableiten lassen, nennt Kauffman dann ‚epistemologische Emergenz‘ (also etwa ‚Emergenz aus erkenntnistheoretischer Sicht‘), und die reale Gegebenheit von biologischen Strukturen höherer Komplexität bezeichnet er als ‚ontologische Emergenz‘. (vgl. S.34)
(23)Die Entstehung der vielen, immer komplexeren Arten, dazu stark variierend, lässt sich nach Kauffman nicht allein aus den beteiligten Elementen ableiten. Dies ist allein schon deshalb schwierig, weil viele wichtige beteiligten Faktoren ‚zufälliger‘ Natur sind. (vgl. S.37f) Dazu kommt aber noch ein ganz anderer Umstand. Nimmt man – mit den meisten Physikern – an, dass die Raum-Zeit kontinuierlich ist [Anmerkung: was nicht zwingend der Fall sein muss], dann hat Georg Cantor (1845 – 1918) aufgezeigt, dass die reellen Zahlen eine überabzählbar große Menge darstellen. Dies bedeutet, man kann sie nicht aufzählen. Dies wiederum bedeutet, dass es keinen Computer geben kann, diese Menge zu simulieren. Dies gilt dann auch für ein Universum mit einer kontinuierlichen Raum-Zeit.(vgl. S.39f)
(24)Dieses letzte Argument von Kauffman mit der Nichtaufzählbarkeit empfinde ich als wenig zwingend (wenngleich die Nichtaufzählbarkeit als solche natürlich Fakt ist). Wichtiger sind vielmehr jene Argumente, die auf zentrale Eigenschaften des Biologischen abheben, die sich nicht aus den Bestandteilen alleine ableiten lassen. In diesem Sinne verweist Kauffman auf den Umstand, dass der Mechanismus der Selbstreproduktion nicht an ein bestimmtes Material gebunden ist und sich von daher im gesamten Universum ‚irgendwo‘ ereignen könnte. (vgl. S.40f) In diesen Zusammenhang gehört das Astrobiologie-Programm und die Entwicklung einer ‚Allgemeinen Biologie‘, die über die Bedingungen des Lebens auch jenseits der Bedingungen auf der Erde nachdenkt.
(25)Kauffman spekuliert dann auch darüber, dass die Entdeckung des evolutionären Prinzips durch Darwin nicht nach dem Muster der ‚Induktion‘ entstanden sei, also viele einzelne Beispiele und dann eine verallgemeinernde Idee, sondern dass Darwins Überlegungen auf einer komplexeren Ebene abgelaufen seien, auf der er seine Konzepte definiert habe. (vgl.41-43) Diese Überlegungen erscheinen mir sehr spekulativ und wenig hilfreich. Entscheidend ist, ob wir empirische Phänomene einer Art P haben, die sich nicht aus den Eigenschaften P‘ vermuteter ‚einfacherer‘ Bestandteile direkt ableiten lassen. Wenn nicht, dann haben wir mit den Phänomenen P ‚genuine‘ empirische Phänomene, die erst auf einer höheren Organisationsstufe ’sichtbar‘ werden. Ob diese Einsichten ‚induktiv‘ oder ‚deduktiv‘ gewonnen wurden, spielt keine Rolle.
(26)Als solche ‚genuinen‘ Eigenschaften der Biologie nennt Kauffman Eigenschaften wie sie mit den Begriffen ‚Leben‘, ‚Handelnder‘, ‚Wert‘, ‚Bedeutung‘, ‚Bewusstsein‘ bezeichnet werden.
URSPRUNG DES LEBENS
(27)Auf den SS.44-71 versucht Kauffman, den Ursprung des Lebens mit den Augen einer Allgemeinen Biologie zu bestimmen, die als Disziplin nicht nur völlig eigenständig gegenüber einer Physik ist, sondern darüber hinaus diese sogar beeinflussen und herausfordern kann. [ANMERKUNG: in einem Gespräch mit meinem Freund, dem Physiker MW (nicht zu verwechseln mit dem Physiker vom Cafe Siesmayer, das war der Freund und Physiker MK), hatten wir letztlich den Punkt der Disziplingrenzen diskutiert. Er meinte, dass es keine klaren Grenzen gäbe, wo die Physik anfängt oder aufhört. Letztlich hat die Physik einen ganz allgemeinen Erklärungsanspruch bzgl. der erfahrbaren Natur. Wenn sie das Biologische als eigenständiges Naturphänomen akzeptieren würde – woran sie niemand hindern kann außer sie sich selbst – dann gäbe es keine Abgrenzung hin zur Biologie).
(28) Die Ideen zur Entstehung des Lebens konzentrieren sich letztlich um die Frage eines geeigneten Modells, die Entstehung einer biologischen Zelle zu erklären. Eine Zelle wird dabei als ein ‚offenes System‘ angenommen, das sich nicht in einem Gleichgewichtszustand‘ befindet und zur Erhaltung dieses Nicht-Gleichgewichts beständig Energie zuführen muss. Zusätzlich besitzt sie die besondere Eigenschaft, sich selbst vollständig zu Duplizieren. (vgl.S.46f) Da eine ’normale‘ Zelle schon sehr komplex ist, wird nach ‚einfacheren Vorläuferstufen‘ gefragt, aus denen sich dann das komplexere Modell herleiten lässt.
(29)Nach Kauffman versteht die Wissenchaft bis heute nicht genau, wie die Verdopplungsfähigkeit genau funktioniert. Er will daher zunächst der Frage nachgehen wie sich Moleküle in einfachen Systemen reduplizieren können.(vgl.S.47)
(30)Kauffman diskutiert dann mehrere Theorieansätze (vgl. SS.47-54), bis er den Theorieansatz vorstellt, den er ‚kollektive Autokatalyse‘ nennt. Damit ist gemeint, dass die Molküle einer Menge sich zwar nicht selbst reproduzieren können, aber sie dienen sich wechselseitig als Katalysatoren, dass andere Moleküle dies tun können.(vgl. S.55) In diesem Sinne sind z.B. die Zellen in unserem Körper ‚autokatalytische‘ Zellen: die einzelnen Moleküle in der Zelle können sich selbst nicht vermehren, aber die Zelle als ganze wirkt als Katalysator dafür, dass die vielen Moleküle im Innern der Zelle dies können.(vgl.S.56) Dies bedeutet, dass das Gesamtverhalten ein wesentlicher Faktor darstellt, damit zwischen den Elementen bestimmten Reaktionen möglich sind.(vgl. S.58f)
(31)Für die Theorie der autokatalytischen Mengen benutzt Kauffman das Konzept des ‚Zufallsgraphen‘ (random graphs) von Paul Erdös und Alfréd Rényi (1959), der dann zum Konzept des ‚chemisch-Reaktionsgraphen‘ erweitert wird. Die verschiedenen chemischen Reaktionen werden dann in Form unterschiedlicher verbindender Kanten/ Pfeile repräsentiert. (vgl.SS.61ff) Mit Hilfe dieses Graphenkonzeptes lässt sich einfach ein ‚aktueller‘ Zustand definieren und ein ‚Nachfolgezustand‘, durch den die Menge der ‚möglichen neuen Nachbarn‘ (‚the adjacent possible‘) definierbar wird.(vgl.S.64) Im Übergang zu den neuen Nachbarn wird ein neuer aktueller Zustand zusammen mit den soeben neuen Nachbarn definiert, der wieder neue Nachbarn erlaubt, usw. Mit Hilfe dieses ‚Ausbreitungskonzeptes‘ will Kauffman auch ‚Kreativität‘ definieren, die Kreativität des Universums. (vgl. S.64) Simulation einfacher Modelle solcher autokatalytischer Mengen haben nun gezeigt, dass ab einer bestimmten Anzahl von Elementen die ‚Reaktionsdichte‘ natürlicherweise zunimmt, was dann sehr schnell zu großen ‚Clustern‘ führt.(vgl.S.65f)
(32)Andere haben diese Modelle dahingehend weiterentwickelt, dass sie sich ‚vererben‘ können und bei dieser Vererbung Veränderungen erlauben.(vgl. S.67f) Weitere Eigenschaften (Quellen von freier Energie, Metabolismus) lassen sich in dieses Modell integrieren. (vgl.SS.68-70) Noch ist offen, ob sich dieses mathematische Modell voll lauf reale Molekülmengen anwenden lässt. Klar ist allerdings, dass sich die Eigenschaften des Gesamtsystems nicht aus den Bestandteilen alleine herleiten lässt. Ein klassischer Reduktionismus wäre also ausgeschlossen.
(33)Fortsetzung folgt … kritische Auseinandersetzung am Schluss…
(1) Für das anvisierte Großprojekt ‚Sichtbarmachung des Geistes‘ (in Frankfurt, der Stadt Goethes, der einen Faust 1+2 geschrieben hat) ist es hilfreich, den zentralen Begriff ‚Geist‘ ein wenig zu lokalisieren. Angesichts der nahezu unerschöpflichen Quellenlage zum Thema ‚Geist‘ mag dies auf den ersten Blick als ein scheinbar hoffnungsloses Unterfangen erscheinen.
(2) Da es hier aber in erster Linie nicht um eine ‚Begriffsgeschichte‘ der Wortmarke ‚Geist‘ gehen soll, sondern um eine systematischen Gebrauch des Begriffs im Kontext einer expliziten Theorie, wird es genügen, die Annahmen dieser Theorie darzustellen.
(3) Beim aktuellen Stand der Reflexion werden es drei zentrale Begriffe sein, die in der anvisierten Theorie zentral Verwendung finden werden: ‚Geist‘, ‚Intelligenz‘ und ‚Bewusstsein‘. Während hier im Blog eher informell und auf Deutsch über diese Dinge nachgedacht wird, wird die eigentlich Theorie auf Englisch geschrieben in Gestalt verschiedener Vorlesungsskripte (siehe http://www.uffmm.org). Ob aus all dem jemals mal ein ‚Buch‘ im klassischen Sinne werden wird, ist momentan offen. Für potentielle Leser wäre es sicher eine Erleichterung.
(4) Auch wenn man nicht in die Tiefen und Verästelungen einer vollständigen Begriffsgeschichte hinabsteigen möchte, um die den Begriffen ‚Geist‘, ‚Intelligenz‘ und ‚Bewusstsein‘ innewohnende Vieldeutigkeit und damit einhergehende Vagheit zu verdeutlichen, genügt ein kleines Selbstexperiment mit aktuellen Wörterbüchern, um sehr schnell zu merken, auf welch schlüpfrigem Boden man sich begibt, will man diese Begriffe systematisch benutzen (siehe Eintrag unten und Bild).
Differenzen zwischen Deutsch-Englischen Wortfeldern bei Geist, Intelligenz, Bewusstsein
5) Wie man im Schaubild ‚Wortverweise zu ‚Geist‘, ‚Intelligenz‘, ‚Vernunft‘, ‚Bewusstsein‘ sehen kann (und in den Einträgen im Anhang), führt ein Hin- und Her Übersetzen selten zum Ausgangswort zurück. Und dies hier nur im Falle von Deutsch und Englisch. Bedenkt man, dass alle diese Begriffe eine mehrhundertjährige Vorgeschichte in der griechischen Kultur haben, die wiederum über das Latein und das Arabische in die modernen Sprachen Deutsch und Englisch transferiert wurden (ohne Berücksichtigung all der vielfältigen Wechselwirkungen mit den anderen umgebenden Kulturen) , so kann man ahnen, dass eine begriffsgeschichtliche Vorgehensweise zwar sehr anregend sein könnte, aber letztlich keinen wirklichen Beitrag zu dem leisten kann, um das es hier geht: die Benutzung bestimmter Termini in einer aktuellen systematischen Theorie mit empirischen Bezug.
ZIEL DES EXPERIMENTES 1
6) In einer informellen Darstellungsweise könnte man sagen, dass es im Geist-Sichtbarmachungs-Experiment (Mind-Visibility-Generation-Experiment) darum geht, zu zeigen, wie unter Berücksichtigung der kosmischen Rahmenbedingungen (im Sinne der Astrobiologie), der evolutionären Prozesshaftigkeit (im Sinne der Evolutionsbiologie), ausgehend vom beobachtbaren Verhalten (im Sinne verhaltensbasierter Wissenschaften) und unter Berücksichtigung struktureller Eigenschaften von Körpern (im Sinne von Anatomie, Neurowissenschaften,…) plausibel gemacht werden kann, wie die anhand von definierten Aufgaben messbare ‚Intelligenz‘ (im Sinne der empirischen Psychologie) mit einem ‚Geist‘ korrespondiert, der für eine bestimmte Menge von Funktionen steht, die den Strukturen eines Körpers eine spezifische Dynamik verleihen. Das mit ‚Bewusstsein‘ Gemeinte wird dabei angenommen als eine Teilfunktion des ‚Geistes‘.
THEORIEVORAUSSETZUNGEN
7) Wie bei jeder Theorie kann man auch hier unterscheiden zwischen der Theorie selbst und ihrer Hervorbringung. Während die Theorie selbst ein irgendwie geartetes formales Gebilde ist, das von den ‚Theoriemachern‘ (Wissenschaftlern, Ingenieuren) mittels Experimenten auf bestimmte Wirklichkeitsausschnitte bezogen wird, müssen die Theoriemacher individuell spezifische Erkenntnisvoraussetzungen mitbringen, ohne die die Formulierung und koordinierte Nutzung einer Theorie nicht möglich ist. Wir nennen diese postulierten notwendigen Erkenntnisvoraussetzungen hier die ‚minimale kognitive Struktur (MKS)‘ (oder Englisch: ‚minimal cognitive structure (MCS)‘ in dem Sinne, dass jedes virtuelle System, das die gleichen minimale kognitive Struktur besitzen würde, in der Lage wäre, die gleiche Theorie zu formulieren und anzuwenden.
ZIEL DES EXPERIMENTES 2
8) Das Hauptziel des ‚Geist-Sichtbarmachungs-Experimentes (GeiSichtExp)‘ ist genau dieses: virtuelle Systeme entstehen zu lassen, die den minimalen kognitiven Strukturen von Tieren und Menschen so entsprechen, dass sie die gleichen Weltmodelle und dazu gehörigen Verhaltensweisen hervorbringen können. Damit würden diese virtuellen Systeme ‚verhaltensidentisch‘ zu Tieren und Menschen und die Frage nach dem Unterschied zwischen der ‚Natur‘ oder dem ‚Wesen‘ des mit ‚Geist Gemeintem‘ beim Tier und Mensch einerseits sowie den virtuellen Systemen andererseits würde darauf hinauslaufen, ob der ‚Material‘, aus dem die jeweiligen Systeme ‚gebaut‘ sind, eine ‚wesentliche‘ Rolle zukommt.
ENTKOPPLUNG VON BIOLOGISCHEN STRUKTUREN
9) Bei biologischen Systemen hat die Struktur des Körpers, speziell auf der Ebene der Zellen, überwiegend mit der Beschaffung und Erhaltung der Energie zu tun, mit der Erhaltung und Weitergabe von Bauinformationen, mit Wachstum und Koordinierung, usw. und nur zum kleineren Teil mit aktueller Informationsverarbeitung. Würde man das ‚Wesen des Geistes‘ auf die Informationsverarbeitung im engeren Sinne beschränken — was hier im ersten Ansatz versuchsweise getan wird –, dann wäre der größere Teil des Körpers für den Geist nicht direkt relevant. Damit verschärft sich die Plausibilität dafür, dass Strukturen zur Ermöglichung von Informationsverarbeitung im Sinne eines ‚Geistes‘ auch mit anderen Mitteln realisiert werden können. Dies wäre ein erstes Argument dafür, dass das ‚Phänomen des Geistes‘ nicht an die typischen biologischen Strukturen gebunden sein muss.
10) Die Sichtbarmachung von ‚Geist‘ in diesem beschränkten Sinne erscheint prinzipiell machbar, wenngleich aufgrund der implizierten Komplexität nicht einfach. Ein ‚Hobbyprogrammierer um die Ecke‘ wird es nicht schaffen (genauso wenig wie die milliardenschweren Neuro-Simulatoren, die allenthalben entstanden sind bzw. entstehen).
NICHT ALLE FRAGEN BEANTWORTET
11) Die tieferliegende Frage nach dem ‚Geist‘ als einer ‚innewohnenden Eigenschaft der Energie‘ als Ausgangspunkt jeglicher Strukturbildung im Universum würde durch das ‚Geist-Sichtbarmachungs-Experiment‘ jedoch noch nicht beantwortet. Allerdings wäre dies ein Schritt in die Richtung einer möglichen Beantwortung, eine mögliche Motivation, um das Fragen und Experimentieren zu intensivieren.
SUBJEKTIVE WIDERSTÄNDE
12) Die meisten Leute, mit denen ich bislang über dieses ‚Geist-Sichtbarmachungs-Experiment‘ sprechen konnte, tun sich bislang aber überhaupt schwer, diesem Experiment einen Sinn ab zu gewinnen. Die ‚Widerstände‘ für ein ‚Mitdenken‘ sind vielfach. Grundsätzlich tun sich Menschen schwer, über sich selbst nach zu denken. Und wenn überhaupt, dann hat man aus der Vergangenheit bestimmte liebgewordene Bilder, die den Menschen als etwas ‚Besonderes‘ gegenüber allem anderen sehen, als ein mit ‚Geist‘ (und möglicherweise noch ‚Seele‘) ausgestattetem Wesen, dessen Bezug zum Ganzen des Universums trotz Wissen um die Evolution irgendwie und irgendwo nicht so richtig gesehen wird. Die unterschiedlich kursierenden religiösen (hinduistisch, buddhistisch, jüdisch, christlich, muslimisch, …) Deutungsmustern tun ihr ihriges, um den Blick nicht frei zu bekommen, für das ’neue Bild‘ eines — möglicherweise — durch und durch geistigen Universums mit einer darin implizierten eigentümlichen ‚Liebe‘ und ‚Verantwortung‘. Nach allem, was bislang bekannt ist, geht es nicht um ‚weniger‘ Religion, sondern eher um ‚mehr‘. Und wie wir wissen, ist der Weg vom Kind zum erwachsenen, verantwortungsvollen Menschen lang und beschwerlich. Und nicht wenige verweigern auf diesem Weg die notwendigen Einsichten und Konsequenzen. Der Preis der Freiheit ist die Möglichkeit der Verweigerung. Freiheit durch ‚Zwang‘ zu ersetzen hilft in der Regel nicht, da damit die notwendige ‚Reife‘ im einzelnen nicht durch einen eigenen Lernprozess entstehen kann. ‚Zwangsgesellschaften‘ erzeugen auf Dauer ihren eigenen Untergang.
Theoretischer Rahmen für das GEIST-SICHTBARMACHUNGS Projektes
THEORIERAHMEN 2
13) Die benutzte Theorie benutzt drei Komponenten: (i) eine Menge von definierten Aufgaben (‚Tasks‘), die eine Art Umgebung (‚environment‘) für lernende Systeme darstellen; (ii) die zu untersuchenden (lernenden) Systeme (‚Systems‘); (iii) die Interaktion dieser Systeme mit den Aufgaben der Umgebung.
AUFGABEN
14) ‚Aufgaben‘ sind theoretisch definierte Mengen von ‚Zuständen‘, die man in mindestens einen ‚Anfangszustand‘ (’start state‘), mindestens einen ‚Zielzustand‘ (‚goal state‘), sowie einer — eventuell leeren — Menge von ‚Zwischenzuständen‘ (‚intermediate states‘) einteilen kann. Von einem Zielzustand muss es mindestens einen ‚Pfad‘ (‚path‘) zu mindestens einem Zielzustand geben. Dieser wird ‚Lösungspfad‘ (’solution path‘) genannt. Interessant sind die ‚kürzest möglichen‘ Lösungspfade. Kann man einen Lösungspfad angeben, so kann man — unter Voraussetzung feststehender Interaktionen (s.u.) — auch die zum Lösungspfad notwendigen Folgen von Interaktionen angeben, die als solche eine ‚idealisierte empirische Verhaltensfunktion‘ (Phi hoch i‘, φi) definieren. Diese idealisierte empirische Verhaltensfunktion φi kann dann als Sollwert (Norm) benutzt werden, um tatsächliche empirische Verhaltensfunktionen damit zu vergleichen (messen).
SYSTEME
15) Die ‚Systeme‘ innerhalb der verwendeten Theorie sind allesamt ‚offene‘ Systeme, d.h. ‚Input-Output-Systeme‘, die über diverse Wahrnehmungen und Aktionen im kontinuierlichen Austausch mit der jeweiligen Umgebung stehen. Unter Bezug auf eine unterstellte Verhaltensfunktion (phi hoch t, φt: I —> O) kann man dann grob unterscheiden zwischen ‚reaktiven‘ und ‚adaptiven‘ Systemen. ‚Reaktive‘ Systeme (φt: I x IS —> O) verfügen zwar über interne Zustände IS, die in das Verhalten einfließen, diese internen Zustände IS können jedoch nicht wesentlich verändert werden. Im Gegensatz dazu können ‚adaptive‘ Systeme (φt: I x IS —> IS x O) ihre internen Zustände IS hinreichend verändern. Die jeweilige Implementierung der internen Zustände IS (mittels z.B. biologischer Zellen, neuronaler Zellen, Classifier, Graphen) spielt keine wesentliche Rolle. Bislang kann man allerdings ‚technische‘ System von ‚biologischen‘ Systemen meistens dadurch unterscheiden, dass biologische Systeme zwischen einem ‚Genotyp‘ und einem ‚Phänotyp‘ unterscheiden. Der Phänotyp entsteht aus einem Genotyp durch einen Wachstumsprozess, bei dem anhand von genetischen Ausgangsinformationen ein interaktiver Prozess angeregt wird, in dessen Verlauf der Phänotyp (salopp: Körper) entsteht. Der Phänotyp trägt über ‚Fortpflanzung‘ zum Erhalt der genetischen Informationen bei. Bei diesem Prozess können die genetischen Informationen mit Zufallseinflüssen verändert werden. Auf diese Weise können genau jene genetischen Informationen selektiv überleben, deren Phänotypen sich in einer bestimmten Umgebung besonders ‚bewähren‘. Bei technischen Systemen fehlt diese genetische Rückkopplung bislang aufgrund der hier anfallenden Komplexität einerseits und des für solche Prozesse notwendigen Zeitbedarfs.
INTERAKTIONEN: STIMULUS (S), RESPONSE (R)
16) Die ‚Interaktion‘ eines Systems mit seiner Umgebung geschieht einmal über solche Umweltereignisse, die das System als ‚Reize’/ ‚Stimuli‘ (S) ‚wahrnehmen‘ kann sowie über solche Veränderungen an der Außenseite (Interface, Schnittstelle) seines Systems, die als ‚Antworten’/ ‚Responses‘ (R) auf die Umgebung ‚einwirken‘ können. Sofern solch eine Reaktion ‚R‘ von einem bestimmen Stimulus ‚S‘ abhängig ist, spricht man auch von einem Stimulus-Response-Paar (s,r) ∈ S x R. Die Menge aller solcher Stimulus-Response Paare, die für ein bestimmtes System als ‚charakteristisch‘ beobachtet werden können, wird hier als ‚empirische Verhaltensfunktion‘ (φe) bezeichnet. Handelt es sich bei dem System unter Beobachtung um eine biologisches System, ist es eine ‚empirisch-empirische‘ Verhaltensfunktion (φe,e), im Falle von technischen Systemen um eine ‚empirisch-technische‘ Verhaltensfunktion (φe,t). Empirische Verhaltensfunktionen kann man mit idealisierten (‚gesollten‘) Verhaltensfunktionen (φi) vergleichen. Stimmen die empirischen Funktionen mit den idealisierten ‚hinreichend überein‘, dann kann man sagen, dass ein System den für eine Aufgabe zu leistenden minimalen Lösungspfad ‚gelernt‘ hat. Zwischen einer vollständigen (100%) und keiner (0%) Übereinstimmung mag es viele charakteristische Varianten geben.
17) Innerhalb des hier skizzierten theoretischen Rahmens lassen sich alle bis heute bekannten reaktiven und adaptiven Systeme behandeln. Im Laufe des Experimentes werden einige dieser Systeme real vorgestellt werden. Alle beobachtbaren Leistungen sind über definierte Aufgaben beschreibbar und dadurch mit dem Verhalten realer biologischer Systeme vergleichbar. Die Einbeziehung des genotypischen Lernens ist angezielt, aber weitgehend abhängig von der Verfügbarkeit geeigneter Ressourcen.
QUELLENNACHWEISE
Abfrageergebnisse in www.leo.org (Abfrage vom 27.Dez.2012)
Dieser Blogeintrag geht zurück auf einen Vortrag, den ich auf der Jahrestagung der deutschen Sektion von YPO (Young Presidents Organization) gehalten habe. Der ursprüngliche Titel lautete „Das Digitale als Synomym für berechenbare Prozesse“. Als der Text zu diesem Vortrag fertig war (am Tag davor) deutete sich schon an, dass der Vortrag eigentlich eine weitere, sogar eine weiterführende Botschaft enthielt, die sich im ursprünglichen Titel nicht so widerspiegelte. Während ich den Vortrag dann hielt wurde mir klar, dass – in der Tat – der eigentliche Inhalt ein anderer war; der ursprüngliche Titel war nicht falsch, aber zu ‚eng‘.
Da ich jeden Vortrag nur einmal halte und mir für den Vortrag immer eine Problemstellung vornehme, die ich selber gerne geklärt haben möchte ohne zum Zeitpunkt er Themenstellung schon zu wissen, ob es wirklich so gehen wird, gibt es immer diese fluktuierenden Überlegungen und Formulierungen vorher, in denen das mögliche Thema um seine finale Gestalt ringt. Bislang war es immer so, dass es unmittelbar vor dem Vortrag eine starke Klarheit gab, im Vortrag selbst und in den anschließenden Fragen das Ganze nochmals heftig ‚aufleuchtete‘ und in den nachebbenden Gedanken und Gesprächen sich dann der ‚finale Gedanke‘ gezeigt hat.
So auch hier. Die benutzten Diagramme sind mit denen im Vortrag identisch, der Wortlaut nicht genau, aber dem Inhalt nach.
Ankündigungstext ohne Leser
Der folgende Text wurde von mir als Ankündigungstext verfasst, wurde dann aber doch nicht publiziert. Er gibt so ein wenig den ‚Flair‘ im Vorfeld wieder:
Wir leben in einer Zeit, in der die Computertechnik immer mehr Bereiche des täglichen Lebens durchdringt, uns in eine Symbiose mit dem Digitalen zwingt, der wir uns nur schwer bis gar nicht entziehen können: Im Haushalt, in der Haustechnik, beim Entwerfen und Bauen von Häusern, in der Musik, beim Fernsehen, bei der Filmproduktion, in den Verwaltungen, in der industriellen Produktion, bei der Verkehrssteuerung, in jedem Auto, in jedem Flugzeug, bei der täglichen Kommunikation,…und, und, und,…. Wie ist dies möglich? Wie kann eine Technologie für uns zu einer Art ‚zweiten Natur‘ werden? Wie kann eine einzige Technologie nahezu alle Lebensbereiche durchdringen? Wie kann Technik Eigenschaften annehmen, die wir eigentlich nur dem Menschen zuschreiben: Wahrnehmen, Begriffe bilden, Schlüsse ziehen, Wiedererkennen, Kreativ sein, Gefühle haben, Ansätze von Selbstbewusstsein? Wo führt dies hin? Wird uns die Computertechnik irgendwann doch überflüssig machen?
In seinem Vortrag wird Prof. Doeben-Henisch diesen Fragen nachgehen. Er führt zurück zum Ursprung des Computers, ins Zentrum der mathematischen Dispute um die Jahrhundertwende, die dann in den Personen von Kurt Goedel und Alan Matthew Turing zum neuen philosophisch-mathematischen Begriff ‚endlicher Prozess‘ bzw. zum Begriff der ‚Berechenbarkeit‘ führten. Der Mensch selbst stand Modell für das mathematische Konzept der Turingmaschine (1936/7), das dann wenige Jahre später zu realen Maschinen führte, die mit Relais, dann Röhren, schließlich mit Halbleitern demonstrierten, dass und wie man ‚rechnende Maschinen‘ bauen kann. Innerhalb von 60 Jahren eroberte diese Technologie die ganze Welt. Die binären Zustände der Computer zeigten sich mächtig genug, sich nahezu alles einzuverleiben: Zahlen, Texte, Bilder, Geräusche, Musik, Objekte, Gebäude, Pflanzen, Tiere, Abläufe, ganze Städte. Zur Zeit versuchen Forscher weltweit, Maschinen mit ‚künstlichem Geist‘ zu schaffen. Als Vorlage dient das menschliche Gehirn. Prof. Doeben-Henisch wird zeigen, warum wir im Moment keine Argumente haben, warum dies nicht gehen könnte.
Die Überlegungen zu den Grundlagen des menschlichen Geistes führen auch hinein in die Frage nach der Natur des Menschen, in seine Geschichte, in die Geschichte der Entstehung des Menschen, in die innere Logik der Evolution des Lebens auf der Erde. Die Forschung hat uns in den letzten 80 Jahren aufregende neue Einblicke in die Struktur des Lebens vermittelt, die wiederum verschränkt sind mit der Entwicklung des bekannten Universums selbst. Man kann sehen, dass das Digitale als lingua universalis berechenbarer Prozesse sich schon im Inneren des Biologischen selbst als ‚Sprache des Lebens‘ findet. Das Leben selbst als großer ‚Computer‘ oder, umgekehrt, der ‚Computer‘ als neue Spielart jenes Prinzips, das wir als Leben bezeichnen?
Dies sind einige der zentralen Themen, die im Vortrag angesprochen werden. Der Vortrag endet mit dem offensichtlichen Faktum der Ko-Evolution von Universum – Erde – biologischem Leben und digitaler Technologie. Was bedeutet dies für uns?
VORTRAG
(Anmerkung: Der geschriebene Text entspricht natürlich nicht exakt dem Wortlaut des frei vorgetragenen Vortrags)
Meine sehr verehrten Damen und Herren,
nachdem Sie in den vorausgehenden Vorträgen schon einiges gehört haben zu den vielfältigsten Phänomenen, die das Digitale in unserem heutigen Alltag hervorbringt, möchte ich mich in meinem Vortrag mehr der Frage nach der Maschinerie hinter diesen Phänomenen widmen. Was sind das für Strukturen, die all dies möglich machen? Welches Prinzip ist so mächtig, dass es all diese verschiedenartigen Phänomene hervorbringen kann, die dem Menschen in seinen Lebensvollzügen immer näher kommen, ja, bisweilen sogar schon zu inneren Bestand von diesen werden?
Für die Beantwortung dieser Frage werde ich Sie mit drei Konzepten bekannt machen, die auf erstaunliche Weise untereinander zusammenhängen: das Konzept der rechnenden Maschine, das neue Bild des Menschen und die Einbettung beider Konzepte in den Gang der Evolution. Und sie werden dann sehen, dass diese Zusammenschau der drei Konzepte etwas ganz Neues aufscheinen lässt, nämlich das Konzept ‚Geist‘ als jene Größe, die in all diesen Prozessen als etwas ‚aufscheint‘, was ’schon immer da ist‘. Würde dieser erste Eindruck zutreffen, dann würde es bei den Versuchen der ‚Erschaffung‘ eines ‚künstlichen‘ Geistes weniger darum gehen, etwas ‚Neues‘ zu ‚erschaffen‘, sondern mehr darum, etwas, das ’schon immer da ist‘, mit neuen Methoden ’sichtbar‘ zu machen.
Ich werde zum Ende daher auch kurz auf ein Experiment hinweisen, in dem wir genau dies tun: den ‚Geist‘ in Form eines ‚künstlichen‘ Geistes sichtbar machen.
Beginnen wir mit uns selbst, dem dem Menschen, dem homo sapiens sapiens.
DER MENSCH
VIELSCHICHTIG
Vielschichtigkeit des Menschen (Quellen: Synthese aus vier Bildern von Wikipedia (en), siehe Literaturnachweise)
[Bild: vier Sichten des Menschen] Ich möchte mit einem Schaubild beginnen, das zeigt, wie vielschichtig wir Menschen bei näherer Betrachtung sind. Sie sehen einmal links die Oberfläche des Menschen, wie sie sich uns darbietet, wenn wir uns nackt zeigen. Doch bei der Frage, ob wir den Menschen mit dieser Oberfläche gleich setzen sollen, werden wir dies verneinen müssen. Wir wissen heute, dass hinter bzw. unter dieser Oberfläche eine Fülle von hochkomplexen Organen zu finden ist, die durch ihre kontinuierliche Arbeit alle unsere Lebensprozesse ermöglichen. Was wären wir ohne Herz, Nieren, Lunge, Leber, Magen, Darm usw.? Zugleich wissen wir, dass all diese wunderbaren Organe im Chaos enden würden, gäbe es nicht das Nervensystem mit dem Gehirn, das all diese Tätigkeiten – ergänzend zum Blutkreislauf und zum Immunsystem –– koordiniert, anregt, steuert. Und dann noch das augenfällige System von Knochen und Gelenken, in sich ein überaus lebendes System, ohne das alle Haut und Organe in einen Zellklumpen zusammenstürzen würden, der alsbald verenden würde. Vier überaus komplexe Systeme, die vielfach ineinander greifen und in diesem Zusammenwirken das Gesamtkunstwerk menschlicher Körper in seiner Grundstruktur ermöglichen. Wissen wir damit, was und wer der Mensch ist? Haben wir die Psyche, den Geist, die Seele vergessen?
Bevor ich darauf eine Antwort versuche, hier ein kurzer Szenenwechsel. Im Film würden man sagen, ein harter Schnitt.
FORMALISIERUNG DER VIELFALT ALS SYSTEM
Formalisierung des Menschen als System mit Input und Output
[Bild: Box mit Eingang/ Ausgang und Verhaltensfunktion] Was Sie auf diesem Bild sehen können, ist ein Diagramm und eine kleine Formel.
Dieses Diagramm und diese Formel entspricht ein wenig der Art, wie ein mathematisch geschulter Ingenieur die zuvor präsentierte Vielfalt des Menschen hinschreiben könnte.
Die Box mit Überschrift ‚System‘ kann einen Menschen repräsentieren, der aus seiner Umgebung Stimuli – abgekürzt ‚S‘ – als Input ‚I‘ empfangen kann (also Augen, Ohren, Tastempfindungen usw.) und der über seinen Output ‚O‘ Reaktionen ‚R‘ an die Umgebung abgeben kann, also diverse Bewegungen, Schallereignisse, usw. Im Innern des Systems gibt es verschiedene interne Zustände (internal states, IS), die zum Funktionieren des Systems wichtig sind. Z.B. die diversen Organe, das Nervensystem, die Knochen, usw. Und zwischen all diesen Elementen, dem Input, den internen Zuständen und dem Output, gibt es einen funktionalen Zusammenhang, der im Bild einfach mit dem griechischen Buchstaben ‚phi‘ (Φ, φ) benannt wird.
Alternativ zu solche einem Diagramm würde man aber auch einfach die kürzere Formel hinschreiben, die genau das gleiche zum Ausdruck bringt: der funktionale Zusammenhang ‚phi‘ nimmt Inputwerte und aktuelle Zustände als Ausgangspunkt und berechnet daraus mögliche Änderungen der inneren Zustände und einen Output. Also, Beispiel, sie sitzen in einem Auto und sehen (=Input) eine rote Ampel. Da sie gelernt haben, bei Rot tunlichst stehen zu bleiben (=IS), verändern sie ihre Fußstellung und bremsen (=IS, O).
Dieses kleine Beispiel mag auch ein wenig verdeutlichen, wie Ingenieure vorgehen, wenn sie die vielfältige Wirklichkeit mit der Sprache der Mathematik vereinfachen und dadurch all die wunderbaren Dinge bauen können, die Sie jeden Tag wie selbstverständlich benutzen. Ohne diese mathematische Sprache würden wir noch immer steinzeitlich leben.
Betrachten wir noch ein weiteres Beispiel im Kontext des Menschen, das uns helfen wird, die Brücke zur rechnenden Maschine zu bauen.
GEHIRN UND NERVENZELLE
Gehirn als Teil der menschlichen Organe; daneben ein einzelnes Neuron (Quelle: zwei Bilder aus Wikipedia komponiert, aus Wikipedia (en), siehe Literaturnachweise)
[Bild: Gehirn links, Nervenzelle rechts] Werden wir ein wenig bescheidener und nehmen uns nur einen Teil des Menschen vor, sein Gehirn. Nach neuen Schätzungen umfasst ein Gehirn etwa 100 Mrd Neuronen (Kandel et al. 2012:S.21). Diese sind in der Regel nicht direkt miteinander verbunden.
Die typische Struktur eines Neurons sieht man rechts vom Gehirn. Es gibt genau einen Ausgangs (das Axon), der sich vieltausendfach verzweigen kann, sowie viele tausend Eingänge. In dem kleinen hervorgehobenen Kreis kann man die Eigenart der neuronalen Verbindungen erkennen: das Endstück eines Axons endet kurz vor der Oberfläche des Neurons; es bleibt ein kleiner synaptischer Spalt.
NERVENZELLE UND MEMBRAN
Neuron links mit Vergrößerung einer Synapse rechts. Neuronbild aus Wikipedia (en). Quelle siehe Literaturverzeichnis
[Bild: Neuron und Membran schematisiert] In dem nachfolgenden Bild ist dies schematisierend und vergrößert dargestellt. Die Oberfläche der empfangenden Zelle stellt eine Membran dar, die man postsynaptische Membran nennt, die zusammen mit dem Endstück des Axons eine Synapse bildet. Die Kommunikation zwischen Endstück und potsysnaptischer Membran wird über Moleküle (Transmittermoleküle) realisiert, die beim Auftreten eines elektrischen Potentials im Axon aus den Vesikeln entlassen werden. Diese diffundieren durch den synaptischen Spalt und können dort, falls sie ‚passen‘ an Rezeptormolekülen von Ionenkanälen andocken. Jede postsysnaptische Membran hat mehrere Tausend solcher Ionenkanäle. Docken diese Transmittermoleküle an den Rezeptoren an, öffnen sich die Ionenkanäle. Es findet dann ein schlagartiger Austausch von Ionen in und außerhalb der Membran statt. Dieser schlagartiger Austausch hat einen ebenso plötzlichen Wechsel des elektrischen Potentials zur Folge, was dann zu dem bekannten Ein-Aus-Signal eines Neurons führen kann.
Gäbe es nur Ionenkanäle, dann wäre mit dem einmaligen Öffnen der Kanäle – bildlich gesprochen – alles Pulver verschossen. Diese Membran würde nie mehr ein weiteres Signal erzeugen können. Das aber ist eigentlich ihre Aufgabe. Zu diesem Zweck gibt es noch einige tausend Ionenpumpen. Diese sind in der Lage Ionen gegen ein Konzentrationsgefälle von außen nach Innen oder umgekehrt zu pumpen. Dazu benötigen sie Energie. Da sie insgesamt langsamer arbeiten als der Ionenaustausch durch die Kanäle stattfindet, entstehen zwischen den einzelnen Signalereignissen Refraktionszeiten, in denen keine Schaltvorgänge möglich sind.
Sie sehen also, schon die vielen tausend Membranen einer einzigen Nervenzelle (es können bei einer Zelle mehr als 1 Mio sein!) bilden kleine, komplexe Maschinen, deren Funktion Signalerzeugung und Signalfluss im Gehirn ermöglicht.
Während ein Neurowissenschaftler zur Beschreibung einer Nervenzelle und des Gehirns auf alle diese unfassbar komplexen Details eingehen muss, kann ein Ingenieur, der ein künstliches Gehirn bauen möchte, sich fast entspannt zurücklehnen und die Frage stellen, welche Eigenschaften an einem Neuron denn wesentlich sind, um sein Schaltverhalten zu erfassen.
Eine typische Antwort würde so aussehen:
NERVENZELLE MATHEMATISCH
Formalisierung eines Neurons durch Konzentration auf die Schalteigenschaften
[Bild: Nervenzelle mathematisch] Sie sehen wieder ein Box, dieses Mal ‚Neuron‘ genannt. Der ‚Input‘ zu dieser Box bilden die Endstücke von anderen Neuronen. Im Bild sind es drei Eingänge, es könnten aber n-viele sein. Dazu ein Ausgang, das Axon, das sich auf n-viele viele andere Neuronen – letztlich auch auf sich selbst – verteilen kann. In der Box können Sie drei einfache Formeln erkennen, die drei aufeinander folgende Verarbeitungsstufen repräsentieren. In der ersten Stufe werden die mit wij gewichteten Aktionspotentiale aij der einzelnen Eingänge summiert zum Wert net_j. Dann wird mittels der Aktivierungsfuntkion f_act berechnet, ob diese summierten Eingangssignale zusammen mit dem letzten Aktionspotential a_j einen vorgegebenen Schwellwert theta (θ) überschreiten oder nicht. Falls der Schwellwert überschritten wird, wird ein neues Aktionspotential a_j erzeugt, das dann schließlich mit der Ausgabefunktion f_out in einen geeigneten Ausgabewert umgerechnet wird.
Genauso wenig wie eine einzelne Schwalbe bekanntlich einen Frühling macht, genauso wenig kann man mit einem einzelnen Neuron etwas interessantes anfangen. Der Ingenieur muss sich also noch etwas einfallen lassen, wie er die vielen Neuronen zusammenbringt. Vielleicht ahnen Sie schon, was jetzt kommt:
KÜNSTLICHES GEHIRN
Übergang von einm Zeitpunkt zum nächsten, beschrieben mit Vorschrift ’syn‘
[Bild: Mengen von Neuron-Verbindungen] Eine einfache Möglichkeit, die Gesamtheit aller Neuronen zu betrachten, besteht darin, jeweils zwei, die miteinander in Verbindung stehen, als ein Paar zu betrachten, das bestimmte Verbindungswerte besitzt, und dann die Menge aller dieser Paare als eine Einheit zu einem bestimmten Zeitpunkt. Im Bild ‚CON‘ genannt, die Menge aller Connections.
Was dann noch bleibt ist die Beschreibung der Dynamik dieser Zellen, die Art der Veränderungen von einem Zeitpunkt zum nächsten. Dieser Veränderungszusammenhang wird im Bild ‚dyn‘ genannt, eine mathematische Vorschrift, die sagt, wie ich vom Zustand der Zellen zu einem Zeitpunkt zum Zustand der Zellen beim nächsten Zeitpunkt komme.
Damit ist für den Ingenieur alles gesagt, was gesagt werden muss. Ob dieses künstliche Gehirn Bilder erkennen soll, Sprache sprechen, sich erinnern können soll, usw. all dies ist damit erfasst. Sollte der Ingenieur in der Praxis feststellen, dass er wichtige Eigenschaften übersehen hat, dann fügt er sie einfach in seine Formeln ein.
Gehen wir nach diesem Ausflug ins Gehirn nochmals zur Ausgangsbox mit dem Menschen zurück.
NOCHMALS SYSTEMBOX
Integration des Teilomodells ‚Gehirn‘ in das allgemeine Systemmodell vom ‚Menchen‘
[Bild: Nochmals die Systembox, jetzt mit Verfeinerungen] Soeben haben wir das Gehirn als eine Teilbereich des Körpers näher betrachtet. Wollen wir diese Erkenntnisse in der allgemeinen Box verorten, dann müssen wir sagen, dass die Menge CON eine Teilmenge der Menge IS der internen Zustände ist, und die Verarbeitungsvorschrift ‚dyn‘ ist ein Teil der allgemeinen Verhaltensfunktion φ des Menschen.
Sie können an diesem Beispiel einmal sehen, wie man mit der Sprache der Mathematik komplizierteste Sachverhalte auf einfache Strukturen zurückführen kann, und – und darauf kommt es in unserem Zusammenhang besonders an – dass der Mensch – also wir selbst – bei dieser Betrachtungsweise eine Struktur besitzt, die uns durch diese Struktur vergleichbar macht mit allen anderen Strukturen.
Eine der Strukturen, mit denen ich die Struktur des Menschen vergleichen möchte, ist die Struktur eines endlichen Prozesses.
Um zu beschreiben und zu erklären was ‚berechenbare Prozesse‘ sind, müssen wir einen kleinen Ausflug in die Welt der Logik und Mathematik machen.Ich hoffe dann zeigen zu können, warum die berechenbaren Prozesse und wir Menschen mehr gemeinsam haben, als die meisten vermuten, und warum das Reden vom ‚Geist‘, auch vom ‚künstlichen Geist‘ heute eine ganz andere Bedeutung bekommen hat, als es bislang üblich war.
DIGITALE MASCHINE
DISKUSSION DER MATHEMATIKER
Übersicht über eine formale Theorie und ihre Elemente nach Hilbert und Ackermann
[Bild: Schema einer formalen Theorie] Natürlich werde ich hier nicht auf die Details der Diskussionen im Kontext der sogenannten Grundlagenkrise der Mathematik zum Ende des 19. und zu Beginn des 20.Jahrhunderts eingehen können. Nur so viel sei hier gesagt, dass die Logiker und Mathematiker dieser Zeit ein Problem damit hatten, die Grundlagen der Mathematik so zu beschreiben, dass keine Paradoxien entstehen konnten, erst recht keine direkten Widersprüche in den formalen Systemen und natürlich wünschte man sich vollständige Systeme, d.h. formale Systeme, in denen man alle Aussagen, die im Sinne des Systems wahr sein sollen, auch beweisbar sind.
Eine der wichtigsten mathematischen Schulen innerhalb dieser Diskussionen war die Schule um David Hilbert, der die Lösung des Problems einer befriedigenden Darstellung der Mathematik darin sah, eine Reihe von möglichst einfachen formalen Systemen zu schaffen (basierend auf einer endlichen Menge von Axiomen), deren Widerspruchsfreiheit und Vollständigkeit mit sogenannten ‚endlichen Mitteln‘ gezeigt werden kann. Alle komplizierteren Theorien sollten dann auf diese einfachen Systeme zurückgeführt werden.
Im Alltag mag es uns nicht als Problem erscheinen, von ‚endlichen Mitteln‘ zu sprechen. Aber wenn es darum geht, allgemein zu beschreiben, was hinreichend geeignete endliche Mittel sind, um eine mathematische Theorie als widerspruchsfrei und vollständig zu erweisen, dann zeigt sich plötzlich, dass dies nicht so einfach ist, wie sich dies Hilbert und seine Schule erhofft hatten.
GOEDEL – TURING
Das Bild zeigt verschiedene frühe Formalisierungsbeiträge zum Thema ‚endliches Verfahren‘
[Bild: Goedel und Turing historisch] Es war Kurt Goedel, der 1930-31 zeigen konnte, dass das Grundlagenprogramm von Hilbert und seiner Schule prinzipiell unmöglich war. Er zeigte, dass eine mathematische Theorie, die mindestens so stark wie die Arithmetik ist, aus prinzipiellen Gründen nur eines von beiden sein kann: entweder widerspruchsfrei (konsistent) oder vollständig, aber nicht beides zugleich. Dieses Ergebnis trifft in das Herz jeder mathematischen Theorie, bis heute. Es zeigt, dass es prinzipielle Grenzen in der Beweisbarkeit von mathematischen Wahrheiten gibt.
Diese Probleme treten immer dann auf, wenn es darum geht, innerhalb (!) einer formalen Theorie (mindestens so stark wie eine Prädikatenlogik erster Stufe) die Widerspruchsfreiheit und Vollständigkeit zu beweisen. Natürlich kann man das Problem dadurch zu umgehen versuchen (was sehr viele versucht haben), eine zusätzliche ‚Beschreibungsebene‘ einzurichten, von der aus sie dann ‚über‘ (Griechisch ‚meta‘) die Objekte der anderen ebene ‚reden‘. Solche Art von Hierarchisierungen oder Typisierungen oder Metaebenen entsprechen der üblichen Arbeitsweise des menschlichen Gehirns. Allerdings bildet diese Strategie bei näherem Hinsehen keine wirkliche Lösung. Zwar verschwinden in der Objekttheorie all jene Elemente, die ‚über sich selbst‘ reden können, aber die Metaebene selbst, die ja auch den Berechenbarkeitsforderungen mathematischer Beweise genügen müssen, enthalten dann genau all jene Elemente wieder, die zu der von Kurz Goedel aufgedeckten Schwachstelle führen.
Eine letzte philosophische Würdigung dieser Sachverhalte scheint mir noch auszustehen.
Mit diesen Überlegungen sind wir beim Thema Berechenbarkeit angekommen.
Die Diskussion unter Mathematikern hängt von Beweisen ab, die geführt werden. Diese Beweise müssen mit sogenannten endlichen Mitteln geführt werden, damit sie nachvollziehbar sind. Goedel selbst hatte ein geniales Verfahren ersonnen, um unter Benutzung von natürlichen Zahlen seine Beweise zu führen. Aber er war von seinem eigenen Beweis nie begeistert, obgleich niemand ihn bis heute widerlegen konnte.
Es war dann einem gewissen Alan Matthew Turing vorbehalten fünf Jahre später die Beweise von Goedel nochmals mit anderen Mitteln zu führen. Und diese Beweismittel – später Turingmaschine genannt – fanden nicht nur die Zustimmung von Goedel, sondern von nahezu allen nachfolgenden Generationen. Bis heute ist die Turingmaschine das wichtigste mathematische Konzept für alle Berechenbarkeitsbeweise – und damit der mathematische Referenzpunkt für alles, was wir heute Computer nennen.
Weil dem so ist, weil das Konzept der Turingmaschine eine solch eminente philosophische und mathematische Bedeutung zukommt, lassen Sie mich dieses Konzept kurz vorstellen. Es ist so einfach, dass die meisten, die es zum ersten Mal kennen lernen, sofort fragen: und das soll alles sein? Ich versichere Ihnen, das ist alles und – und das möchte ich dann zum Abschluss zeigen – das Konzept der Turingmaschine findet sich auch schon im Kern von allem Biologischen. Ein Befund, den man nun nicht unbedingt erwarten muß.
TURINGMASCHINE
Das Konzept der Turingmaschine (rechts oben im Bild) als Teil eines Theoriebildungsprozesses
[Bild: Theorieprozess TM] So wie Newton angeblich beim Fallen eines Apfels seine entscheidende Einsicht in das Wesen des Gravitationsgesetzes bekommen haben soll, so beschreibt Turing selbst in dem entscheidenden Artikel von 1936-7, dass es die Arbeit eines Buchhalters im Büro war, die ihn inspiriert hat. So, wie der Buchhalter mit einem Stift auf einem Blatt Papier Zahl an Zahl fügt, so stellte er sich eine ideale Maschine vor (siehe im Bild rechts oben), die auf einem Band mit lauter Kästchen, entweder über ein Schreib-Lese-Fenster lesen kann, was in dem Kästchen geschrieben ist oder ein neues Zeichen in das Kästchen schreiben kann. Darüber hinaus kann die ideale endliche Maschine den Schreib-Lesekopf nur um ein Feld nach links oder rechts bewegen. Das ist alles. Das Verhalten der idealen endlichen Maschine wird gesteuert über eine endliche Liste von Befehlen
TM BEISPIEL
Bild einer 4-zeiligen Turingmaschine, Vereinfachung eines Beispiels von einer Webseite (Quelle: siehe Literaturvereichnis). Auf der Webseite kann man dieses Beispiel sowohl erweitern als auch real ausführen.
[Bild: TM mit vier Zeilen] In einem einfachen Beispiel einer TM können Sie solche Befehlszeilen erkennen: in der ersten Spalte steh der Name eines Zustandes (z0), dann folgt ein Feld mit dem Zeichen, das gelesen werden kann, dann eine Feld mit dem Namen des Folgezustandes (z0), dann das Zeichen, das in diesem Fall geschrieben werden soll, und schließlich ein Zeichen, welche Bewegung ausgeführt werden soll.
Im Beispiel würde man die erste Zeile etwa wie folgt lesen: Im Zustand z0 wird beim Lesen des Zeichens ‚#‘ der Zustand z0 beibehalten, für das Zeichen ‚#‘ würde das neue Zeichen ‚1‘ geschrieben und der Schreib-Lesekopf wird um 1 Feld nach rechts bewegt.
Im Beispiel umfasst das ganze Verhaltens-Programm 4 Zeilen.
Das ist alles. Das ist die berühmte Turingmaschine, die sich als weltweiter Standard zur Prüfung der Berechenbarkeit eines Prozesses durchgesetzt hat. Was immer bislang an anderen Formalismen gefunden wurde, sofern solch ein Formalismus endliche Berechenbarkeit beschreiben soll, war er niemals stärker als eine Turingmaschine.
Oder anders ausgedrückt:
Sofern es nicht möglich ist, zu zeigen, dass eine Turingmaschine, angesetzt auf ein Problem, nach endlichen vielen Schritten zu einem Ergebnis kommt, solange kann man nicht behaupten, dass dieses Problem (Turing-)berechenbar ist.
Auf der Basis der Turingmaschine wurden in den vergangenen Jahrzehnten eine ganze Reihe interessanter Unentscheidbarkeitsresultate bewiesen. Auf die kann ich hier jetzt nicht eingehen. In meinen Augen habe diese Ergebnisse alle eine sehr hohe philosophische Relevanz.
Wie eingangs festgestellt, sehe ich einen interessanten Zusammenhang zwischen der Turingmaschine, dem Menschen und der Evolution des Biologischen. Lassen Sie uns daher einen kurzen Blick darauf werfen.
EVOLUTION, KOEVOLUTION, …
GENOTYP UND PHÄNOTYP
Wechselwirkung zwischen Genotyp und Phänotyp einerseits und Phänotyp mit umgebender ökologischer Nische andererseits
[Bild: Genotyp und Phänotyp] Ausgangspunkt dieser Überlegungen ist das erstaunliche Faktum, dass die Vielfalt und Komplexität der Körper – der sogenannte Phänotyp – zurückführbar ist auf die zugrunde liegenden genetischen Informationen – auf den sogenannten Genotyp –. In einem Wachstumsprozess wird – ausgehend von einer einzigen Zelle – ein Körpergebilde mit vielen Billionen Zellen aufgebaut, die alle in einem sinnvollen funktionalen Zusammenhang enden.
Es lohnt, sich klar zu machen, dass dieses unfassbare Wunderwerke eine sehr lange, komplexe Entstehungsgeschichte hat, die selbst im universalen Maßstab ihresgleichen sucht.
EVOLUTION ALS TEIL DER ENTWICKLUNG DES UNIVERSUMS
Massstäbliches Diagramm zur Geschichte des Universums; Hervorhebung wichtiger Meilensteine für die Entstehung des Biologischen
[Bild: Entwicklung des Universums mit Evolution] Das Schaubild zeigt maßstabsgetreu wichtige Entwicklungsstationen im bekannten Universum an. Unsere Position auf der Zeitachse ist unmittelbar dort, wo das grüne Dreieck endet. Das grüne Dreieck zeigt an, ab wann zellbasiertes Leben auf der Erde nachweisbar ist. Die Erde begann ca. vor 4.55 Mrd Jahren. Die chemische Evolution, die dann zu ersten einfachen Zellen führte, setzte ungefähr vor 4 Mrd. Jahren ein, 200 Mio Jahre später eben erste einfachste Zellstrukturen. Es dauerte dann etwa 2.8 Mrd Jahre bis es zu ersten multizellulären Lebensformen kam, die dann einige hundert Mio Jahre später zur Besiedlung des Landes führte. Von diesem Zeitpunkt bis zu uns dauerte es nochmals 700 Mio Jahre.
Nach heutigem Wissensstand wird es nur ca. 1 Mrd Jahre dauern, bis in der Zukunft das Leben auf der Erde wegen der beginnenden Aufblähung der Sonne praktisch unmöglich werden wird.
Sind schon diese zeitlichen Verhältnisse atemberaubend, so ist es noch spannender, wenn man der Frage nachgeht, wie es denn überhaupt zur Ausbildung dieser extrem komplexen Strukturen kommen konnte.
Das Schwierigste ist dabei nicht einmal die biologische Evolution, die mit dem Auftreten der ersten Zellen vor ca. 3.8 Mrd. Jahren begann, sondern die härteste, bis heute nicht geknackte Nuss, ist eine Erklärung, wie es überhaupt zu den ersten Zellen kommen konnte. Denn selbst bei den einfachsten Zellen wirken schon so viele komplexe Strukturen zusammen, dass eine Erklärung der schrittweisen Entstehung dieser Strukturen im Rahmen der sogenannten chemischen Evolution bislang nicht völlig aufgehellt ist.
Kehren wir zu den ersten Zellen zurück.
Ich hatte angekündigt, dass die TM als Grundmodell der Berechenbarkeit sich im Herzen des Biologischen wiederfindet.
RIBOSOM ALS TURINGMASCHINE
Links im Bild ein Ribosom, das Proteine zusammenbaut, und rechts das Schema einer Turingmaschine
[Bild: links Ribosom, rechts Turingmaschine] Dies können Sie hier sehen:
Links sehen sie das Prozeßmodell, wie ein Ribosom – ein spezielles RNA-Molekül – Proteine erzeugt, indem es Informationen von einem Boten-RNA-Molekül bekommt und zugleich Aminosäurebasteine von Transfer-RNA-Molekülen. Der Dirigent im Hintergrund ist ein DNA-Molekül, dessen Bausteine als Informationseinheiten auf das Ribosom einwirken.
Was sie hier sehen ist das Herzstück allen biologischen Lebens und – möglicherweise – eines der wahren Wunder des ganzen Universums. Das, was allen bekannten Gesetzen der Physik zuwiderläuft und sich jeder anderen bekannten Erklärung entzieht das ist dieses DNA-Molekül. Das DNA-Molekül repräsentiert eine frei kombinierbare Anordnung von Aminosäuren, für die es in den möglichen Kombinationen keinerlei zwingende Gründe gibt. Durch die Verknüpfung mit dem proteinerzeugenden Mechanismus mittels mRNA, tRNA und Ribosom stellt die DNA aber eine Quelle von unerschöpflich vielen Bauplänen für Körperstrukturen dar.
Im Lichte des Konzepts der Turingmaschine bieten sich folgende Interpretationen an. Wie im Bild eingezeichnet lässt sich das Ribosom als eine Turingmaschine interpretieren, die als Input Eingaben von der mRNA und der tRNA bekommt und diese dann in eine Ausgabe als Protein verwandelt. Da das Ribosom, wie wir wissen, aber bzgl. seiner Eingaben nicht rückwärts gehen kann, sondern immer nur vorwärts, schöpft es die Möglichkeiten einer Turingmaschine nicht einmal ganz aus; es entspricht damit eher noch einer abgeschwächten TM mit Namen ‚endlicher deterministischer Automat‘.
Zentral bleibt das Faktum, dass wir im innersten Kern des Biologischen berechenbare Prozesse finden, die von einem DNA-Molekül gesteuert werden, das mit seinen Eigenschaften dem Konzept eines Zeichens sehr nahe kommt.
QUINTESSENZ des BIOLOGISCHEN
Zusammenfassung aller wichtigen Eckdaten zum Biologischen. Im Bild fehlt allerdings der Aspekt der Tendenz zum Aufbau komplexer Strukturen, und zwar tendenziell immer komplexerer Strukturen
[Bild: Zusammenfassung Biologisches] Fassen wir diese verschiedenen Aspekte des Biologischen nochmals zusammen:
Ausgangspunkt aller biologischer Phänomene ist das kosmische Faktum, dass die Entropie bislang noch nicht maximal ist. Aus den lokalen Entropiegefällen ist daher ‚freie Energie‘ verfügbar, die in Gestalt von chemischen, biochemischen und dann biologischen Prozessen lokal Strukturen entstehen lassen, die immanent in Richtung immer größerer Komplexität drängen. Dafür gibt es bislang keine befriedigende naturwissenschaftliche Theorie.
In Gestalt der zellbasierten biologischen Evolution können wir ein komplexes Zusammenspiel zwischen Genotyp und Phänotyp einerseits beobachten, aber simultan genauso wichtig das Zusammenspiel zwischen Phänotyp und umgebender Welt. Während der zufallsgesteuerte Genotyp den Raum möglicher Strukturen frei absuchen kann, führt die Bindung des Genotyps an den Phänotyp über die Interaktion mit der umgebenden Welt zu einem übergeordneten Selektionsprozess, der nur jene Phänotypen und damit daran gekoppelte Genotypen akzeptiert, die zur Umgebung passen. Daraus ergibt sich, dass die biologische Evolution simultan und unausweichlich immer nur als Ko-Evolution funktionieren kann.
Damit stellt sich die Frage, ob wir es bei der Emergenz des Geistigen als Eigenschaft des Biologischen mit einer Neuerschaffung des Geistes zu tun haben, oder ’nur‘ mit der Sichtbarmachung des stehts schon vorhandenen ‚Geistigen‘?
Hält man sich diesen Gesamtzusammenhang vor Augen, dann kann der direkte Vergleich zwischen dem Menschen und einer Turingmaschine in einem neuen Licht erscheinen.
MENSCH und KÜNSTLICHER GEIST
MENSCH TURINGMASCHINE
Oben Systemformel Mensch, unten Systemformel Turingmaschine (TM) und dann Universelle Turingmaschine (UTM)
[Bild: Formel Mensch und (U)TM] Sie sehen auf diesem Schaubild nochmals die schon bekannte Verhaltensformel des Menschen, die sich dadurch auszeichnet, dass wir vom Menschen annehmen können, dass er sich innerhalb seines wissensbasierten Verhaltens bis zu einem gewissen Grade kontinuierlich verändern kann. Man nennt dies Lernen.
Die ’normale‘ Turingmaschine kann dies zunächst nicht. Sie ist vollständig determiniert. Allerdings nur auf den ersten Blick.
Schon Turing hat gezeigt, dass man eine deterministische Turingmaschine sehr leicht zu einer universellen sich selbst modifizierenden Maschine ‚umbauen‘ kann, indem man einen Teil des Bandes dazu benutzt, dort die Beschreibung einer beliebigen Turingmaschine (oder eines Gehirns, oder…) zu speichern. Die ursprüngliche deterministische Turingmaschine kann dann diese andere Turingmaschine simulieren bis dahin, dass sie diese andere Beschreibung in Abhängigkeit von Umgebungsereignissen abändern kann. Damit ist eine universelle Turingmaschine (UTM) voll lernfähig.
Zieht man diese Möglichkeit in Betracht, dann gibt es weder strukturell noch verhaltensmässig einen wesentlichen Unterschied zwischen einem Menschen (sofern er mit der obigen Formel adäquat erfasst wird) und einer universellen Turingmaschine.
Bei solch einer Betrachtungsweise verwundert es dann nicht, dass Turing selbst in verschiedenen Aufsätzen offen darüber spekuliert hatte, dass eine universelle Turingmaschine im Prinzip die vom Menschen her bekannte Geistigkeit nicht nur nachzuahmen sondern in bestimmten Bereichen sogar übertreffen könnte. Letztlich sah er nur praktische Hindernisse auf dem Weg dahin, insbesondere die Schwierigkeit, eine Maschine an all den Lernprozessen teilhaben zu lassen, die Menschen normalerweise durchlaufen.
Künstlicher Geist?
Wenn man sich all diese Gedanken in einer Gesamtschau nochmals vor Augen stellt, dann kann man den Eindruck gewinnen, dass all das, was wir traditionell ‚Geist‘ nennen, also diverse Eigenschaften, die wir mit dem Verhalten des Menschen zusammen bringen, möglicherweise so zu verstehen ist, dass hier Eigenschaften ’sichtbar‘ werden von jenen ‚impliziten‘ Eigenschaften der dynamischen Materie, aus dem alles ist. Die mit den bisherigen Gesetzen der empirischen Wissenschaften nicht erklärbaren biologischen Phänomene wären dann ’nur‘ ‚Ausfaltungen‘ von empirischen Eigenschaften, die genau wie alles andere impliziten ‚Gesetzen‘ folgen.
Wenn dies stimmen würde, dann müsste die ‚Konstruktion‘ eines künstlichen Geistes immer dann möglich sein, wenn man die ‚Randbedingungen‘ für das ‚Aufscheinen‘ (Emergenz?) der geistigen Phänomene bereitstellen würde.
In einer Diskussion in der Nacht des 9.Oktobers dieses Jahres entstand angesichts dieser Sachlage die Idee, in der Stadt Goethes, den künstlichen Geist unter Beteiligung der Öffentlichkeit offiziell entstehen zu lassen.
In einer öffentlich kontrollierten Entstehung des künstlichen Geistes hätten alle eine Chance, ein wesentliches Prinzip dieses unseres Universums und deren Anwendung bzw. Nutzung besser verstehen zu können.
Es geht nicht darum, den Geist neu zu erfinden, sondern das, was vor allem Denken schon da ist, sichtbar zu machen.
Erkennnis ist nicht nur ein Wissensproblem, sondern auch ein Akzeptanzproblem: sind wir bereit zu akzeptieren wer wir wirklich sind: Teil eines universalen Geistwerdungsprozesses, der uns eine immer größere Mitwirkungsmöglichkeit zuweist (womit nicht ausgeschlossen ist, dass es irgendwo in den unendlichen Weiten des Universums ähnliche Prozesse gibt).
An dieser Stelle höre ich jetzt auf, obgleich es ja gerade erst anfängt…
[Anmerkung (11.April 2015): Nach zwei Jahren Diskussion konnte im April die Webseite zum Emerging Mind Projekt eröffnet werden. Offizieller Start ist der 10.November 2015. In diesem Projekt geht es genau um das, was in dem vorausgehenden Beitrag diskutiert wurde, die öffentliche Erzeugung eines Künstlichen Geistes samt den dazugehörigen begleitenden philosophischen Diskussionen und künstlerischen Aktionen.]
LITERATURVERWEISE
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Doeben-Henisch, G.; Beschreibung TM auf der Seite: http://www.doeben-henisch.de/fh/I-TI04/VL/VL3/i-ti04-vl-vl3.html
Gödel, K. Über formal unentscheidbare Sätze der Principia Mathematica und verwandter Systeme I, In: Monatshefte Math.Phys., vol.38(1931),pp:175-198
Gödel, K. Remarks before the princeton bicentennial conference on problems in mathematics, 1946. In: Martin Davis, 1965: pp.84-87
Hilbert, D.; Ackermann, W. Grundzüge der theoretischen Logik, Berlin. J.Springer, 1928
Hilbert in Wikipedia (en): Hilbert’s problems, URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Hilbert%27sproblems (Last access Sept-30, 2012)
Hilbert, D. Mathematische Probleme, Vortrag, gehalten auf dem internationalen Mathematiker-Kongreß zu Paris 1900, Göttinger Nachrichten 1900, S.253-297, URL:
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Kandel, E.R.; Schwartz, J.H.; Jessell, T.M.; Siegelbaum, S.A.; Hudspeth, A.J.; (Eds.) Principles of Neural Science, 5th.ed., New York et.al: McGrawHill, 2012
TM – Beispiel aus dem Internet, vereinfacht. Siehe http://keinerspieltmitmir.de/turing/ (letzter Besuch: 12.Nov.2012)
Turing, A.M.; Intelligence Service. Schriften, ed. by Dotzler, B.; Kittler, F.; Berlin: Brinkmann & Bose, 1987, ISBN 3-922660-2-3
Turing, A. M. On Computable Numbers with an Application to the Entscheidungsproblem. In: Proc. London Math. Soc., Ser.2, vol.42(1936), pp.230-265; received May 25, 1936;
Appendix added August 28; read November 12, 1936; corr. Ibid. vol.43(1937), pp.544-546. Turing’s paper appeared in Part 2 of vol.42 which was issued in December 1936 (Reprint
in M.DAVIS 1965, pp.116-151; corr. ibid. pp.151-154).(an online version at:
http://www.comlab.ox.ac.uk/activities/ieg/e-library/sources/tp2-ie.pdf, last accesss Sept-30, 2012)
Wikipedia (en): Body Surface at http://en.wikipedia.org/wiki/Human body (letzter Besuch: 12.Nov.2012)
Wikipedia (en). Brain at http://en.wikipedia.org/wiki/Human brain (letzter Besuch: 12.Nov.2012)
Wikipedia (en): Human skeleton at http://en.wikipedia.org/wiki/Human_skeleton (letzter Besuch 12.Nov.2012)
Wikipedia (en): Organs beyond the Body Surface at http://en.wikipedia.org/wiki/Human anatomy (letzter Besuch: 12.Nov.2012)
Wikipedia (en): Neuron at http://en.wikipedia.org/wiki/Neuron (letzter Besuch: 12.Nov.2012)
Eine Übersicht über alle bisherigen Beiträge anhand der Titel findet sich HIER
Die Entdeckung, dass RNA-Moleküle ähnliche Eigenschaften haben wie DNA-Moleküle und sie bis zu einem gewissen Grade auch als Enzyme fungieren können, die chemische Prozesse unterstützen (was sonst Proteine tun), führte zur Hypothese von der RNA-Welt, die der DNA-Welt vorausgeht. Experimente von Spiegelmann zeigten z.B., dass RNA-Genome in einer entsprechenden Lösung mit Enzymen sich reproduzieren können, allerdings mit der Tendenz, sich immer mehr zu vereinfachen (74.ter Durchlauf, 84% abgestoßen [Spiegelmann S.217]). Die Entkopplung von realen Lebensprozessen führt offensichtlich zu einer ‚Sinnentleerung‘ dergestalt, dass die Basen ihre ‚Bedeutung‘ verlieren und damit ihre ‚Notwendigkeit‘! Das vereinfachte Endprodukt bekam den Namen ‚Spiegelmanns Monster‘. (123-127) Genau gegenläufig war ein Experiment von Manfred Eigen und Peter Schuster (1967), die mit RNA-Bausteinen begannen und herausfanden, dass diese sich ‚aus sich heraus‘ zu immer komplexeren Einheiten zusammenfügten, sich reproduzierten, und den ‚Monstern von Spiegelmann‘ ähnelten. (127f) Allerdings benutze Eigen und Schuster für ihre Experimente spezialisierte Enzyme, die aus einer Zelle gewonnen waren. Die Existenz solcher Enzyme in der frühen Zeit der Entstehung gilt aber nicht als gesichert. (128f) Überlegungen zu möglichen Szenarien der frühen Koevolution von RNA-Molekülen und Proteinen gibt es, aber keine wirklichen ‚Beweise‘. (129f) Alle bisherigen Experimente haben nur gezeigt, dass die Synthese längerer RNA-Moleküle ohne spezielle Unterstützung zu fragil ist; sie funktioniert nicht. Dazu gehört auch das Detail der Chiralität: bei ‚freier‘ Erzeugung zeigen die Moleküle sowohl Links- als auch Rechtshändigkeit; die biologischen Moleküle sind aber alle linkshändig. (130f) Stammbaumanalysen zeigen ferner, dass RNA-Replikation eine spätere Entwicklung ist; die frühesten Vorläufer hatten sie so nicht. (131f) Ferner ist völlig unklar, wie sich frühere Replikatoren entwickeln konnten. (132)
Aufgrund dieser Schwierigkeiten gibt es alternative Versuche, anzunehmen, dass vielleicht die Proteine zuerst da waren. Rheza Ghadiri entdeckte, dass sich Peptidketten selbst vermehren können, was auch am Beispiel der Rinderseuche BSE bestätigt wurde (133). Freeman Dyson nahm an, dass die Proteine und die replikationsfähigen Moleküle sich parallel entwickelt haben und dann erst fusionierten.(133f) Die zentrale Annahme bei Dyson ist, dass Moleküle die Produktion und Veränderung anderer Moleküle bewirken können. Damit können dann ‚Ordnungen‘ dergestalt entstehen, dass sich präferierte chemische Zyklen bilden, die verklumpen, anschwellen und sich spalten. Schon auf dieser Ebene sollte begrenzter ‚Wettbewerb‘ möglich sein, der zu einer begrenzten ‚Evolution‘ führt. (134) Solche Prozesse könnten dann von von Nukleinsäuren durchdrungen werden, die sich diese Prozesse zunutze machen. (134f) Als möglicher Ort für solche Prozesse könnte der Boden der Ozeane fungieren. Russell entwickelte ein Modell von semipermeablen- Membranen, die sich dort bilden können. (135f) Cairns-Smith generalisierte die Idee der Informationsspeicherung und entwickelte die Hypothese, dass zu Beginn Tonkristalle die Funktion von RNA und DNA gespielt haben könnten. Allerdings gibt es bislang keine experimentelle Bestätigung hierfür. (136f)
Alle diese Überlegungen liefern bislang keine vollständig überzeugenden Lösungen. Klar ist nur, dass die biologische Evolution Vorläuferprozesse haben musste, denen ein Minimum an Komplexität zukommt und zwar eine ‚organisierte Komplexität‘. (137f) Unter dem Titel ‚Selbstorganisation‘ fand Prigogine Beispiele, wie sich durch Zufluss freier Energie geordnete Strukturen aus einer ‚chaotischen‘ Situation heraus bilden konnten.(138f) Kaufmann entwickelte die Idee ‚autokatalytischer‘ Prozesse, in denen ein Molekül M auf andere Moleküle als Katalysator so wirkt, dass sie Prozesse eingehen, die letztlich zur Produktion von M führen. Dies verstärkt diese Prozesse immer mehr. (139f) Allerdings fehlen auch für diese Hypothesen empirische und experimentelle Belege. (140f) Davies weist auch darauf hin, dass selbstorganisierende Prozesse in allen wesentlichen Eigenschaften von den Umgebungsbedingungen bestimmt werden; biologische Reproduktion ist aber wesentlich ‚intrinsisch‘ bestimmt durch die Informationen der DNA/ RNA-Moleküle. Alle die Modelle zur Selbstorganisation liefern keine wirklichen Hinweise, wie es zu den selbstbestimmten Formen der Reproduktion kommen konnte, zur Herausbildung der Software [zur Dekodierung?]. (141) Dabei erinnert Davies nochmals an den Aspekt der ’nicht-zufälligen‘ Ordnung, d.h. alle jene Muster, die regelmäßige Anteile enthalten (wie in den Beispielen von Autokatalyse und Selbstorganisation), sind nicht die Formen von zufälliger Informationsspeicherung, wie man sie im Falle von DNA bzw. RNA-Molekülen findet.(142)
[Anmerkung: So gibt es bislang also Einsichten in das Prinzip der biologischen Selbstreproduktion, aber überzeugende Hinweise auf chemische Prozesse, wie es zur Ausbildung solcher komplexer Prozesse komme konnte, fehlen noch. ]
Im Kapitel 6 ‚The Cosmic Connection‘ (SS.143 – 162) wird aufgezeigt, dass die irdische Chemie nicht losgelöst ist von der allgemeinen Chemie des Universums. Fünf chemische Elemente spielen in der erdgebundenen Biologie eine zentrale Rolle: Kohlenstoff (‚carbon‘), Sauerstoff (‚oxygen‘), Wasserstoff (‚hydrogen‘), Stickstoff (’nitrogen‘), und Phosphor (‚phosphorus‘). Dies sind zugleich die häufigsten Elemente im ganzen Universum. (143) Kohlenstoff hat die außerordentliche Fähigkeit, praktisch unendlich lange Ketten zu bilden (Nukleinsäuren und Proteine sind Beispiele dafür). (143)
Kohlenstoff entsteht durch die Kernfusion in Sternen von Wasserstoff zu Helium zu Kohlenstoff.(146) Buchstäblich aus der ‚Asche‘ erloschener Sterne konnten sich dann Planeten wie die Erde bilden.(144) Kohlenstoff (‚carbon‘), Sauerstoff (‚oxygen‘), Wasserstoff (‚hydrogen‘) und Stickstoff (’nitrogen‘) werden seit Bestehen der Erde beständig in der Atmosphäre, in der Erdkruste, bei allen Verwesungsprozessen ‚recycled‘. Danach enthält jeder Körper Kohlenstoffatome von anderen Körpern, die 1000 und mehr Jahre älter sind.(146f) Mehr als hundert chemische Verbindungen konnten bislang im Universum nachgewiesen werden, viele davon organischer Natur. (147f) Nach den ersten hundert Millionen Jahren war die Oberfläche der Erde immer noch sehr heiß, die Ozeane viel tiefer, die Atmosphäre drückend (‚crushing‘), intensiver Vulkanismus, der Mond näher, die Gezeiten viel höher, die Erdumdrehung viel schneller, und vor allem andauernde Bombardements aus dem Weltall. (152) Eine ausführlichere Schilderung zeigt die vielfältigen Einwirkungen aus dem Weltall auf die Erde. Generell kann hier allerlei (auch organisches) Material auf die Erde gekommen sein. Allerdings sind die Umstände eines Eindringens und Aufprallens normalerweise eher zerstörerischer Natur was biologische Strukturen betrifft. (153-158) Das heftige Bombardement aus dem Weltall mit den verheerenden Folgen macht es schwer, abzuschätzen, wann Leben wirklich begann. Grundsätzlich ist weder auszuschließen, dass Leben mehrfach erfunden wurde noch, dass es Unterstützung aus dem Weltall bekommen haben kann. Andererseits war der ’sicherste‘ Ort irgendwo in einer Tiefe, die von dem Bombardement kaum bis gar nicht beeinträchtigt wurde. (158-161)
Kapitel 7 ‚Superbugs‘ (163-186). Die weltweit auftretende Zerstörung von unterirdischen Kanalleitungen aus Metall (später 1920iger) führte zur Entdeckung eines Mikroorganismus, der ausschließlich in einer säuerlichen Umgebung lebt, Schwefel (’sulfur‘) frißt und eine schweflige Säure erzeugt, die sogar Metall zerstören kann.(163f) Man entdeckte mittlerweile viele verschiedene Mikroorganismusarten, die in Extremsituationen leben: stark salzhaltig, sehr kalt, starke radioaktive Strahlung, hoher Druck, extremes Vakuum, hohe Temperaturen. (164f) Diese Mikroorganismen scheinen darüber hinaus sehr alt zu sein. (165) Am erstaunlichsten von allen sind aber die wärmeliebenden Mikroorganismen (‚thermophiles‘, ‚hyperthermophiles‘), die bislang bis zu Temperaturen von 113C^o gefunden wurden. Von den mittlerweile mehr als Tausend entdeckten Arten sind ein großer Teil Archäen, die als die ältesten bekannten Lebensformen gelten. (166f) Noch mehr, diese thermophilen und hyperthermophylen Mikroorganismen sind – wie Pflanzen allgemein – ‚autotroph‘ in dem Sinne, dass sie kein organisches Material für ihre Versorgung voraussetzen, sondern anorganisches Material. Man nennt die unterseeischen Mikroorganismen abgrenzend von den autotrophen ‚Chemotrophs‘, da sie kein Sonnenlicht (also keine Photosynthese) benutzen, sondern einen eigenen Energiegewinnungsprozess entwickelt haben. (167f) Es dauerte etwa von 1920 bis etwa Mitte der 90iger Jahre des 20.Jahrhunderts bis der Verdacht und einzelne Funde sich zu einem Gesamtbild verdichteten, dass Mikroorganismen überall in der Erdoberfläche bis in Tiefen von mehr als 4000 m vorkommen, mit einer Dichte von bis zu 10 Mio Mikroorganismen pro Gramm, und einer Artenvielfalt von mittlerweile mehreren Tausend. (168-171) Bohrungen in den Meeresgrund erbrachten weitere Evidenz dass auch 750m unter dem Meeresboden überall Mikroorganismen zu finden sind (zwischen 1 Mrd pro cm^3 bis zu 10 Mio). Es spricht nichts dagegen, dass Mikroorganismen bis zu 7km unter dem Meeresboden leben können. (171-173) All diese Erkenntnisse unterstützen die Hypothese, dass die ersten Lebensformen eher unterseeisch und unterirdisch entstanden sind, geschützt vor der Unwirtlichkeit kosmischer Einschläge, ultravioletter Strahlung und Vulkanausbrüchen. Außerdem waren alle notwendigen Elemente wie z.B. Wasserstoff, Methan, Ammoniak, Wasserstoff-Sulfid im Überfluss vorhanden. (173f) Untersuchungen zur Energiebilanz zeigen, dass in der Umgebung von heißen unterirdischen Quellen speziell im Bereich 100-150 C^o sehr günstig ist.(174f) Zusätzlich deuten genetische Untersuchungen zur Abstammung darauf hin, dass gerade die Archäen-Mikroorganismen zu den ältesten bekannten Lebensformen gehören, die sich z.T. nur sehr wenig entwickelt haben. Nach all dem wären es dann diese hyperthermophilen Mikroorganismen , die den Ursprung aller biologischen Lebensformen markieren. Immer mehr Entdeckungen zeigen eine wachsende Vielfalt von Mikroorganismen die ohne Licht, in großer Tiefe, bei hohen Temperaturen anorganische Materialien in Biomasse umformen. (175-183)
Wie Leben wirklich begann lässt sich bislang trotz all dieser Erkenntnisse nicht wirklich klären. Alle bisherigen Fakten sprechen für den Beginn mit den Archäen, die sich horizontal in den Ozeanen und in der Erdkruste in einem Temperaturbereich nicht höher als etwa 120 C^o (oder höher?) ausbreiten konnten. Irgendwann muss es dann einen Entwicklungssprung in die Richtung Photosynthese gegeben haben, der ein Leben an der Oberfläche ermöglichte. (183-186)
Kap.8 ‚Mars: Red and Dead‘ (SS.187-220). Diskussion, ob es Leben auf dem Mars gab bzw. noch gibt. Gehe weiter darauf nicht ein, da es für die Diskussion zur Struktur und Entstehung des Lebens keinen wesentlichen Beitrag liefert.
Kap.9 ‚Panspermia‘ (SS.221-243). Diskussion, inwieweit das Leben irgendwo im Weltall entstanden sein kann und von dort das Leben auf die Erde kam. Aber auch hier gilt, neben der Unwahrscheinlichkeit einer solchen Lösung würde es die Grundsatzfragen nicht lösen. (siehe auch Davies S.243))
Kap.10 ‚A Bio-Friendly Universe‘ (SS.245-273). Angesichts der ungeheuren molekularen Komplexität , deren Zusammenspiel und deren Koevolution steht die Annahme einer rein zufälligen Entwicklung relativ schwach da. Die Annahme, dass die Komplexität durch die impliziten Gesetzmäßigkeiten aller beteiligten Bestandteile ‚unterstützt‘ wird, würde zwar ‚helfen‘, es bleibt aber die Frage, wie. (245-47) Eine andere Erklärungsstrategie‘, nimmt an, dass das Universum ewig ist und dass daher Leben und Intelligenz schon immer da war. Die sich daraus ergebenden Konsequenzen widersprechen den bekannten Fakten und erklären letztlich nichts. Davies plädiert daher für die Option, dass das Leben begonnen hat, möglicherweise an mehreren Orten zugleich. (247-250)
Im Gegensatz zu Monod und den meisten Biologen, die nur reinen Zufall als Entstehungsform annehmen, gibt es mehrere Vertreter, die Elemente jenseits des Zufalls annehmen, die in der Naturgesetzen verankert sind. Diese wirken sich als ‚Präferenzen‘ aus bei der Bildung von komplexeren Strukturen. (250-254) Dem hält Davies aber entgegen, dass die normalen Naturgesetze sehr einfach sind, schematisch, nicht zufällig, wohingegen die Kodierung des Lebens und seiner Strukturen sich gerade von den chemischen Notwendigkeiten befreit haben, sich nicht über ihre materiellen Bestandteile definieren, sondern über eine frei (zufällig) sich konfigurierende Software. Der Rückzug auf die Präferenzen ist dann möglicherweise kein genügender Erklärungsgrund. Davies hält die Annahme eines ‚Kodes im Kode‘ für nicht plausibel. (254-257) Wie aber lässt sich das Problem der biologischen Information lösen? (257f) Grundsätzlich meint Davies, dass vieles dafür spricht, dass man ein ‚Gesetz der Information‘ als genuine Eigenschaft der Materie annehmen muss. (258f) Davies nennt dann verschiedene Theorieansätze zum möglichen Weiterdenken, ohne die gedanklichen Linien voll auszuziehen. Er erinnert nochmals an die Komplexitätstheorie mit ihrem logischen Charakter, erinnert an die Quantenstruktur der Materie, die Dualität von Welle (Information? Software?) und Teilchen (Hardware?) und ‚Quasikristalle‘, die auf den ersten Blick periodisch wirken, aber bei näherer Analyse aperiodisch sind. (259-263)
Eine andere Frage ist die, ob man in der Evolution irgendeine Art von Fortschritt erkennen kann. Das Hauptproblem ist, wie man Fortschritt definieren kann, ohne sich in Vorurteilen zu verfangen. Vielfach wird der Begriff der Komplexität bemüht, um einen Anstieg an Komplexität zu konstatieren. Stephen J.Gould sieht solche Annahmen eines Anstiegs der Komplexität sehr kritisch. Für Christian de Duve hingegen erscheint ein Anstieg von Komplexität klar. (264-270)
In den Schlussbemerkungen stellt Davies nochmals die beiden großen Interpretationsalternativen gegenüber: einmal die Annahme einer Zunahme der Komplexität am Beispiel von Gehirnen und daran sich knüpfenden Eigenschaften aufgrund von impliziten Präferenzen oder demgegenüber die Beschränkung auf reinen Zufall. Im letzteren Fall ist das Auftreten komplexer Lebensformen so hochgradig unwahrscheinlich, dass eine Wiederholung ähnlicher Lebensformen an einem anderen Ort ausgeschlossen erscheint. (270-273)
[Anmerkung: Am Ende der Lektüre des Buches von Davies muss ich sagen, dass Davies hier ein Buch geschrieben hat, das auch ca. 13 Jahre später immer noch eine Aussagekraft hat, die die gewaltig ist. Im Detail der Biochemie und der Diskussion der chemischen Evolution mag sich das eine oder andere mittlerweile weiter entwickelt haben (z.B. ist die Diskussion zum Stammbaum fortgeschritten in einer Weise, dass weder die absolute Datierung noch zweifelsfrei ist noch die genauen Abhängigkeiten aufgrund von Genaustausch zwischen den Arten (vgl. Rauchfuß (326-337)]), doch zeigt Davies Querbeziehungen zwischen vielen Bereichen auf und bringt fundamentale Konzepte zum Einsatz (Information, Selbstorganisation, Autokatalyse, Komplexitätstheorie, Quantentheorie, Thermodynamik, algorithmische Berechenbarkeit ….), die in dieser Dichte und reflektierenden Einbringung sehr selten sind. Sein sehr kritischer Umgang mit allen möglichen Interpretationen ermöglicht Denkansätze, stellt aber auch genügend ‚Warnzeichen‘ auf, um nicht in vorschnelle Interpretationssackgassen zu enden. Eine weitere Diskussion des Phänomen Lebens kann an diesem Buch schwerlich vorbei gehen. Ich habe auch nicht den Eindruck, dass die neueren Ergebnisse die grundsätzlichen Überlegungen von Davies tangieren; mehr noch, ich kann mich des Gefühls nicht erwehren, dass die neuere Diskussion zwar weiter in ‚Details wühlt‘, aber die großen Linien und die grundlegenden theoretischen Modelle nicht wirklich beachten. Dies bedarf weiterer intensiver Lektüre und Diskussion ]
[ Anmerkung: Ich beende hiermit die direkte Darstellung der Position von Davies, allerdings beginnt damit die Reflektion seiner grundlegenden Konzepte erst richtig. Aus meiner Sicht ist es vor allem der Aspekt der ‚logischen Strukturen‘, die sich beim ‚Zusammenwirken‘ einzelner Komponenten in Richtung einer höheren ‚funktionellen Komplexität‘ zeigen, die einer Erklärung bedürfen. Dies ist verknüpft mit dem Phänomen, dass biologische Strukturen solche übergreifenden logischen Strukturen in Form von DNA/ RNA-Molekülen ’speichern‘, deren ‚Inhalt‘ durch Prozesse gesteuert werden, die selbst nicht durch ‚explizite‘ Informationen gesteuert werden, sondern einerseits möglicherweise von ‚impliziten‘ Informationen und jeweiligen ‚Kontexten‘. Dies führt dann zu der Frage, inwieweit Moleküle, Atome, Atombestandteile ‚Informationen‘ ‚implizit‘ kodieren können, die sich in der Interaktion zwischen den Bestandteilen als ‚Präferenzen‘ auswirken. Tatsache ist, dass Atome nicht ’neutral‘ sind, sondern ’spezifisch‘ interagieren, das gleiche gilt für Bestandteile von Atomen bzw. für ‚Teilchen/ Quanten‘. Die bis heute nicht erklärbare, sondern nur konstatierbare Dualität von ‚Welle‘ und ‚Teilchen‘ könnte ein Hinweis darauf sein, dass die Grundstrukturen der Materie noch Eigenschaften enthält, die wir bislang ‚übersehen‘ haben. Es ist das Verdienst von Davies als Physiker, dass er die vielen chemischen, biochemischen und biologischen Details durch diese übergreifenden Kategorien dem Denken in neuer Weise ‚zuführt‘. Die überdimensionierte Spezialisierung des Wissens – in gewisser Weise unausweichlich – ist dennoch zugleich auch die größte Gefahr unseres heutigen Erkenntnisbetriebes. Wir laufen wirklich Gefahr, den berühmten Wald vor lauter Bäumen nicht mehr zu sehen. ]
Zitierte Literatur:
Mills,D.R.; Peterson, R.L.; Spiegelmann,S.: An Extracellular Darwinian Experiment With A Self-Duplicating Nucleic Acid Molecule, Reprinted from the Proceedings of the National Academy of Sciences, Vol.58, No.1, pp.217-224, July 1997
Rauchfuß, H.; CHEMISCHE EVOLUTION und der Ursprung des Lebens. Berlin – Heidelberg: Springer, 2005
Einen Überblick über alle bisherigen Themen findet sich HIER
Ein Video in Youtube, das eine Rede von Pauls Davies dokumentiert, die thematisch zur Buchbesprechung passt und ihn als Person etwas erkennbar macht.
Das dritte Kapitel ist überschrieben ‚Out of the Slime‘. (SS.69-96) Es startet mit Überlegungen zur Linie der Vorfahren (Stammbaum), die alle auf ‚gemeinsame Vorfahren‘ zurückführen. Für uns Menschen zu den ersten Exemplaren des homo sapiens in Afrika vor 100.000 Jahren, zu den einige Millionen Jahre zurückliegenden gemeinsamen Vorläufern von Affen und Menschen; ca. 500 Mio Jahre früher waren die Vorläufer Fische, zwei Milliarden Jahre zurück waren es Mikroben. Und diese Rückführung betrifft alle bekannten Lebensformen, die, je weiter zurück, sich immer mehr in gemeinsamen Vorläufern vereinigen, bis hin zu den Vorläufern allen irdischen Lebens, Mikroorganismen, Bakterien, die die ersten waren.(vgl. S.69f)
[Anmerkung: Die Formulierung von einem ‚einzelnen hominiden Vorfahren‘ oder gar von der ‚afrikanischen Eva‘ kann den Eindruck erwecken, als ob der erste gemeinsame Vorfahre ein einzelnes Individuum war. Das scheint mir aber irreführend. Bedenkt man, dass wir ‚Übergangsphasen‘ haben von Atomen zu Molekülen, von Molekülen zu Netzwerken von Molekülen, von Molekülnetzwerken zu Zellen, usw. dann waren diese Übergänge nur erfolgreich, weil viele Milliarden und Abermilliarden von Elementen ‚gleichzeitig‘ beteiligt waren; anders wäre ein ‚Überleben‘ unter widrigsten Umständen überhaupt nicht möglich gewesen. Und es spricht alles dafür, dass dieses ‚Prinzip der Homogenität‘ sich auch bei den ‚komplexeren‘ Entwicklungsstufen fortgesetzt hat. Ein einzelnes Exemplar einer Art, das durch irgendwelche besonderen Eigenschaften ‚aus der Reihe‘ gefallen wäre, hätte gar nicht existieren können. Es braucht immer eine Vielzahl von hinreichend ‚ähnlichen‘ Exemplaren, dass ein Zusammenwirken und Fortbestehen realisiert werden kann. Die ‚Vorgänger‘ sind also eher keine spezifischen Individuen (wenngleich in direkter Abstammung schon), sondern immer Individuen als Mitglieder einer bestimmten ‚Art‘.]
Es ist überliefert, dass Darwin im Sommer 1837, nach der Rückkehr von seiner Forschungsreise mit der HMS Beagle in seinem Notizbuch erstmalig einen irregulär verzweigenden Baum gemalt hat, um die vermuteten genealogischen Zusammenhänge der verschiedenen Arten darzustellen. Der Baum kodierte die Annahme, dass letztlich alle bekannten Lebensformen auf einen gemeinsamen Ursprung zurückgehen. Ferner wird deutlich, dass viele Arten (heutige Schätzungen: 99%) irgendwann ‚ausgestorben‘ sind. Im Falle einzelliger Lebewesen gab es aber – wie wir heute zunehmend erkennen können – auch das Phänomene der Symbiose: ein Mikroorganismus ‚frißt‘ andere und ‚integriert‘ deren Leistung ‚in sich‘ (Beispiel die Mitochondrien als Teil der heute bekannten Zellen). Dies bedeutet, dass ‚Aussterben‘ auch als ‚Synthese‘ auftreten kann.(vgl. SS.70-75)
Die Argumente für den Zusammenhang auf Zellebene zwischen allen bekannten und ausgestorbenen Arten mit gemeinsamen Vorläufern beruhen auf den empirischen Fakten, z.B. dass die metabolischen Verläufe der einzelnen Zellen gleich sind, dass die Art und Weise der genetischen Kodierung und Weitergabe gleich ist, dass der genetische Kode im Detail der gleiche ist, oder ein kurioses Detail wie die molekulare Ausrichtung – bekannt als Chiralität –; obgleich jedes Molekül aufgrund der geltenden Gesetze sowohl rechts- oder linkshändig sein kann, ist die DNA bei allen Zellen ‚rechtshändig‘ und ihr Spiegelbild linkshändig. (vgl.SS.71-73)
Da das DNA-Molekül bei allen bekannten Lebensformen in gleicher Weise unter Benutzung von Bausteinen aus Aminosäure kodiert ist, kann man diese Moleküle mit modernen Sequenzierungstechniken Element für Element vergleichen. Unter der generellen Annahme, dass sich bei Weitergabe der Erbinformationen durch zufällige Mutationen von Generation zur Generation Änderungen ergeben können, kann man anhand der Anzahl der verschiedenen Elemente sowohl einen ‚genetischen Unterschied‘ wie auch einen ‚genealogischen Abstand‘ konstruieren. Der genetische Unterschied ist direkt ’sichtbar‘, die genaue Bestimmung des genealogischen Abstands im ‚Stammbaum‘ hängt zusätzlich ab von der ‚Veränderungsgeschwindigkeit‘. Im Jahr 1999 war die Faktenlage so, dass man annimmt, dass es gemeinsame Vorläufer für alles Leben gegeben hat, die sich vor ca. 3 Milliarden Jahren in die Art ‚Bakterien‘ und ‚Nicht-Bakterien‘ verzweigt haben. Die Nicht-Bakterien haben sich dann weiter verzweigt in ‚Eukaryoten‘ und ‚Archäen‘. (vgl. SS.75-79)
Davies berichtet von bio-geologischen Funden nach denen in de Nähe von Isua (Grönland) Felsen von vor mindestens -3.85 Milliarden Jahren gefunden wurden mit Spuren von Bakterien. Ebenso gibt es Funde von Stromatolythen (Nähe Shark Bay, Australien), mit Anzeichen für Cyanobakterien aus der Zeit von ca. -3.5 Milliarden Jahren und aus der gleichen Zeit Mikrofossilien in den Warrawoona Bergen (Australien). Nach den Ergebnissen aus 1999 hatten die Cyanobakterien schon -3.5 Mrd. Jahre Mechanismen für Photosynthese, einem höchst komplexen Prozess.(vgl. SS.79-81)
Die immer weitere Zurückverlagerung von Mikroorganismen in die Vergangenheit löste aber nicht das Problem der Entstehung dieser komplexen Strukturen. Entgegen der früher verbreiteten Anschauung, dass ‚Leben‘ nicht aus ‚toter Materie‘ entstehen kann, hatte schon Darwin 1871 in einem Brief die Überlegung geäußert, dass in einer geeigneten chemischen Lösung über einen hinreichend langen Zeitraum jene Moleküle und Molekülvernetzungen entstehen könnten, die dann zu den bekannten Lebensformen führen. Aber erst in den 20iger Jahren des 20.Jahrhunderts waren es Alexander Oparin (Rußland) und J.B.S.Haldane (England) die diese Überlegungen ernst nahmen. Statt einem kleinen See, wie bei Darwin, nahm Haldane an, dass es die Ozeane waren, die den Raum für den Übergangsprozess von ‚Materie‘ zu ‚Leben‘ boten. Beiden Forschern fehlten aber in ihrer Zeit die entscheidende Werkzeuge und Erkenntnisse der Biochemie und Molekularbiologie, um ihre Hypothesen testen zu können. Es war Harold Urey (USA) vorbehalten, 1953 mit ersten Laborexperimenten beginnen zu können, um die Hypothesen zu testen. (vgl. SS.81-86)
Mit Hilfe des Studenten Miller arrangierte Urey ein Experiment, bei dem im Glaskolben eine ‚Mini-Erde‘ bestehend aus etwas Wasser mit den Gasen Methan, Hydrogen und Ammonium angesetzt wurde. Laut Annahme sollte dies der Situation um ca. -4 Millarden Jahren entsprechen. Miller erzeugte dann in dem Glaskolben elektrische Funken, um den Effekt von Sonnenlicht zu simulieren. Nach einer Woche fand er dann verschiedene Amino-Säuren, die als Bausteine in allen biologischen Strukturen vorkommen, speziell auch in Proteinen.(vgl. S.86f)
Die Begeisterung war groß. Nachfolgende Überlegungen machten dann aber klar, dass damit noch nicht viel erreicht war. Die Erkenntnisse der Geologen deuteten in den nachfolgenden Jahren eher dahin, dass die Erdatmosphäre, die die sich mehrfach geändert hatte, kaum Ammonium und Methan enthielt, sondern eher reaktions-neutrales Kohlendioxyd und Schwefel, Gase die keine Aminosäuren produzieren. (vgl.S.87)
Darüber hinaus ist mit dem Auftreten von Aminosäuren als Bausteine für mögliche größere Moleküle noch nichts darüber gesagt, ob und wie diese größere Moleküle entstehen können. Genauso wenig wie ein Haufen Ziegelsteine einfach so ein geordnetes Haus bilden wird, genauso wenig formen einzelne Aminosäuren ‚einfach so‘ ein komplexes Molekül (ein Peptid oder Polypeptid). Dazu muss der zweite Hauptsatz überwunden werden, nach dem ’spontane‘ Prozesse nur in Richtung Energieabbau ablaufen. Will man dagegen komplexe Moleküle bauen, muss man gegen den zweiten Hauptsatz die Energie erhöhen; dies muss gezielt geschehen. In einem angenommenen Ozean ist dies extrem unwahrscheinlich, da hier Verbindungen eher aufgelöst statt synthetisiert werden.(vgl.87-90)
Der Chemiker Sidney Fox erweiterte das Urey-Experiment durch Zufuhr von Wärme. In der Tat bildeten sich dann Ketten von Aminosäurebausteinen die er ‚Proteinoide‘ nannte. Diese waren eine Mischung aus links- und rechts-händigen Molekülen, während die biologisch relevanten Moleküle alle links-händig sind. Mehr noch, die biologisch relevanten Aminosäureketten sind hochspezialisiert. Aus der ungeheuren Zahl möglicher Kombinationen die ‚richtigen‘ per Zufall zu treffen grenzt mathematisch ans Unmögliche.(vgl.S.90f) Dazu kommt, dass eine Zelle viele verschiedene komplexe Moleküle benötigt (neben Proteinen auch Lipide, Nukleinsäuren, Ribosomen usw.). Nicht nur ist jedes dieser Moleküle hochkomplex, sondern sie entfalten ihre spezifische Wirkung als ‚lebendiges Ensemble‘ erst im Zusammenspiel. Jedes Molekül ‚für sich‘ weiß aber nichts von einem Zusammenhang. Wo kommen die Informationen für den Zusammenhang her? (vgl.S.91f) Rein mathematisch ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich die ‚richtigen‘ Proteine bilden in der Größenordnung von 1:10^40000, oder, um ein eindrucksvolles Bild des Physikers Fred Hoyle zu benutzen: genauso unwahrscheinlich, wie wenn ein Wirbelsturm aus einem Schrottplatz eine voll funktionsfähige Boeing 747 erzeugen würde. (vgl.S.95)
Die Versuchung, das Phänomen des Lebens angesichts dieser extremen Unwahrscheinlichkeiten als etwas ‚Besonderes‘, als einen extrem glücklichen Zufall, zu charakterisieren, ist groß. Davies plädiert für eine Erklärung als eines ’natürlichen physikalischen Prozesses‘. (S.95f)
Im Kapitel 4 ‚The Message in the Machine‘ (SS.97-122) versucht Davies mögliche naturwissenschaftliche Erklärungsansätze, beginnend bei den Molekülen, vorzustellen. Die Zelle selbst ist so ungeheuerlich komplex, dass noch ein Niels Bohr die Meinung vertrat, dass Leben als ein unerklärbares Faktum hinzunehmen sei (vgl.Anmk.1,S.99). Für die Rekonstruktion erinnert Davies nochmals daran, dass diejenigen Eigenschaften, die ‚lebende‘ Systeme von ’nicht-lebenden‘ Systemen auszeichnen, Makroeigenschaften sind, die sich nicht allein durch Verweis auf die einzelnen Bestandteile erklären lassen, sondern nur und ausschließlich durch das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten. Zentrale Eigenschaft ist hier die Reproduktion. (vgl.SS.97-99)
Reproduktion ist im Kern gebunden an das Kopieren von drei-dimensional charakterisierten DNA-Molekülen. Vereinfacht besteht solch ein DNA-Molekül aus zwei komplementären Strängen, die über eine vierelementiges Alphabet von Nukleinsäurebasen miteinander so verbunden sind, dass es zu jeder Nukleinsäurebase genau ein passendes Gegenstück gibt. Fehlt ein Gegenstück, ist es bei Kenntnis des Kodes einfach, das andere Stück zu ergänzen. Ketten von den vierelementigen Basen können ‚Wörter‘ bilden, die ‚genetische Informationen‘ kodieren. Ein ‚Gen‘ wäre dann solch ein ‚Basen-Wort‘. Und das ganze Molekül wäre dann die Summe aller Gene als ‚Genom‘. Das ‚Auftrennen‘ von Doppelsträngen zum Zwecke des Kopierens wie auch das wieder ‚Zusammenfügen‘ besorgen spezialisierte andere Moleküle (Enzyme). Insgesamt kann es beim Auftrennen, Kopieren und wieder Zusammenfügen zu ‚Fehlern‘ (Mutationen) kommen. (vgl.SS.100-104)
Da DNA-Moleküle als solche nicht handlungsfähig sind benötigen sie eine Umgebung, die dafür Sorge trägt, dass die genetischen Informationen gesichert und weitergegeben werden. Im einfachen Fall ist dies eine Zelle. Um eine Zelle aufzubauen benötigt man Proteine als Baumaterial und als Enzyme. Proteine werden mithilfe der genetischen Informationen in der DNA erzeugt. Dazu wird eine Kopie der DNA-Informationen in ein Molekül genannt Boten-RNA (messenger RNA, mRNA) kopiert, dieses wandert zu einem komplexen Molekülnetzwerk genannt ‚Ribosom‘. Ribosomen ‚lesen‘ ein mRNA-Molekül als ‚Bauanleitung‘ und generieren anhand dieser Informationen Proteine, die aus einem Alphabet von 20 (bisweilen 21) Aminosäuren zusammengesetzt werden. Die Aminosäuren, die mithilfe des Ribosoms Stück für Stück aneinandergereiht werden, werden von spezialisierten Transportmolekülen (transfer RNA, tRNA) ‚gebracht‘, die so gebaut sind, dass immer nur dasjenige tRNA-Molekül andocken kann, das zur jeweiligen mRNA-Information ‚passt‘. Sobald die mRNA-Information ‚abgearbeitet‘ ist, liegt eines von vielen zehntausend möglichen Proteinen vor. (vgl.SS. 104-107) Bemerkenswert ist die ‚Dualität‘ der DNA-Moleküle (wie auch der mRNA) sowohl als ‚Material/ Hardware‘ wie auch als ‚Information/ Software‘. (vgl.S.108)
Diese ‚digitale‘ Perspektive vertieft Davies durch weitere Betrachtung und führt den Leser zu einem Punkt, bei dem man den Eindruck gewinnt, dass die beobachtbaren und messbaren Materialien letztlich austauschbar sind bezogen auf die ‚impliziten Strukturen‘, die damit realisiert werden. Am Beispiel eines Modellflugzeugs, das mittels Radiowellen ferngesteuert wird, baut er eine Analogie dahingehend auf, dass die Hardware (das Material) des Flugzeugs wie auch der Radiowellen selbst als solche nicht erklären, was das Flugzeug tut. Die Hardware ermöglicht zwar grundsätzlich bestimmte Flugeigenschaften, aber ob und wie diese Eigenschaften genutzt werden, das wird durch ‚Informationen‘ bestimmt, die per Radiowellen von einem Sender/ Empfänger kommuniziert werden. Im Fall einer Zelle bilden komplexe Molekülnetzwerke die Hardware mit bestimmten verfügbaren chemischen Eigenschaften, aber ihr Gesamtverhalten wird gesteuert durch Informationen, die primär im DNA-Molekül kodiert vorliegt und die als ‚dekodierte‘ Information alles steuert.(vgl. SS.113-115)
[Anmerkung: Wie schon zuvor festgestellt, repräsentieren Atome und Moleküle als solche keine ‚Information‘ ‚von sich aus‘. Sie bilden mögliche ‚Ereignisse‘ E ‚für andere‘ Strukturen S, sofern diese andere Strukturen S auf irgendeine Weise von E ‚beeinflusst‘ werden können. Rein physikalisch (und chemisch) gibt es unterschiedliche Einwirkungsmöglichkeiten (z.B. elektrische Ladungen, Gravitation,…). Im Falle der ‚Information‘ sind es aber nicht nur solche primären physikalisch-chemischen Eigenschaften, die benutzt werden, sondern das ‚empfangende‘ System S befindet sich in einem Zustand, S_inf, der es dem System ermöglicht, bestimmte physikalisch-chemische Ereignisse E als ‚Elemente eines Kodes‘ zu ‚interpretieren. Ein Kode ist minimal eine Abbildungsvorschrift, die Elemente einer Menge X (die primäre Ereignismenge) in eine Bildmenge Y (irgendwelche anderen Ereignisse, die Bedeutung) ‚übersetzt‘ (kodiert), also CODE: X —> Y. Das Materiell-Stoffliche wird damit zum ‚Träger von Informationen‘, zu einem ‚Zeichen‘, das von einem Empfänger S ‚verstanden‘ wird. Im Falle der zuvor geschilderten Replikation wurden ausgehend von einem DNA-Molekül (= X, Ereignis, Zeichen) mittels mRNA, tRNA und Ribosom (= Kode, CODE) bestimmte Proteine (=Y, Bedeutung) erzeugt. Dies bedeutet, dass die erzeugten Proteine die ‚Bedeutung des DNA-Moleküls‘ sind unter Voraussetzung eines ‚existierenden Kodes‘ realisiert im Zusammenspiel eines Netzwerkes von mRNA, tRNAs und Ribosom. Das Paradoxe daran ist, das die einzelnen Bestandteile des Kodes, die Moleküle mRNA, tRNA und Ribosom (letzteres selber hochkomplex) ‚für sich genommen‘ keinen Kode darstellen, nur in dem spezifischen Zusammenspiel! Wenn also die einzelnen materiellen Bestandteile, die Atome und Moleküle ‚für sich gesehen‘ keinen komplexen Kode darstellen, woher kommt dann die Information, die alle diese materiell hochkomplexen Bestandteile auf eine Weise ‚zusammenspielen‘ lässt, die weit über das hinausgeht, was die Bestandteile einzeln ‚verkörpern‘? ]
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[Anmerkung: Es gibt noch eine andere interssante Perspektive. Das mit Abstand wichtigste Konzept in der (theoretischen) Informatik ist das Konzept der Berechenbarkeit, wie es zunächst von Goedel 1931, dann von Turing in seinem berühmten Artikel von 1936-7 vorgelegt worden ist. In seinem Artikel definiert Turing das mathematische (!) Konzept einer Vorrichtung, die alle denkbaren berechenbaren Prozesse beschreiben soll. Später gaben andere dieser Vorrichtung den Namen ‚Turingmaschine‘ und bis heute haben alle Beweise immer nur dies eine gezeigt, dass es kein anderes formales Konzept der intuitiven ‚Berechenbarkeit‘ gibt, das ’stärker‘ ist als das der Turingmaschine. Die Turingmaschine ist damit einer der wichtigsten – wenn nicht überhaupt der wichtigste — philosophischen Begriff(e). Viele verbinden den Begriff der Turingmaschine oft mit den heute bekannten Computern oder sehen darin die Beschreibung eines konkreten, wenngleich sehr ‚umständlichen‘ Computers. Das ist aber vollständig an der Sache vorbei. Die Turingmaschine ist weder ein konkreter Computer noch überhaupt etwas Konkretes. Genau wie der mathematische Begriff der natürlichen Zahlen ein mathematisches Konzept ist, das aufgrund der ihm innewohnenden endlichen Unendlichkeit niemals eine reale Zahlenmenge beschreibt, sondern nur das mathematische Konzept einer endlich-unendlichen Menge von abstrakten Objekten, für die die Zahlen des Alltags ‚Beispiele‘ sind, genauso ist auch das Konzept der Turingmaschine ein rein abstraktes Gebilde, für das man konkrete Beispiele angeben kann, die aber das mathematische Konzept selbst nie erschöpfen (die Turingmaschine hat z.B. ein unendliches Schreib-Lese-Band, etwas, das niemals real existieren kann).
]
[Anmerkung: Das Interessante ist nun, dass man z.B. die Funktion des Ribosoms strukturell mit dem Konzept einer Turingmaschine beschreiben kann (vgl. Bild). Das Ribosom ist jene Funktionseinheit von Molekülen, die einen Input bestehend aus mRNA und tRNAs überführen kann in einen Output bestehend aus einem Protein. Dies ist nur möglich, weil das Ribosom die mRNA als Kette von Informationseinheiten ‚interpretiert‘ (dekodiert), die dazu führen, dass bestimmte tRNA-Einheiten zu einem Protein zusammengebaut werden. Mathematisch kann man diese funktionelle Verhalten eines Ribosoms daher als ein ‚Programm‘ beschreiben, das gleichbedeutend ist mit einer ‚Funktion‘ bzw. Abbildungsvorschrift der Art ‚RIBOSOM: mRNA x tRNA —> PROTEIN. Das Ribosom stellt somit eine chemische Variante einer Turingmaschine dar (statt digitalen Chips oder Neuronen). Bleibt die Frage, wie es zur ‚Ausbildung‘ eines Ribosoms kommen kann, das ’synchron‘ zu entsprechenden mRNA-Molekülen die richtige Abbildungsvorschrift besitzt.
]
Eine andere Blickweise auf das Phänomen der Information ist jene des Mathematikers Chaitin, der darauf aufmerksam gemacht hat, dass man das ‚Programm‘ eines Computers (sein Algorithmus, seine Abbildungsfunktion, seine Dekodierungsfunktion…) auch als eine Zeichenkette auffassen kann, die nur aus Einsen und Nullen besteht (also ‚1101001101010..‘). Je mehr Wiederholungen solch eine Zeichenkette enthalten würde, um so mehr Redundanz würde sie enthalten. Je weniger Wiederholung, um so weniger Redundanz, um so höher die ‚Informationsdichte‘. In einer Zeichenkette ohne jegliche Redundanz wäre jedes einzelne Zeichen wichtig. Solche Zeichenketten sind formal nicht mehr von reinen zufallsbedingten Ketten unterscheidbar. Dennoch haben biologisch nicht alle zufälligen Ketten eine ’nützliche‘ Bedeutung. DNA-Moleküle ( bzw. deren Komplement die jeweiligen mRNA-Moleküle) kann man wegen ihrer Funktion als ‚Befehlssequenzen‘ als solche binär kodierten Programme auffassen. DNA-Moleküle können also durch Zufall erzeugt worden sein, aber nicht alle zufälligen Erzeugungen sind ’nützlich‘, nur ein verschwindend geringer Teil. Dass die ‚Natur‘ es geschafft hat, aus der unendlichen Menge der nicht-nützlichen Moleküle per Zufall die herauszufischen, die ’nützlich‘ sind, geschah einmal durch das Zusammenspiel von Zufall in Gestalt von ‚Mutation‘ sowie Auswahl der ‚Nützlichen‘ durch Selektion. Es stellt sich die Frage, ob diese Randbedingungen ausreichen, um das hohe Mass an Unwahrscheinlichkeit zu überwinden. (vgl. SS. 119-122)
[Anmerkung: Im Falle ‚lernender‘ Systeme S_learn haben wir den Fall, dass diese Systeme einen ‚Kode‘ ‚lernen‘ können, weil sie in der Lage sind, Ereignisse in bestimmter Weise zu ‚bearbeiten‘ und zu ’speichern‘, d.h. sie haben Speichersysteme, Gedächtnisse (Memory), die dies ermöglichen. Jedes Kind kann ‚lernen‘, welche Ereignisse welche Wirkung haben und z.B. welche Worte was bedeuten. Ein Gedächtnis ist eine Art ‚Metasystem‘, in dem sich ‚wahrnehmbare‘ Ereignisse E in einer abgeleiteten Form E^+ so speichern (= spiegeln) lassen, dass mit dieser abgeleiteten Form E^+ ‚gearbeitet‘ werden kann. Dies setzt voraus, dass es mindestens zwei verschiedene ‚Ebenen‘ (layer, level) im Gedächtnis gibt: die ‚primären Ereignisse‘ E^+ sowie die möglichen ‚Beziehungen‘ RE, innerhalb deren diese vorkommen. Ohne dieses ‚Beziehungswissen‘ gibt es nur isolierte Ereignisse. Im Falle multizellulärer Organismen wird diese Speicheraufgabe durch ein Netzwerk von neuronalen Zellen (Gehirn, Brain) realisiert. Der einzelnen Zelle kann man nicht ansehen, welche Funktion sie hat; nur im Zusammenwirken von vielen Zellen ergeben sich bestimmte Funktionen, wie z.B. die ‚Bearbeitung‘ sensorischer Signale oder das ‚Speichern‘ oder die Einordnung in eine ‚Beziehung‘. Sieht man mal von der spannenden Frage ab, wie es zur Ausbildung eines so komplexen Netzwerkes von Neuronen kommen konnte, ohne dass ein einzelnes Neuron als solches ‚irgend etwas weiß‘, dann stellt sich die Frage, auf welche Weise Netzwerke von Molekülen ‚lernen‘ können. Eine minimale Form von Lernen wäre das ‚Bewahren‘ eines Zustandes E^+, der durch ein anderes Ereignis E ausgelöst wurde; zusätzlich müsste es ein ‚Bewahren‘ von Zuständen geben, die Relationen RE zwischen primären Zuständen E^+ ‚bewahren‘. Solange wir es mit frei beweglichen Molekülen zu tun haben, ist kaum zu sehen, wie es zu solchen ‚Bewahrungs-‚ sprich ‚Speicherereignissen‘ kommen kann. Sollte es in irgend einer Weise Raumgebiete geben, die über eine ‚hinreichend lange Zeit‘ ‚konstant bleiben, dann wäre es zumindest im Prinzip möglich, dass solche ‚Bewahrungsereignisse‘ stattfinden. Andererseits muss man aber auch sehen, dass diese ‚Bewahrungsereignisse‘ aus Sicht eines möglichen Kodes nur möglich sind, wenn die realisierenden Materialien – hier die Moleküle bzw. Vorstufen zu diesen – physikalisch-chemische Eigenschaften aufweisen, die grundsätzlich solche Prozesse nicht nur ermöglichen, sondern tendenziell auch ‚begünstigen‘, und dies unter Berücksichtigung, dass diese Prozesse ‚entgegen der Entropie‘ wirken müssen. Dies bedeutet, dass — will man keine ‚magischen Kräfte‘ annehmen — diese Reaktionspotentiale schon in den physikalisch-chemischen Materialien ‚angelegt‘ sein müssen, damit sie überhaupt auftreten können. Weder Energie entsteht aus dem Nichts noch – wie wir hier annehmen – Information. Wenn wir also sagen müssen, dass sämtliche bekannte Materie nur eine andere Zustandsform von Energie ist, dann müssen wir vielleicht auch annehmen, dass alle bekannten ‚Kodes‘ im Universum nichts anderes sind als eine andere Form derjenigen Information, die von vornherein in der Energie ‚enthalten‘ ist. Genauso wie Atome und die subatomaren Teilchen nicht ’neutral‘ sind sondern von vornherein nur mit charakteristischen (messbaren) Eigenschaften auftreten, genauso müsste man dann annehmen, dass die komplexen Kodes, die wir in der Welt und dann vor allem am Beispiel biologischer Systeme bestaunen können, ihre Wurzeln in der grundsätzlichen ‚Informiertheit‘ aller Materie hat. Atome formieren zu Molekülen, weil die physikalischen Eigenschaften sie dazu ‚bewegen‘. Molkülnetzwerke entfalten ein spezifisches ‚Zusammenspiel‘, weil ihre physikalischen Eigenschaften das ‚Wahrnehmen‘, ‚Speichern‘ und ‚Dekodieren‘ von Ereignissen E in einem anderen System S grundsätzlich ermöglichen und begünstigen. Mit dieser Annahme verschwindet ‚dunkle Magie‘ und die Phänomene werden ‚transparent‘, ‚messbar‘, ‚manipulierbar‘, ‚reproduzierbar‘. Und noch mehr: das bisherige physikalische Universum erscheint in einem völlig neuen Licht. Die bekannte Materie verkörpert neben den bislang bekannten physikalisch-chemischen Eigenschaften auch ‚Information‘ von ungeheuerlichen Ausmaßen. Und diese Information ‚bricht sich selbst Bahn‘, sie ‚zeigt‘ sich in Gestalt des Biologischen. Das ‚Wesen‘ des Biologischen sind dann nicht die ‚Zellen als Material‘, das Blut, die Muskeln, die Energieversorgung usw., sondern die Fähigkeit, immer komplexer Informationen aus dem Universum ‚heraus zu ziehen, aufzubereiten, verfügbar zu machen, und damit das ‚innere Gesicht‘ des Universums sichtbar zu machen. Somit wird ‚Wissen‘ und ‚Wissenschaft‘ zur zentralen Eigenschaft des Universums samt den dazugehörigen Kommunikationsmechanismen.]
Einen Überblick über alle bisherigen Themen findet sich HIER
Zitierte Literatur:
Chaitin, G.J.Information, Randomness & Incompleteness, 2nd ed., World Scientific, 1990
Turing, A. M.On Computable Numbers with an Application to the Entscheidungsproblem. In: Proc. London Math. Soc., Ser.2, vol.42(1936), pp.230-265; received May 25, 1936; Appendix added August 28; read November 12, 1936; corr. Ibid. vol.43(1937), pp.544-546. Turing’s paper appeared in Part 2 of vol.42 which was issued in December 1936 (Reprint in M.DAVIS 1965, pp.116-151; corr. ibid. pp.151-154).
Interessante Links:
Ein Video in Youtube, das eine Rede von Pauls Davies dokumentiert, die thematisch zur Buchbesprechung passt und ihn als Person etwas erkennbar macht.
Paul Davies, The FIFTH MIRACLE: The Search for the Origin and Meaning of Life, New York:1999, Simon & Schuster
Start: 20.Aug.2012
Letzte Fortsetzung: 26.Aug.2012
Mein Interesse an der Astrobiologie geht zurück auf das wundervolle Buch von Peter Ward und Donald Brownlee (2000) „Rare Earth: Why Complex Life is Uncommon in the Universe“. Obwohl ich zum Thema aus verschiedenen Gebieten schon einiges gelesen hatte war es doch dieses Buch, das all die verschiedenen Fakten für mich in einen Zusammenhang stellte, der das Phänomen ‚Leben‘ in einen größeren Zusammenhang erscheinen lies, der Zusammenhang mit der Geschichte des ganzen Universums. Dinge, die zuvor merkwürdig und ungereimt erschienen, zeigten sich in einem neuen Licht. Neben anderen Büchern war es dann das berühmte Büchlein „What Is Life?“ von Erwin Schroedinger (1944), das half, manche Fragen zu verschärfen Neben anderen Publikationen fand ich hier das Buch von von Horst Rauchfuß (2005) „Chemische Evolution und der Ursprung des Lebens“ sehr erhellend (hatte früher dazu andere Bücher gelesen wie z.B. Manfred Eigen (1993, 3.Aufl.) „Stufen zum Leben. Die frühe Evolution im Visier der Molekularbiologie“). Einen weiteren Schub erhielt die Fragestellung durch das – nicht so gut lesbare, aber faktenreiche – Buch von J. Gale (2009) „Astrobiology of Earth: The Emergence, Evolution and Future of Life on a Planet in Turmoil“. Gegenüber ‚Rare Earth‘ ergibt es keine neuen grundsätzlichen Erkenntnisse, wohl aber viele aktuelle Ergänzungen und z.T. Präzisierungen. Dass ich bei diesem Sachstand dann noch das Buch von Paul Davies gelesen habe, war eher systematische Neugierde (parallel habe ich noch angefangen Christian de Duve (1995) „Vital Dust. The origin and Evolution of Life on Earth“ sowie Jonathan I.Lunine (2005) „Astrobiology. A multidisciplinary Approach“).
Der Titel des Buchs „Das fünfte Wunder“ (The 5th Miracle) wirkt auf den ersten Blick leicht ‚esoterisch‘ und für sachlich orientierte Leser daher eher ein wenig abschreckend, aber Paul Davies ist ein angesehener Physiker und hat hier ein Buch geschrieben, das auf der Basis der Physik und Chemie die grundlegende Frage zum Ursprung und der Bedeutung des Lebens systematisch und spannend aufrollt. Hier wird man nicht einfach mit Fakten überschüttet (obgleich er diese hat), sondern anhand von Beobachtungen, daraus sich ergebenden Fragen und Hypothesen beschreibt er einen gedanklichen Prozess, der über Fragen zu Antworten führt, die wiederum neue Fragen entstehen lassen. Es gibt wenige wissenschaftliche Bücher, die so geschrieben sind. Ich halte es für ein glänzendes Buch, wenngleich manche Hypothesen sich durch die weitere Forschung als nicht so ergiebig erwiesen haben. Seine grundsätzlichen Überlegungen bleiben davon unberührt.
Den leicht irritierenden Titel erklärt Davies auf S.22 als Anspielung auf den biblischen Schöpfungsbericht, wo in Vers 11 vom ersten Buch Mose (= Buch Genesis) (abgekürzt Gen 1:11) beschrieben wird, dass Gott die Pflanzen geschaffen habe. Nach Davies war dies das fünfte Wunder nachdem zuvor laut Davies das Universeum (universe), das Licht (light), der Himmel (firmament) und das trockene Land (dry land) geschaffen worden seien. Einer bibelwissenschaftlichen Analyse hält diese einfache Analyse von Davies sicher nicht stand. Sie spielt auch für den gesamten restlichen Text überhaupt keine Rolle. Von daher erscheint mir dieser Titel sehr unglücklich und wenig hilfreich. Für mich beschreibt der Untertitel des Buches den wahren Inhalt am besten: „Die Suche nach dem Ursprung und der Bedeutung des Lebens“.
Im Vorwort (Preface, pp.11-23) formuliert Davies seine zentralen Annahmen. Mit einfachen Worten könnte man es vielleicht wie folgt zusammen fassen: Das Phänomen des Lebens zu definieren bereitet große Schwierigkeiten. Es zu erklären übersteigt die bisher bekannten physikalischen Gesetze. Dass Leben irgendwann im Kosmos aufgetreten ist und der ungefähre Zeitraum wann, das ist Fakt. Nicht klar ist im Detail, wie es entstehen konnte. Ferner ist nicht klar, ob es ein außergewöhnlicher Zufall war oder ob es im Raum der physikalischen Möglichkeiten einen favorisierten Pfad gibt, der durch die ‚inhärenten‘ Eigenschaften von Energie (Materie) dies ‚erzwingt‘. Nur im letzteren Fall wäre es sinnvoll, anzunehmen, dass Leben überall im Universum entstehen kann und – höchstwahrscheinlich – auch entstanden ist.
Dies sind dürre trockene Worte verglichen mit dem Text von Davies, der mit den zentralen Aussagen auch gleich ein bischen Forschungs- und Ideengeschichte rüberbringt (verwoben mit seiner eigenen Lerngeschichte) und der einen exzellenten Schreibstil hat (von daher kann ich jedem nur empfehlen, das Buch selbst zu lesen).
Für Davies ist die Frage der Entstehung des Lebens (Biogenese, engl. Biogenesis) nicht ‚irgend ein anderes‘ Problem, sondern repräsentiert etwas ‚völlig Tieferes‘, das die Grundlagen der gesamten Wissenschaft und des gesamten Weltbildes herausfordert (vgl. S.18). Eine Lösung verlangt radikal neue Ideen, neue Ansätze gegenüber dem Bisherigen (vgl. S.17). Das Phänomen des Lebens entzieht sich eindeutig dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik (der einen Ausgleich aller Energieunterschiede impliziert) und seine Besonderheiten ergeben sich nicht einfach durch bloßen Aufweis seiner chemischen Bestandteile (vgl. S.19). Er vermutet die Besonderheit des Phänomen Lebens in der ‚Organisation von Information‘, was dann die Frage aufwirft, wo diese Information herkommt (vgl.S.19). Als informationsgetriebene Objekte entziehen sich die Phänomene des Lebens allen bekannten Gesetzen der Physik und Chemie (und der Biologie, sofern sie diesen Aspekt nicht als Leitthema hat?).
Davies zieht aus diesen Annahmen den Schluß, dass kein bekanntes Naturgesetz solche hochkomplexe Strukturen von zusammenhanglosen chemischen Bestandteilen induzieren konnte. Er sieht in dem ganzen Entstehungsprozess ein ‚atemberaubendes geniales (ingeniuos)‘ lebens-freundliches Universum, das zu verstehen, wir ganz am Anfang stehen. (vgl. S.20).
Dass Davies aufgrund der atemberaubenden Komplexität von lebensfreundlichen Strukturen eine Interaktion der Erde mit anderen Planeten (z.B. dem Mars) in früheren Phasen nicht ausschließt und im weiteren Verlauf auch akribisch das Für und Wider untersucht, sei hier nur angemerkt. Ein eindeutiges Ergebnis gibt es aufgrund der komplizierten Zusammenhänge – soweit ich sehe – bis heute nicht. Ob spezielle Moleküle, die Bestandteile von lebenskonstituierenden Strukturen geworden sind, teilweise von außerhalb der Erde gekommen sind oder nicht, berührt die wichtigen Grundfragen nach der Struktur und der ‚Bedeutung‘ von Leben im Universum nicht.
Das erste Kapitel (SS.25-47) überschreibt er mit ‚Die Bedeutung des Lebens‘. Er beginnt nochmals mit der Feststellung, dass die Wissenschaft bislang nicht mit Sicherheit weiß, wie das Phänomen des Lebens tatsächlich begann (auf der Erde? mit Unterstützung aus dem Weltall,… ?)(vgl. S.26), um dann nochmals an die bekannten Fakten zu erinnern, wann in der zurückliegenden Zeit Lebensphänomene dokumentiert sind: das älteste gut dokumentierte Tierfossil datiert auf -560 Mio Jahren und findet sich in Australien (Flinders Ranges, nördlich von Adelaide). Etwa 15 Mio Jahre später findet man eine Artenexplosion, die vom Meer ausgehend das Land mit Pflanzen und Tieren ‚kolonisierte‘. Davor aber, ab etwa -1 Milliarde Jahre rückwärts, gab es nur einzellige Organismen. Alle Evidenzen sprechen nach Davies dafür, dass alle späteren komplexen Lebensformen sich aus diesen einfachen, einzelligen Formen entwickelt haben.(vgl.S.29)
Von diesen einzelligen Lebewesen (‚Mikroorganismen‘, ‚Bakterien‘ genannt) weiß man, dass Sie seit mindestens -3.5 Milliarden Jahre existieren [Ergänzung, kein Zitat bei Davies: nach Christian de Duve gibt es auf der ganzen Erde aus allen Zeiten Ablagerungen von Mikroorganismen, die sich versteinert haben und als Stromatolithen Zeugnis geben von diesen Lebensformen, vgl. Duve S.4f] (vgl. S.45)(laut Davies kann ein Löffel Erde bester Qualität 10 Billionen (10*10^12) Mikroorganismen enthalten, die 10.000 verschiedene Arten repräsentieren!(vgl. S.45). Die Verbindungen zwischen den verschiedenen Lebensformen werden durch Vergleiche ihrer Biochemie (auch Metabolismus) und über ihr genetisches Material identifiziert.(vgl. S.46) Von den heute bekannten Mikroorganismen leben diejenigen, die den ältesten Formen von Mikroorganismen am ähnlichsten sind, in großen Meerestiefen am Fuße unterseeischer Vulkane.(vgl. S.47)
Zugleich weiß man nach Davies, dass die lebenden Zelle in ihrer Größe das komplexeste System darstellen, was wir Menschen kennen. (vgl.S.29) Und genau dies bereitet ihm Kopfzerbrechen: Wie ist es möglich, dass ‚geistlose Moleküle‘, die letztlich nur ihre unmittelbaren Nachbarn ’stoßen und ziehen‘ können, zu einer ingeniösen Kooperation zusammenfinden, wie sie eine lebende Zelle verkörpert? (vgl. S.30)
Welche Eigenschaften sind letztlich charakteristisch für eine lebende Zelle? Davies listet oft genannte Eigenschaften auf (Autonomie, Reproduktion, Metabolismus, Ernährung , Komplexität, Organisation, Wachstum und Entwicklung, Informationsgehalt, Hardware/ Software Einheit , Permanenz und Wechsel (vgl.SS.33-36)) und stellt dann fest, dass es offensichtlich keine einfache Eigenschaft ist, die ‚Lebendes‘ von ‚Nicht-Lebendem‘ trennt. (vgl. S.36) Auch scheint eine ‚rein mechanistische‘ Erklärung der chemischen Kausalketten nicht ausreichend zu sein. Es gibt das Moment der ‚Selbstbestimmung‘ (self-determination) bei jeder Zelle, eine Form von ‚Autonomie‘, die sich von keinen physikalischen Eigenschaften herleiten lassen.(vgl. S.33) Biologische Komplexität ist offensichtlich ‚instruierte Komplexität‘, die auf Information basiert (information-based). (vgl. S.31)
Damit würde sich andeuten, dass die beiden Eigenschaften ‚Metabolismus‘ und ‚Reproduktion‘ zwei Kerneigenschaften darstellen (vgl. S.36f), die sich in dem Vorstellungsmodell ‚Hardware (= Metabolismus)‘ und ‚Software (= Reproduktion)‘ wiederfinden.
An dieser Stelle lenkt Davies den Blick nochmals auf ein zentrales Faktum des ganzen Phänomen Lebens, auf das außergewöhnlichste Molekül, das wir kennen, bestehend aus vielen Milliarden sequentiell angeordneten Atomen, bezeichnet als Desoxyribonukleinsäure (deoxyribonucleic acid) (DNA), eine Ansammlung von ‚Befehlen‘, um damit Organismen (Pflanzen, Tiere inklusiv Menschen) ‚hervorbringen‘ zu können. Und dieses Molekül ist unvorstellbar alt, mindestens 3.5 Milliarden Jahre. (vgl. S.41)
Wenn Davies dann weiter schreibt, dass diese DNA die Fähigkeit hat, sich zu Vervielfältigen (to replicate) (vgl. S.41f), dann ist dies allerdings nicht die ganze Wahrheit, denn das Molekül als solches kann strenggenommen garnichts. Es benötigt eine spezifische Umgebung, damit ein Vervielfältigungsprozess einsetzen kann, an den sich dann ein höchst komplexer Umsetzungsprozeß anschliesst, durch den die DNA-Befehle in irgendwelche dynamischen organismischen Strukturen überführt werden. D.h. dieses ‚Wunder‘ an Molekül benötigt zusätzlich eine geeignete ebenfalls höchst komplexe Umgebung an ‚Übersetzern‘ und ‚Machern, die aus dem ‚Bauplan‘ (blueprint) ein lebendes Etwas generieren. Das zuvor von Davies eingeführte Begriffspaar ‚Hardware’/ ‚Software‘ wäre dann so zu interpretieren, dass die DNA eine Sequenz von Ereignissen ist, die als ‚Band‘ einer Turingmaschine einen möglichen Input darstellen und die Umgebung einer DNA wäre dann der ausführende Teil, der einerseits diese DNA-Ereignisse ‚lesen‘ kann, sie mittels eines vorgegebenen ‚Programms‘ ‚dekodiert‘ und in ‚Ausgabeereignisse‘ (Output) überführt. Folgt man dieser Analogie, dann ist der eigentliche ‚berechnende‘ Teil, die ‚rechnende Maschine‘ eine spezifisch beschaffene ‚Umgebung‘ eines DNA-Moleküls (COMPUTER_ENV)! In der ‚Natur‘ ist diese rechnende Maschine realisiert durch Mengen von spezifischen Molekülen, die miteinander so interagieren können, dass ein DNA-Molekül als ‚Input‘ eine Ereigniskette auslöst, die zum ‚Aufbau‘ eines Organismus führt (minimal einer einzelnen Zelle (COMPUTER_INDIVIDUAL)), der dann selbst zu einer ‚rechnenden Maschine‘ wird, also (vereinfacht) COMPUTER_ENV: DNA x ENV —> COMPUTER_INDIVIDUAL.
Die von Davies erwähnte Vervielfältigung (Replikation) wäre dann grob eine Abbildung entweder von einem individuellen System (COMPUTER_INDIVIDUAL) zu einem neuen DNA-Molekül, das dann wieder zu einem Organismus führen kann, oder – wie später dann weit verbreitet – von zwei Organismen, die ihre DNA-Informationen ‚mischen‘ zu einer neuen DNA, vereinfachend REPLICATION: COMPUTER_INDIVIDUAL [x COMPUTER_INDIVIDUAL] x ENV —> DNA.
Sobald in der Entwicklung des Lebens die Brücke von ‚bloßen‘ Molekülen zu einem Tandem aus (DNA-)Molekül und Übersetzer- und Bau-Molekülen – also COMPUTER_ENV und COMPUTER_INDIVUDAL — geschlagen war, ab dann begann die ‚biologische Evolution‘ (wie Darwin und Vorläufer) sie beschrieben haben ‚zu laufen‘. Dieser revolutionäre Replikationsmechanismus mit DNA-Molekülen als Informationsformat wurde zum Generator aller Lebensformen, die wir heute kennen. (vgl.S.42)
Aus der Kenntnis dieses fundamentalen Replikationsmechanismus folgt aber keinerlei Hinweis, wie es zu diesem hochkomplexen Mechanismus überhaupt kommen konnte, und das vor mehr als 3.5 Milliarden Jahren irgendwo unter der Erdoberfläche [Eigene Anmerkung: eine Frage, die auch im Jahr 2012 noch nicht voll befriedigend beantwortet ist!]. (vgl.S.44)
Im Kapitel 2 ‚Against the Tide‘ (S.49-67) greift Davies nochmals den Aspekt des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik auf, nachdem in einem geschlossenen System die Energie erhalten bleibt und vorhandene Ungleichheiten in der Verteilung der Energie (geringere Entropie, geringere Unordnung = höhere Ordnung) auf Dauer ausgeglichen werden, bis eine maximale Gleichverteilung vorliegt (maximale Entropie, maximale Unordnung, minimale Ordnung). [Anmerkung: Dies setzt implizit voraus, dass Energieverdichtungen in einer bestimmten Region des geschlossenen Systems prinzipiell ‚auflösbar‘ sind. Materie als einer Zustandsform von Energie realisiert sich (vereinfacht) über Atome und Verbindungen von Atomen, die unter bestimmten Randbedingungen ‚auflösbar‘ sind. Verbindungen von Atomen speichern Energie und stellen damit eine höhere ‚Ordnung‘ dar als weniger verbundene Atome.]
Wie oben schon festgestellt, stellt die Zusammenführung von Atomen zu komplexen Molekülen, und eine Zusammenfügung von Molekülen zu noch komplexeren Strukturen, wie sie das Phänomen des Lebens auszeichnet, lokal begrenzt eine ‚Gegenbewegung‘ zum Gesetz der Zunahme von Entropie dar. Das Phänomen des Lebens widersetzt sich darin dem allgemeinen Trend (‚against the tide‘). Dies ist nur möglich, weil die biologischen Strukturen (Moleküle, Molekülverbände, Zellen, Replikation…) für ihre Zwecke Energie einsetzen! Dies bedeutet, sie benötigen ‚frei verfügbare Energie‘ (free energy) aus der Umgebung. Dies sind entweder Atomverbindungen, deren Energie sich mittels eines geringen Energieaufwandes teilweise erschließen lässt (z.B. Katalyse mittels Enzymen), oder aber die Nutzung von ‚Wärme‘ (unterseeische Vulkane, Sonnenlicht,…). Letztlich ist es die im empirischen Universum noch vorhandene Ungleichverteilungen von Energie, die sich partiell mit minimalem Aufwand nutzen lässt, die biologische Strukturen ermöglicht. Aufs Ganze gesehen führt die Existenz von biologischen Strukturen auf Dauer aber doch auch zum Abbau eben dieser Ungleichheiten und damit zum Anwachsen der Entropie gemäß dem zweiten Hauptsatz. (vgl. 49-55) [Anmerkung: durch fortschreitende Optimierungen der Energienutzungen (und auch der organismischen Strukturen selbst) kann die Existenz von ‚Leben‘ im empirischen Universum natürlich ’sehr lange‘ andauern.]
Davies weist an dieser Stelle ausdrücklich darauf hin, dass die scheinbare Kompatibilität des Phänomens Leben mit dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik nicht bedeutet, dass die bekannten Gesetze der Physik damit auch schon ‚erklären‘ würden, wie es überhaupt zur Ausbildung solcher komplexer Ordnungen im Universum kommen kann, wie sie die biologischen Strukturen darstellen. Sie tun es gerade nicht.(vgl. S.54) Er zitiert hier u.a. auch Erwin Schroedinger mit den Worten ‚Wir müssen damit rechnen, einen neuen Typ von physikalischem Gesetz zu finden, das damit klarkommt‘(vgl. S.52)
Davies macht hier auch aufmerksam auf die strukturelle Parallelität zwischen dem physikalischen Begriff der Entropie, dem biologischen Begriff der Ordnung und dem von Shannon geprägten Begriff der Information. Je mehr ‚Rauschen‘ (noise) wir in einer Telefonverbindung haben, um so weniger können wir die gesprochenen Worte des Anderen verstehen. Rauschen ist ein anderes Wort für ‚Unordnung = Entropie‘. Je geringer die Entropie heißt, d.h. umso höher die ‚Ordnung‘ ist, um so höher ist der Informationsgehalt für Sender und Empfänger. Shannon hat daher ‚Information‘ als ‚Negentropie‘, als ’negative Entropie‘ definiert. Biologische ‚Ordnung‘ im Sinne von spezifisch angeordneten Atomen und Molekülen würde im Sinne der Shannonschen Informationstheorie dann einen hohen Informationsgehalt repräsentieren, wie überhaupt jede Form von Ordnung dann als ‚Information‘ aufgefasst werden kann, da diese sich von einer ‚gleichmachenden Unordnung‘ ‚abhebt‘.(vgl. S.56)
Wie kann aus einem Rauschen (Unordnung) Information (Ordnung) entstehen? Davies (im Einklang mit Schroedinger) weist darauf hin, dass die Ordnung aus der frei verfügbaren Energie aus der Umgebung stammt.(vgl. S.56f). Das DNA-Molekül repräsentiert in diesem Sinne als geordnete Struktur auch Information, die durch ‚Mutationen‘ (= Rauschen!) verändert werden kann. Es werden aber nur jene Organismen in einer bestimmten Umgebung überleben, deren in der DNA-gespeicherten Information für die jeweilige Umgebung ‚hinreichend gut‘ ist. D.h. in der Interaktion zwischen (DNA, Replikationsmechanismus, Umgebung) filtert die Umgebung jene Informationen heraus, die ‚geeignet‘ sind für eine fortdauernde Interaktion [Anmerkung: salopp könnte man auch sagen, dass die Umgebung (bei uns die Erde) sich genau jene biologischen Strukturen ‚heranzüchtet‘, die für eine Kooperation ‚geeignet‘ sind, alle anderen werden aussortiert.](vgl. S.57)
Ein anderer Aspekt ist der Anteil an ‚Fehlern‘ in der DNA-Bauanleitung bzw. während des Replikationsprozesses. Ab einem bestimmten Anteil können Fehler einen funktionstüchtigen Organismus verhindern. Komplexe Organismen setzen entsprechend leistungsfähige Fehlervermeidungsmechanismen voraus. (vgl. SS.58-60)
Weiterhin ist zu beachten, dass ‚Information‘ im Sinne von Shannon eine rein statistische Betrachtung von Wahrscheinlichkeiten im Auftreten von bestimmten Kombinationen von Elementen einer Grundmenge darstellt. Je ’seltener‘ eine Konfiguration statistisch auftritt, umso höher ist ihr Informationsgehalt (bzw. ‚höhere Ordnungen‘ sind ’seltener‘). Dies Betrachtungsweise lässt die Dimension der ‚Bedeutung‘ ganz außer Acht.
Eine Bedeutung liegt immer dann vor, wenn ein Sender/ Empfänger von einer Entität (z.B. von einem DNA-Molekül oder von einem Abschnitt eines DNA-Moleküls) auf eine andere Entität (z.B. anderen Molekülen) ’schließen‘ kann. Im Falle der biologischen Strukturen wäre dies z.B. der Zusammenhang zwischen einem DNA-Molekül und jenen organismischen Strukturen, die aufgrund der Information im DNA-Molekül ‚gebaut‘ werden sollen. Diese zu bauenden organismischen Strukturen würden dann die ‚Bedeutung‘ darstellen, die mit einem DNA-Molekül zu verbinden wäre.
Shannonsche Information bzw. biologische Ordnung haben nichts mit dieser ‚(biologischen) Bedeutung‘ zu tun. Die biologische Bedeutung in Verbindung mit einem DNA-Molekül wäre damit in dem COMPUTER_ENV zu lokalisieren, der den ‚Input‘ DNA ‚umsetzt/ verwandelt/ übersetzt/ transformiert…‘ in geeignete biologische Strukturen.(vgl.S.60) [Anmerkung: Macht man sich hier die Begrifflichkeit der Semiotik zunutze, dann könnte man auch sagen, dass die spezifische Umgebung COMPUTER_ENV eine semiotische Maschine darstellt, die die ‚Syntax‘ der DNA übersetzt in die ‚Semantik‘ biologischer Organismen. Diese semiotische Maschine des Lebens ist ‚implementiert‘ als ein ‚chemischer Computer‘, der mittels diverser chemischer Reaktionsketten arbeitet, die auf den Eigenschaften unterschiedlicher Moleküle und Umgebungseigenschaften beruhen.]
Mit den Begriffen ‚Entropie‘, ‚Ordnung‘ und ‚Information‘ erwächst unweigerlich die Frage, wie konnte Ordnung bzw. Information im Universum entstehen, wo doch der zweite Hauptsatz eigentlich nur die Entropie favorisiert? Davies lenkt den Blick hier zurück auf den Ursprung des bekannten Universums und folgt dabei den Eckwerten der Big-Bang Theorie, die bislang immer noch die überzeugendste empirische Beschreibung liefert. In seiner Interpretation fand zu Beginn eine Umwandlung von Energie sowohl in die uns bekannte ‚Materie‘ statt (positive Energie), zugleich aber auch in ‚Gravitation‘ (negative Energie). Beide Energien heben sich gegenseitig auf. (vgl. S.61f)
Übernimmt man die übliche Deutung, dass die ‚kosmische Hintergrundstrahlung‘ einen Hinweis auf die Situation zu Beginn des Universums liefert, dann war das Universum zu Beginn ’nahezu strukturlos‘, d.h. nahe bei der maximalen Entropie, mit einer minimale Ordnung, nahezu keiner Information. (vgl. S.62f) Wie wir heute wissen, war es dann die Gravitation, die dazu führte, dass sich die fast maximale Entropie schrittweise abbaute durch Bildung von Gaswolken und dann von Sternen, die aufgrund der ungeheuren Verdichtung von Materie dann zur Rückverwandlung von Materie in Energie führte, die dann u.a. als ‚freie Energie‘ verfügbar wurde. [Anmerkung: der andere Teil führt zu Atomverbindungen, die energetisch ‚höher aufgeladen‘ sind. Diese stellt auch eine Form von Ordnung und Information dar, also etwa INF_mat gegenüber der INF_free.] Davies sieht in dieser frei verfügbare Energie die Quelle für Information. (vgl. S.63)
Damit wird auch klar, dass der zweite Hauptsatz der Thermodynamik nur eine Seite des Universums beschreibt. Die andere Seite wird von der Gravitation bestimmt, und diese arbeitet der Entropie diametral entgegen. Weil es die Gravitation gibt, gibt es Ordnung und Information im Universum. Auf dieser Basis konnten und können sich biologische Strukturen entwickeln. (vgl. S.64)
[Anmerkung: In dieser globalen Perspektive stellt die Biogenese letztlich eine folgerichtige Fortsetzung innerhalb der ganzen Kosmogenese dar. Aktuell bildet sie die entscheidende Phase, in der die Information als freie Energie die Information als gebundene Energie zu immer komplexeren Strukturen vorantreibt, die als solche einer immer mehr ‚verdichtete‘ (= komplexere) Information verkörpern. Biologische Strukturen bilden somit eine neue ‚Zustandsform‘ von Information im Universum.]
Mit den Augen der Quantenphysik und der Relativitätstheorie zeigt sich noch ein weiterer interessanter Aspekt: die einzelnen Teilchen, aus denen sich die bekannte Materie konstituiert, lassen ‚an sich‘, ‚individuell‘ keine ‚Kontexte‘ erkennen; jedes Teilchen ist wie jedes andere auch. Dennoch ist es so, dass ein Teilchen je nach Kontext etwas anderes ‚bewirken‘ kann. Diese ‚Beziehungen‘ zwischen den Teilchen, charakterisieren dann ein Verhalten, das eine Ordnung bzw. eine Information repräsentieren kann. D.h. Ordnung bzw. Information ist nicht ‚lokal‘, sondern eine ‚globale‘ Eigenschaft. Biologische Strukturen als Repräsentanten von Information einer hochkomplexen Art sind von daher wohl kaum durch physikalische Gesetze beschreibbar, die sich auf lokale Effekte beschränken. Man wird sicher eine neue Art von Gesetzen benötigen. (vgl. S.67)
[Anmerkung: Eine strukturell ähnliche Situation haben wir im Falle des Gehirns: der einzelnen Nervenzelle im Verband von vielen Milliarden Zellen kann man als solche nicht ansehen, welche Funktion sie hat. Genauso wenig kann man einem einzelnen neuronalen Signal ansehen, welche ‚Bedeutung‘ es hat. Je nach ‚Kontext‘ kann es von den Ohren kommen und einen Aspekt eines Schalls repräsentieren, oder von den Augen, dann kann es einen Aspekt des Sehfeldes repräsentieren, usw. Dazu kommt, dass durch die immer komplexere Verschaltung der Neuronen ein Signal mit zahllosen anderen Signalen ‚vermischt‘ werden kann, so dass die darin ‚kodierte‘ Information ’semantisch komplex‘ sein kann, obgleich das Signal selbst ‚maximal einfach‘ ist. Will man also die ‚Bedeutung‘ eines neuronalen Signals verstehen, muss man das gesamte ‚Netzwerk‘ von Neuronen betrachten, die bei der ‚Signalverarbeitung‘ zusammen spielen. Und das würde noch nicht einmal ausreichen, da der komplexe Signalfluss als solcher seine eigentliche ‚Bedeutung‘ erst durch die ‚Wirkungen im Körper‘ ‚zeigt‘. Die Vielzahl der miteinander interagierenden Neuronen stellen quasi nur die ‚Syntax‘ eines neuronalen Musters dar, dessen ‚Bedeutung‘ (die semantische Dimension) in den vielfältigen körperlichen Prozessen zu suchen ist, die sie auslösen bzw. die sie ‚wahrnehmen‘. Tatsächlich ist es sogar noch komplexer, da für die ‚handelnden Organismen‘ zusätzlich noch die ‚Umgebung‘ (die Außenwelt zum Körper) berücksichtigen müssen.]
Davies erwähnt im Zusammenhang der Gravitation als möglicher Quelle für Information auch Roger Penrose und Lee Smolin. Letzterer benutzt das Konzept der ‚Selbstorganisation‘ und sieht zwischen der Entstehung von Galaxien und biologischen Populationen strukturelle Beziehungen, die ihn zum Begriff der ‚eingebetteten Hierarchien von selbstorganisierenden Systemen führen. (vgl. S.65)
Wir beginnen mit einem Erkenntnisbegriff, der im subjektiven Erleben ansetzt. Alles, was sich subjektiv als ‚Gegeben‘ ansehen kann, ist ein ‚primärer‘ ‚Erkenntnisinhalt‘ (oft auch ‚Phänomen‘ [PH] genannt).
Gleichzeitig mit den primären Erkenntnisinhalten haben wir ein ‚Wissen‘ um ’sekundäre‘ Eigenschaften von Erkenntnisinhalten wie ‚wahrgenommen‘, ‚erinnert‘, ‚gleichzeitig‘, ‚vorher – nachher‘, ‚Instanz einer Klasse‘, ‚innen – außen‘, und mehr.
Auf der Basis der primären und sekundären Erkenntnisse lassen sich schrittweise komplexe Strukturen aufbauen, die das subjektive Erkennen aus der ‚Innensicht‘ beschreiben (‚phänomenologisch‘, [TH_ph]), aber darin auch eine systematische Verortung von ‚empirischem Wissen‘ erlaubt.
Mit der Bestimmung des ‚empirischen‘ Wissens lassen sich dann Strukturen der ‚intersubjektiven Körperwelt‘ beschreiben, die weit über das ’subjektive/ phänomenologische‘ Wissen hinausreichen [TH_emp], obgleich sie als ‚Erlebtes‘ nicht aus dem Bereich der Phänomene hinausführen.
Unter Einbeziehung des empirischen Wissens lassen sich Hypothesen über Strukturen bilden, innerhalb deren das subjektive Wissen ‚eingebettet‘ erscheint.
Der Ausgangspunkt bildet die Verortung des subjektiven Wissens im ‚Gehirn‘ [NN], das wiederum zu einem ‚Körper‘ [BD] gehört.
Ein Körper stellt sich dar als ein hochkomplexes Gebilde aus einer Vielzahl von Organen oder organähnlichen Strukturen, die miteinander in vielfältigen Austauschbeziehungen (‚Kommunikation‘) stehen und wo jedes Organ spezifische Funktionen erfüllt, deren Zusammenwirken eine ‚Gesamtleistung‘ [f_bd] des Input-Output-Systems Körpers ergibt. Jedes Organ besteht aus einer Vielzahl von ‚Zellen‘ [CL], die nach bestimmten Zeitintervallen ‚absterben‘ und ‚erneuert‘ werden.
Zellen, Organe und Körper entstehen nicht aus dem ‚Nichts‘ sondern beruhen auf ‚biologischen Bauplänen‘ (kodiert in speziellen ‚Molekülen‘) [GEN], die Informationen vorgeben, auf welche Weise Wachstumsprozesse (auch ‚Ontogenese‘ genannt) organisiert werden sollen, deren Ergebnis dann einzelne Zellen, Zellverbände, Organe und ganze Körper sind (auch ‚Phänotyp‘ genannt). Diese Wachstumsprozesse sind ’sensibel‘ für Umgebungsbedingungen (man kann dies auch ‚interaktiv‘ nennen). Insofern sind sie nicht vollständig ‚deterministisch‘. Das ‚Ergebnis‘ eines solchen Wachstumsprozesses kann bei gleicher Ausgangsinformation anders aussehen. Dazu gehört auch, dass die biologischen Baupläne selbst verändert werden können, sodass sich die Mitglieder einer Population [POP] im Laufe der Zeit schrittweise verändern können (man spricht hier auch von ‚Phylogenese‘).
Nimmt man diese Hinweise auf Strukturen und deren ‚Schichtungen‘ auf, dann kann man u.a. zu dem Bild kommen, was ich zuvor schon mal unter dem Titel ‚Emergenz des Geistes?‘ beschrieben hatte. In dem damaligen Beitrag hatte ich speziell abgehoben auf mögliche funktionale Unterschiede der beobachtbaren Komplexitätsbildung.
In der aktuellen Reflexion liegt das Augenmerk mehr auf dem Faktum der Komplexitätsebene allgemein. So spannen z.B. die Menge der bekannten ‚Atome‘ [ATOM] einen bestimmten Möglichkeitsraum für theoretisch denkbare ‚Kombinationen von Atomen‘ [MOL] auf. Die tatsächlich feststellbaren Moleküle [MOL‘] bilden gegenüber MOL nur eine Teilmenge MOL‘ ⊆ MOL. Die Zusammenführung einzelner Atome {a_1, a_2, …, a_n} ⊆ ATOM zu einem Atomverband in Form eines Moleküls [m in MOL‘] führt zu einem Zustand, in dem das einzelne Atom a_i mit seinen individuellen Eigenschaften nicht mehr erkennbar ist; die neue größere Einheit, das Molekül zeigt neue Eigenschaften, die dem ganzen Gebilde Molekül m_j zukommen, also {a_1, a_2, …, a_n} ≠ m_i (mit {a_1, a_2, …, a_n} als ‚Bestandteilen‘ des Moleküls m_i).
Wie wir heute wissen, ist aber auch schon das Atom eine Größe, die in sich weiter zerlegt werden kann in ‚atomare Bestandteile‘ (‚Quanten‘, ‚Teilchen‘, ‚Partikel‘, …[QUANT]), denen individuelle Eigenschaften zugeordnet werden können, die auf der ‚Ebene‘ des Atoms verschwinden, also auch hier wenn {q_1, q_2, …, q_n} ⊆ QUANT und {q_1, q_2, …, q_n} die Bestandteile eines Atoms a_i sind, dann gilt {q_1, q_2, …, q_n}≠ a_i.
Wie weit sich unterhalb der Quanten weitere Komplexitätsebenen befinden, ist momentan unklar. Sicher ist nur, dass alle diese unterscheidbaren Komplexitätsebenen im Bereich ‚materieller‘ Strukturen aufgrund von Einsteins Formel E=mc^2 letztlich ein Pendant haben als reine ‚Energie‘. Letztlich handelt es sich also bei all diesen Unterschieden um ‚Zustandsformen‘ von ‚Energie‘.
Entsprechend kann man die Komplexitätsbetrachtungen ausgehend von den Atomen über Moleküle, Molekülverbände, Zellen usw. immer weiter ausdehnen.
Generell haben wir eine ‚Grundmenge‘ [M], die minimale Eigenschaften [PROP] besitzt, die in einer gegebenen Umgebung [ENV] dazu führen können, dass sich eine Teilmenge [M‘] von M mit {m_1, m_2, …, m_n} ⊆ M‘ zu einer neuen Einheit p={q_1, q_2, …, q_n} mit p ∉M‘ bildet (hier wird oft die Bezeichnung ‚Emergenz‘ benutzt). Angenommen, die Anzahl der Menge M beträgt 3 Elemente |M|=3, dann könnte man daraus im einfachen Fall die Kombinationen {(1,2), (1,3), (2,3), (1,2,3)} bilden, wenn keine Doubletten zulässig wären. Mit Doubletten könnte man unendliche viele Kombinationen bilden {(1,1), (1,1,1), (1,1,….,1), (1,2), (1,1,2), (1,1,2,2,…),…}. Wie wir von empirischen Molekülen wissen, sind Doubletten sehr wohl erlaubt. Nennen wir M* die Menge aller Kombinationen aus M‘ (einschließlich von beliebigen Doubletten), dann wird rein mathematisch die Menge der möglichen Kombinationen M* gegenüber der Grundmenge M‘ vergrößert, wenngleich die Grundmenge M‘ als ‚endlich‘ angenommen werden muss und von daher die Menge M* eine ‚innere Begrenzung‘ erfährt (Falls M’={1,2}, dann könnte ich zwar M* theoretisch beliebig groß denken {(1,1), (1,1,1…), (1,2), (1,2,2), …}, doch ‚real‘ hätte ich nur M*={(1,2)}. Von daher sollte man vielleicht immer M*(M‘) schreiben, um die Erinnerung an diese implizite Beschränkung wach zu halten.
Ein anderer Aspekt ist der Übergang [emer] von einer ’niedrigerem‘ Komplexitätsniveau CL_i-1 zu einem höheren Komplexitätsniveau CL_i, also emer: CL_i-1 —> CL_i. In den meisten Fällen sind die genauen ‚Gesetze‘, nach denen solch ein Übergang stattfindet, zu Beginn nicht bekannt. In diesem Fall kann man aber einfach ‚zählen‘ und nach ‚Wahrscheinlichkeiten‘ Ausschau halten. Allerdings gibt es zwischen einer ‚reinen‘ Wahrscheinlich (absolute Gleichverteilung) und einer ‚100%-Regel‘ (Immer dann wenn_X_dann geschieht_Y_) ein Kontinuum von Wahrscheinlichkeiten (‚Wahrscheinlichkeitsverteilungen‘ bzw. unterschiedlich ‚festen‘ Regeln, in denen man Z%-Regeln benutzt mit 0 < Z < 100 (bekannt sind z.B. sogenannte ‚Fuzzy-Regeln‘).
Im Falle des Verhaltens von biologischen Systemen, insbesondere von Menschen, wissen wir, dass das System ‚endogene Pläne‘ entwickeln kann, wie es sich verhalten soll/ will. Betrachtet man allerdings ‚große Zahlen‘ solcher biologischer Systeme, dann fällt auf, dass diese sich entlang bestimmter Wahrscheinlichkeitsverteilungen trotzdem einheitlich verhalten. Im Falle von Sterbensraten [DEATH] einer Population mag man dies dadurch zu erklären suchen, dass das Sterben weitgehend durch die allgemeinen biologischen Parameter des Körpers abhängig ist und der persönliche ‚Wille‘ wenig Einfluß nimmt. Doch gibt es offensichtlich Umgebungsparameter [P_env_i], die Einfluss nehmen können (Klima, giftige Stoffe, Krankheitserreger,…) oder indirekt vermittelt über das individuelle ‚Verhalten‘ [SR_i], das das Sterben ‚begünstigt‘ oder ‚verzögert‘. Im Falle von Geburtenraten [BIRTH] kann man weitere Faktoren identifizieren, die die Geburtenraten zwischen verschiedenen Ländern deutlich differieren lässt, zu verschiedenen Zeiten, in verschiedenen sozialen Gruppen, usw. obgleich die Entscheidung für Geburten mehr als beim Sterben individuell vermittelt ist. Bei allem Verhalten kann man mehr oder weniger starke Einflüsse von Umgebungsparametern messen. Dies zeigt, dass die individuelle ‚Selbstbestimmung‘ des Verhaltens nicht unabhängig ist von Umgebungsparametern, die dazu führen, dass das tatsächliche Verhalten Millionen von Individuen sehr starke ‚Ähnlichkeiten‘ aufweist. Es sind diese ‚gleichförmigen Wechselwirkungen‘ die die Ausbildung von ‚Verteilungsmustern‘ ermöglichen. Die immer wieder anzutreffenden Stilisierungen von Wahrscheinlichkeitsverteilungen zu quasi ‚ontologischen Größen‘ erscheint vor diesem Hintergrund eher irreführend und verführt dazu, die Forschung dort einzustellen, wo sie eigentlich beginnen sollte.
Wie schon die einfachen Beispiele zu Beginn gezeigt haben, eröffnet die nächst höhere Komplexitätstufe zunächst einmal den Möglichkeitsraum dramatisch, und zwar mit qualitativ neuen Zuständen. Betrachtet man diese ‚Komplexitätsschichtungen‘ nicht nur ‚eindimensional‘ (also z.B. in eine Richtung… CL_i-1, CL_i, CL_i+1 …) sondern ‚multidimensional‘ (d.h. eine Komplexitätsstufe CL_i kann eine Vielzahl von Elementen umfassen, die eine Komplexitätstufe j<i repräsentieren, und diese können wechselseitig interagieren (‚kommunizieren‘)), dann führt dies zu einer ‚Verdichtung‘ von Komplexität, die immer schwerer zu beschreiben ist. Eine einzige biologische Zelle funktioniert nach so einem multidimensionalen Komplexitätsmuster. Einzelne Organe können mehrere Milliarden solcher multidimensionaler Einheiten umfassen. Jeder Körper hat viele solcher Organe die miteinander wechselwirken. Die Koordinierung aller dieser Elemente zu einer prägnanten Gesamtleistung übersteigt unsere Vorstellungskraft bei weitem. Dennoch funktioniert dies in jeder Sekunde in jedem Körper Billionenfach, ohne dass das ‚Bewusstsein‘ eines biologischen Systems dies ‚mitbekommt‘.
Was haben all diese Komplexitätstufen mit ‚Erkenntnis‘ zu tun? Nimmt man unser bewusstes Erleben mit den damit verknüpften ‚Erkenntnissen‘ zum Ausgangspunkt und erklärt diese Form von Erkenntnis zur ‚Norm‘ für das, was Erkenntnis ist, dann haben all diese Komplexitätsstufen zunächst nichts mit Erkenntnis zu tun. Allerdings ist es dieses unser ’subjektives‘ ‚phänomenologisches‘ ‚Denken‘, das all die erwähnten ‚Komplexitäten‘ im Denken ’sichtbar‘ macht. Ob es noch andere Formen von Komplexität gibt, das wissen wir nicht, da wir nicht wissen, welche Form von Erkenntnis unsere subjektive Erkenntnisform von vornherein ‚ausblendet‘ bzw. aufgrund ihrer Beschaffenheit in keiner Weise ‚erkennt‘. Dies klingt paradox, aber in der Tat hat unser subjektives Denken die Eigenschaft, dass es durch Verbindung mit einem Körper einen indirekt vermittelten Bezug zur ‚Körperwelt jenseits des Bewusstseins‘ herstellen kann, der so ist, dass wir die ‚Innewohnung‘ unseres subjektiven Erkennens in einem bestimmten Körper mit dem Organ ‚Gehirn‘ als Arbeitshypothese formulieren können. Darauf aufbauend können wir mit diesem Körper, seinem Gehirn und den möglichen ‚Umwelten‘ dann gezielt Experimente durchführen, um Aufklärung darüber zu bekommen, was denn so ein Gehirn im Körper und damit korrelierend eine bestimmte Subjektivität überhaupt erkennen kann. Auf diese Weise konnten wir eine Menge über Erkenntnisgrenzen lernen, die rein aufgrund der direkten subjektiven Erkenntnis nicht zugänglich sind.
Diese neuen Erkenntnisse aufgrund der Kooperation von Biologie, Psychologie, Physiologie, Gehirnwissenschaft sowie Philosophie legen nahe, dass wir das subjektive Phänomen der Erkenntnis nicht isoliert betrachten, sondern als ein Phänomen innerhalb einer multidimensionalen Komplexitätskugel, in der die Komplexitätsstrukturen, die zeitlich vor einem bewussten Erkennen vorhanden waren, letztlich die ‚Voraussetzungen‘ für das Phänomen des subjektiven Erkennens bilden.
Gilt im bekannten Universum generell, dass sich die Systeme gegenseitig beeinflussen können, so kommt bei den biologischen Systemen mit ‚Bewusstsein‘ eine qualitativ neue Komponente hinzu: diese Systeme können sich aktiv ein ‚Bild‘ (‚Modell‘) ihrer Umgebung, von sich selbst sowie von der stattfindenden ‚Dynamik‘ machen und sie können zusätzlich ihr Verhalten mit Hilfe des konstruierten Bildes ’steuern‘. In dem Masse, wie die so konstruierten Bilder (‚Erkenntnisse‘, ‚Theorien‘,…) die tatsächlichen Eigenschaften der umgebenden Welt ‚treffen‘ und die biologischen Systeme ‚technologische Wege‘ finden, die ‚herrschenden Gesetze‘ hinreichend zu ‚kontrollieren‘, in dem Masse können sie im Prinzip nach und nach das gesamte Universum (mit all seinen ungeheuren Energien) unter eine weitreichende Kontrolle bringen.
Das einzig wirkliche Problem für dieses Unterfangen liegt in der unglaublichen Komplexität des vorfindlichen Universums auf der einen Seite und den extrem beschränkten geistigen Fähigkeiten des einzelnen Gehirns. Das Zusammenwirken vieler Gehirne ist absolut notwendig, sehr wahrscheinlich ergänzt um leistungsfähige künstliche Strukturen sowie evtl. ergänzt um gezielte genetische Weiterentwicklungen. Das Problem wird kodiert durch das Wort ‚gezielt‘: Hier wird ein Wissen vorausgesetzt das wir so eindeutig noch nicht haben Es besteht ferner der Eindruck, dass die bisherige Forschung und Forschungsförderung diese zentralen Bereiche weltweit kum fördert. Es fehlt an brauchbaren Konzepten.
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(1) In dem Vortrag in Bremerhaven ist die Verzahnung von Philosophie und Wissenschaft hevorgehoben worden. Ansatzweise wurde skizziert, wie eine bewusstseinsbasierte Philosophie als das primäre Denken innerhalb seines Denkraumes einen ‚Unterraum‘ spezifizieren kann, der sich über die spezielle Teilmenge der ‚empirischen Phänomene‘ [PH_Emp] definiert bzw. umgekehrt, wie man ausgehend von den empirischen Disziplinen über die Frage nach den notwendigen Voraussetzungen zu einem größeren Zusammenhang kommen kann, der letztlich mit dem philosophischen Denken zusammenfällt. Versucht man, die begrifflichen Verhältnisse zwischen den verschiedenen hier einschlägigen Disziplinen zu klären, dann wird man alsbald feststellen, dass diese bei den meisten nicht ganz klar sind; dies betrifft die ganze ‚Community‘. Im Folgenden ein weiterer Versuch, die hier geltenden grundsätzlichen Verhältnisse transparent zu machen.
(2) Die grundsätzliche Idee (die ich seit mehr als 20 Jahren immer wieder mal auf unterschiedliche Weise versucht habe, — in erster Lnie mir selbst — zu verdeutlichen) ist im Schaubild Nr.1 angedeutet.
(3) Nimmt man seinen Ausgangspunkt von existierenden empirischen Disziplinen wie Physik [Phys], Chemie [Chem], Biologie [Biol] usw. dann sind diese dadurch gekennzeichnet, dass sie aufgrund spezifischer Fragestellungen und spezifischer Messverfahren entsprechend verschiedene ‚Messwerte‘ gewinnen.
(4) Hierbei ist aber zu beachten, dass die empirischen Messwerte zwar – idealerweise – unabhängig von einem bestimmten Körper oder Bewusstsein ‚gewonnen‘ werden, dass sie aber nur in dem Maße in eine wissenschaftliche Theoriebildung eingehen können, als die Messwerte von Menschen auch ‚wahrgenommen‘ werden können, d.h. nur insoweit, als die handlungs- und technikbasierten Messwerte zu ‚bewussten Ereignissen‘ werden, zu ‚Phänomenen‘ [PH]. Als ‚Phänomen‘ ist ein Messwert und ein Zahnschmerz nicht unterscheidbar, allerdings haben sie verschiedene ‚Ursachen der Entstehung‘, die sich in einer ‚Reflexion‘ erschließen lassen. In dem Masse, wie man diese Unterscheidung durchführen kann, kann man dann innerhalb der ‚allgemeinen‘ Menge der Phänomene PH eine spezielle Teilmenge der ’speziellen‘ Phänomene ausgrenzen, also PH_Emp ⊆ PH.
(5) In diesem Sinne kann man sagen, dass die Menge der empirischen Phänomene sich bezüglich ihrer ’speziellen Herkunft‘ von allen anderen Phänomenen unterscheiden und dass die verschiedenen empirischen Disziplinen sich diese spezielle Teilmenge auf unterschiedliche Weise ‚aufteilen‘. Idealerweise würde man sich die Menge der empirischen Phänomene PH_Emp zerlegt denken in endliche viele disjunkte Untermengen. Ob die tatsächlichen Messverfahren mitsamt den daraus resultierenden Messwerten real vollständig disjunkt sind, ist aktuell offen; spielt für die weiteren Überlegungen zunächst auch keine wesentliche Rolle. Wichtig ist nur, dass in diesem Zusammenhang nur dann von empirischen Daten wie z.B. ‚psychologischen Daten‘ DATA_SR gesprochen werden soll, wenn es reale Messwerte von realen Messvorgängen gibt, die von einem Menschen wahrgenommen werden können und dieser diese Phänomene als entsprechende empirische Phänomene PH_Emp_x interpretiert (das ‚x‘ steht hierbei für die jeweilige Disziplin).
(6) Wie in vorausgehenden Blogeinträgen schon mehrfach festgestellt, bilden empirische Daten DATA_x als solche noch keine wirkliche Erkenntnis ab. Diese beginnt erst dort, wo Verallgemeinerungen vorgenommen werden können, Beziehungen erkennbar sind, regelhafte Veränderungen, usw. Die Gesamtheit solcher struktureller Eigenschaften im Zusammenhang mit Daten nennt man normalerweise eine ‚Theorie‘ [TH]. Ob und inwieweit alle heutigen empirischen Disziplinen wirklich systematisches Wissen in Form von expliziten Theorien TH_x entwickeln, steht hier nicht zur Diskussion (es gibt sicher viel weniger explizite Theoriebildung als man sich wünschen würde. Die einzige Disziplin, von der man den Eindruck hat, dass sie überwiegend durch formale Konstrukte begleitet wird, die den Anspruch von Theorien erfüllen, ist die moderne Physik. Alle anderen Disziplinen fallen hinter das Ideal mehr oder weniger weit zurück.).
(7) Solange man sich nun innerhalb einer ganz bestimmten Disziplin bewegt, ist die Welt — in gewissem Sinne – ‚in Ordnung‘: man weiß wie man misst und man hat elementare Techniken, wie man Daten strukturiert. Fängt man an, Fragen nach den ‚Voraussetzungen‘ dieser fachspezifischen Theoriebildung zu stellen, nach der Angemessenheit der verwendeten Methoden, wird es schwierig, da für solche Fragen strenggenommen kein Instrumentarium verfügbar ist (Warum und wieso sollte ein Chemiker sich Fragen nach den Grundlagen der Erkenntnis stellen, aufgrund deren er überhaupt etwas erkennt, oder nach dem Problem der sprachlichen Bedeutung, wenn er über chemische Sachverhalte spricht, über die Angemessenheit seiner Begrifflichkeit für den zu untersuchenden Gegenstand, usw.). Noch schwieriger wird es, wenn es um mögliche Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Theorieansätzen geht: ob und wie verhalten sich die Daten und theoretischen Modelle zwischen z.B. beobachtetem Verhalten in der Psychologie TH_SR mit zeitgleichen Messungen im Körper TH_Bd oder spezieller im Nervensystem TH_NN? Wann darf ich denn überhaupt von einer Theorie sprechen? In welchem Sinne kann ich Theorien TH_x und TH_y vergleichen? Diese – und viele andere – Fragen gehen weit über die fachspezifischen Fragestellungen hinaus, verweisen auf allgemeine fachübergreifende Zusammenhänge.
(8) Im deutschen Sprachraum gab es in der Zeit von ungefähr 1970 bis 1990 eine Phase, in der man verstärkt von ‚Wissenschaftstheorie‘ sprach als jener ‚Metadisziplin‘, die die allgemeinen Eigenschaften und Randbedingungen von ‚Theorien‘ untersucht und klärt. Im englischen Sprachraum nannte man dies ‚Philosophy of Science‘ (allerdings mit einer nicht ganz deckungsgleichen Bedeutung). Alle diese Strömungen haben – so scheint es – bis heute keinen nachhaltigen Einfluss auf den ’normalen Wissenschaftsbetrieb‘ nehmen können; eher ist das Thema sogar wieder rückläufig. Zwar bräuchte man es aus methodischen Gründen dringen, aber keiner will dafür Geld ausgeben.
(9) Die deutschsprachige Wissenschaftstheorie hatte den Nachteil, dass sie zwar versuchte, disziplinenübergreifend strukturelle Eigenschaften von Theorien zu klären, sich aber letztlich weigerte, sämtliche Voraussetzungen (einschließlich ihrer eigenen) zu reflektieren, d.h. die Wissenschaftstheorie nahm zwar einerseits gegenüber den Fachdisziplinen allgemeine Eigenschaften von Denken, Folgern, Sprechen, Messen usw. in Anspruch, die über die engen Fachdisziplinen hinausgehen, weigerte sich aber, diesen Anspruch in letzter Konsequenz zu reflektieren und auszuweisen (auch nicht die Erlanger Schule und die sogenannten Konstruktivisten). Eine solche grundlegende Reflexion war und blieb die Domäne der klassischen Philosophie, von der sich die Wissenschaftstheorie panisch abzugrenzen versuchte.
(10) So sehr eine gesunde Kritik an der klassischen Philosophie nottat, eine vollständige Verdrängung der philosophischen Aufgabenstellung und Denkweise wirkte aber wie eine ‚Überreaktion‘; diese hatte zur Folge, dass sich die Wissenschaftstheorie von ihren eigenen Voraussetzungen mittels einer klassischen ‚Verdrängung‘ zu befreien suchte, sich dadurch aber entscheidende Aspekte vergab.
(11) Wie das Schaubild zeigt, gehe ich davon aus, dass die im Erleben wurzelnde Reflexion der primäre Ausgangspunkt für jede Art von spezialisierendem Denken ist. Selbst eine empirische Disziplin ist im Raum der bewussten Erlebnisse, im Raum der Phänomene, verankert, und was immer ein empirischer Wissenschaftler denkt, er denkt im Rahmen der Denkmöglichkeiten, die ihm über das Bewusstsein und die ‚an das Bewusstsein gekoppelten Subsysteme‘ verfügbar sind. Andere hat er gar nicht. Ein Wissenschaftstheoretiker, der über das theoretische Denken von Fachdisziplinen forschen will, ist auch nicht besser dran. Auch er ist an den Phänomenraum als primärem Bezugssystem gebunden und auch er nutzt jene allgemeinen Reflexionsmöglichkeiten, die im Bewusstseinsraum generell verfügbar sind. D.h. jeder Versuch, eine irgendwie geartetes geordnetes Denken — sei es fachwissenschaftlich oder wissenschaftstheoretisch – als solches auf seine Voraussetzungen und Wechselwirkungen hin zu befragen, muss auf dieses ‚primäre Denken‘ zurückgehen und es für die Erkenntnis nutzen. Dieses primäre Denken aber ist genau das philosophische Denken, das auf der einen Seite mit dem alltäglichen Denken verschwimmt, und auf der anderen Seite in Wissenschaftstheorie oder gar Fachwissenschaft übergeht.
(12) Von der Intention her hat sich ‚Philosophie‘ immer als solch ein ‚erstes Denken‘ verstanden, das alles andere Denken umfassen sollte. In der konkreten Ausformung eines solchen ersten Denkens gab es aber immer vielfältige und starke Unterschiede. Generell kann man die Tendenz beobachten, dass das philosophische Denken sich entweder vom alltäglichen und wissenschaftlichen Denken ‚zu weit entfernt‘ hat oder aber umgekehrt diesem ‚zu nah‘ kam. Im letzteren Fall büßte Philosophie ihre kritisch-klärende Funktion ein.
(13) Will Philosophie beides zugleich realisieren, kritische Distanz wie auch kenntnisreiche Nähe, muss das philosophische Denken sowohl die ‚Form‘ eines wissenschaftlichen Denkens hinreichend klären wie auch die eigenen Erkenntnis — sofern überhaupt strukturierbar – entsprechend explizieren. Das philosophische Denken als ‚erstes Denken‘ wird zwar niemals seinen eigenen Anteil zugleich vollständig und korrekt explizieren können (das liegt primär an der Struktur des Denkens selbst sowie an der Verwendung von Sprache), aber es kann den Zusammenhang der einzelwissenschaftlichen Theorieansätze sowie deren allgemeinen erkenntnistheoretischen Voraussetzungen soweit explizieren, dass klar wird, (i) was ist überhaupt eine Theorie TH_x, (ii) welche erkenntnistheoretischen Voraussetzungen müssen für eine bestimmte Theorie TH_x berücksichtigt werden, (iii) wie kann man das Verhältnis von Theorien beschreiben XREL(TH_x, TH_y), (iv) wie können Objektbeschreibungen aus unterschiedlichen Theorien (z.B. Eigenschaften von Neuronen beschrieben in einer neurowissenschaftlichen Theorie TH_nn, und Eigenschaften eines beobachtbaren Verhaltens in einer psychologischen Theorie TH_sr) aufeinander bezogen werden, usw.
(14) Fordern muss man aber auch, dass das philosophische Denken seine Inhalte, soweit sie explizierbar sind, auch in Form von Daten DATA_ph kenntlich macht, und, darauf aufbauend, verdeutlicht, welche Strukturen TH_ph das philosophische Denken vermeintlich besitzt bzw. benutzt, um die Möglichkeit und das ‚Funktionieren‘ der Einzeltheorien zu ‚erklären‘. In gewisser Weise muss die Philosophie genauso ein ‚Modell‘ ihres Gegenstandes bauen wie dies die anderen Wissenschaften auch tun. Im Fall der Philosophie geht es um den Menschen selbst, speziell um den Menschen, insofern er ‚erkennt‘, ‚Wissen‘ entwickelt‘, er ’spricht‘, und vieles mehr. Und natürlich könnte (bzw. sie müsste es!) die Philosophie — wie alle anderen Disziplinen auch – Computermodelle benutzen, um ihr theoretisches Modell vom erkenntnisfähigen und ethisch handelndem Menschen zu explizieren. ‚Computergestützte Philosophische Theorie‘ (etwa ‚computational philosophy‘) ist nicht nur kein Gegensatz sondern ein absolutes Muss! Ohne solche Modelle hat eine moderne Philosophie kaum eine Chance, die zu behandelnde Komplexität angemessen beschreiben zu können.
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(15) Weitere Details in Fortsetzungen bzw. im Rahmen meiner online-Skripte zur allgemeinen Lerntheorie.
(1) Die Charakterisierung von ‚Leben‘ über das Konzept der ‚Differenz‘ (siehe vorausgehende Blogeinträge) kann mit unterschiedlichen theoretischen Konzepten formuliert werden. Wichtig dabei ist, dass man nicht die konkreten ‚Bestandteile‘ eines biologischen Organismus betrachtet, sondern die ‚Funktion(en)‘, die durch diese verfügbar werden. So kann man z.B. die grobe Unterteilung machen in ‚Versorgungsstrukturen‘ (Energie, Bewegung, Fortpflanzung,…) und ‚Informationsstrukturen‘. Letztere unterteilt nach ‚Strukturinformationen‘ und ‚Arbeitsinformationen‘.
(2) DNA-Moleküle (und zusätzliche Moleküle) realisieren Informationen über potentielle Körperstrukturen und jenen Wachstumsprozessen, die zu deren Aufbau führen; sie gelten damit als ‚Strukturinformationen‘. Die Nervensysteme (Gehirne), die sich mittels Strukturinformationen ausbilden können, besitzen als Eigenschaft eine spezifische ‚Lernfähigkeit‘, die es ermöglicht, dass aktuelle Ereignisse im und außerhalb des Körpers registriert und verarbeitet werden können. Diese Art von Informationen gehört zur ‚Arbeitsinformation‘.
(3) Von einem gewissen Abstraktionspunkt aus betrachtet könnte man sagen, dass der ‚Zweck‘ von biologischen System letztlich die Bereitstellung von solchen Strukturen ist, die fähig sind, Arbeitsinformationen zu realisieren. Alle anderen Strukturen haben einen ‚Supportcharakter‘: damit Arbeitsinformationen realisiert werden können, muss beständig hinreichend viel Energie herbeigeschafft werden; damit hinreichende Bewegungen im Raum möglich sind, müssen entsprechende Raumstrukturen durch Knochen, Sehnen und Muskeln bereitgestellt werden; damit der gesamte Prozess erhalten bleibt, müssen alle notwendigen Strukturinformationen hinreichend gut kopiert und partiell modifiziert (Mutation) werden können.
(4) Im folgenden soll daher das Konzept der ‚biologischen Differenz‘ vor allem am Beispiel solcher Strukturen erklärt werden, die dazu dienen, Arbeitsinformationen zu realisieren; alle anderen bleiben hier momentan außer Betracht.
Bild 1: Kooperierende Differenzsysteme
(5) In der Literatur gibt es mehr als tausend Publikationen zu sogenannten künstlichen Neuronen, mittels deren man das Verhalten von biologischen Neuronen (Nervenzellen) modellieren kann. In diesem Kontext soll – soweit dies bei all dem Hintergrundwissen heute noch möglich ist – weitgehend von diesen bekannten Modellen abgesehen werden und ausgehend von dem Differenzgedanken die Frage nach einer minimalen Modellierung nochmals gestellt werden.
(6) Wie die Handskizze in Bild 1 andeutet, reichen als Annahmen die Folgenden: (i) wesentlich muss ein Differenzsystem zwischen mindestens zwei Zuständen {‚1‘, ‚0‘} wechseln können, wobei einer dieser Zustände, der ’sensitive‘ oder ‚kritische‘, durch Zuführung von Energie E künstlich erzeugt wird (hier angenommen als Zustand ‚1‘). (ii) Spezifische Umweltereignisse können ein spezifisches Eingangsereignis σ (Klein-Sigma) erzeugen, bei dessen Auftreten das Differenzsystem vom kritischen Zustand ‚1‘ in den unkritischen Zustand ‚0‘ übergeht. (iii) Beim Verlassen des kritischen Zustands wird ein spezifisches Ausgangsereignis ξ (Klein-Xi) erzeugt, das in die Umgebung des Differenzsystems hineinwirken kann. (iv) Sofern genügend Energie vorhanden ist, kann das Differenzsystem DS durch Zuführung von Energie wieder in den kritischen Zustand ‚1‘ zurückkehren. Damit wären die minimalen Bestandteile eines biologischen Differenzsystems für Arbeitsinformationen beschrieben. Für theoretische Zwecke könnte man auf weite Strecken auch auf den Faktor Energieversorgung E verzichten. Andererseits kann der Faktor Energie E ein Parameter sein, der helfen kann, die ‚Kosten‘ eines Differenzsystems, vor allem wenn es viele sind, die im Verbund arbeiten, abzuschätzen (Biologische Differenzsysteme in realen Systemen haben noch weit mehr Elemente, diese gehören aber zur ‚Versorgungsstruktur‘, die wir hier ausklammern). Als Besonderheit von biologischen Differenzsystemen sollte man noch erwähnen, dass es im Bereich der Eingangsereignisse σ neben den ’normalen‘ Ereignissen σ+ auch solche Eingangsereignisse σ- gibt, die den gesamten Eingang neutralisieren können, d.h. Liegt ein negatives ‚hemmendes‘ Eingangsereignis vor, dann sind alle anderen positiven ‚aktivierenden‘ Eingangsereignisse wirkungslos.
(7) Biologische Differenzsysteme kann man dann beliebig ‚kombinieren‘, entweder entlang von Außenweltmembranen, um Umweltereignisse ‚außerhalb‘ des Systems ins ‚Innere‘ des Systems zu transformieren, oder um Outputereignisse an andere Differenzsysteme weiter zu reichen. Für diese nachfolgenden Differenzsysteme sind die Outputs des einen Systems dann Inputs. Statt explizit die Differenzustände {‚1‘, ‚0‘} anzuführen, könnte man auch allgemein eine Differenzfunktion δ: σ x κ → κ‘ x ξ hinschreiben, also wenn ein Inputereignis σ auftritt und ein kritischer Zustand κ (Klein-Kappa) liegt vor, dann geht das System, in den unkritischen Zustand κ‘ über und erzeugt gleichzeitig ein Outputereignis ξ. Ein Differenzsystem wäre dann eine Struktur wie folgt < σ, κ, κ‘, ξ, δ> (ohne Energiekomponente) oder < σ, κ, κ‘, ξ, δ, E,EO,ι> mit ι: EO —> E; ι (Klein-Iota) ist die Energiefunktion, die aus einem Energieeingangspuffer Energie in den Systemenergiepuffer E überführt.
Bild 3: 5 Differenzsysteme {1,…,5}
(8) Eine Komposition von Differenzsystemen wäre dann eine Menge von Differenzsystemen N mit der Angabe ihrer Verbindungen Δ (Gross-Delta), also <N, Δ>. Ein einfaches Beispiel zeigt die Handskizze Nr.3: 5 Elemente sind angeordnet, und die Beschreibung der Anordnung erfolgt über eine Menge von geordneten Paaren, also z.B. der Ausgang von Element N1 geht auf den Eingang von Element N2 wird geschrieben ‚(1,2)‘, usw. Die Menge aller dieser Verbindungspaare wird geschrieben als Δ = {(1,2), (2,3), …}. Die Menge der Verbindungen Δ bildet also eine Struktur. Die Struktur gehört zur ‚Strukturinformation‘; die Informationen, die innerhalb solcher Strukturen ‚laufen‘ können, bilden die ‚Arbeitsinformation‘.
(9) Wie die Handskizze auch andeutet, arbeiten alle Elemente eines realen biologischen Differenzsystems ’simultan‘ oder ‚parallel‘. Wie verhält sich dies zum bekannten Konzept des ‚Automaten‘, wie ihn die Informatik als Grundbegriff für alle Phänomene der Berechenbarkeit benutzt? Nach der These von Church (1936) lassen sich ja alle berechenbare Prozesse zurückführen auf allgemein rekursive Prozesse, insbesondere dann auch auf die Turingmaschine. Es wäre eine interessante Frage, ob man das bislang skizzierte Differenzensystem mit einer Turingmaschine gleichsetzen könnte. Der Grundtyp eines Automaten arbeitet nicht parallel, sondern ’sequentiell‘.
Bild 4: Automat als Grundbegriff
(10) Die Grundelemente eines Automaten, die sich letztlich von dem Konzept der Turingmaschine her ableiten, das Turing 1936/7 eingeführt hatte, bestehen auch aus Input- und Output-Ereignissen, die von einem sogenannten ‚Schreib-Lese-Band‘ stammen. Während ein Differenzsystem grundsätzlich nur einen Zustand umfasst kann ein Automat endlich viele (n) Zustände Q umfassen. Sobald es mehr als ein Zustand ist (n > 0) bilden die verschiedenen Zustände auch eine Struktur Δ ähnlich wie Differenzstrukturen, die man miteinander kombiniert. Die Struktur entsteht hier aber nicht durch fest Verbindungen zwischen Elementen, sondern durch logische ‚Übergänge‘ zwischen Zuständen; diese sind in der Regel abhängig vom jeweiligen Inputereignis σ. Vereinfachend kann man die Struktur Δ eines Automaten dann auch auffassen als eine Menge von Paaren der Art Δ = {(q1, q2), (q2, q3), …} mit ‚q_i‘ als einen der möglichen Zustände.
Bild 5: Zerlegung einer Verbundsystems in individuelle Einheiten
(11) Wie steht es nun mit der sequentiellen Abarbeitung eines parallel arbeitenden Verbundes von Differenzsystemen? Generell kann man sich klar machen, dass bei einer idealen simultanen Verarbeitung diejenigen Inputereignisse σ benutzt, werden die zum Zeitpunkt t verfügbar sind (die Menge aller dieser Inputereingisse bilden den ‚Definitionsbereich‘ oder das ‚Urbild‘ der Berechnungen). Angenommen alle Differenzsysteme arbeiten gleich schnell und benötigen die Zeit (t,t‘) mit t‘ > t, dann erzeugen alle Differenzsysteme zum Zeitpunkt t‘ ein neues Ausgangsereignis ξ (Die Menge all dieser Ausgangsereignisse bilden den ‚Wertebereich‘ aller Berechnungen bzw. das ‚Bild‘). Man kann sich also abstrakt eine ‚Zerlegung‘ (Partitionierung) eines Verbundes von Differenzsystemen vorstellen, die jeweils ein Differenzsystem mit seinen speziellen Eingangs- und Ausgangsereignissen betrachtet. Wenn man jetzt jedes Differenzsystem rechnen läßt – die Reihenfolge ist irrelevant –, dann erhält man nach (t,t‘) für jedes System sein Ergebnis. Ersetzt man im Urbild alle Werte durch die neuen Bild-Werte, erhält man den Nachfolgezustand des Systems. Da es auf die Reihenfolge dieser Rechnung nicht ankommt, könnte man sie auch alle ‚hintereinander‘ (sequentiell) ausführen; dies würde am Ergebnis logisch nichts ändern. Würde die reale Zeit der Abarbeitung von Bedeutung sein, dann müsste man sicherstellen, dass bei einer angenommen Taktrate von T = t‘ – t die Einzelberechnungen mit der Geschwindigkeit T/n (n := Anzahl der beteiligten Elemente) durchgeführt würde. Für eine logische Äquivalenz ist die reale Zeit allerdings irrelevant.
(12) Die vorausgehende Überlegung deutet an, dass es prinzipiell eine Übersetzung der Parallelität in die Sequentialität geben kann. Reicht dies aus für eine Simulation durch eine Turingmaschine TM? Turing selbst hat gezeigt, wie man hier vorgehen kann. Man geht davon aus, dass man die Beschreibung eines Differenzsystem-Verbundes DS = <N, Δ> auf das Schreibleseband schreibt und in jedem Zeitpunkt auch alle Eingangsereignisse, denen dieser Verbund ausgesetzt sein soll. Dann simuliert die TM das Verhalten von DS indem – entsprechend der zuvor skizzierten Idee einer Zerlegung – die Werte für jedes Element individuell berechnet werden und dann die neuen Werte auf das Band als neue Eingangswerte eingetragen werden. Es gibt kein Argument, dass eine TM genau diese Berechnung nicht durchführen kann. Damit ist aber klar, dass eine sequentiell arbeitende Turingmaschine jeden Verbund von Differenzsystemen simulieren kann.
(13) Man kann auch leicht nachvollziehen, dass eine ‚genetische Beschreibung‘ eines Differenzsystem-Verbundes DS letztlich – wie immer die Kodierung auch vorgenommen wird – genau eine Struktur DS = <N, Δ> repräsentiert. Eine geeignete Kopier- und Mutationsfunktion (z.B. im Stile eines genetischen Algorithmus GA) könnte dann aus bestehenden Strukturen neue Strukturen generieren, die dann zum Ausgangspunkt neuer Simulationen werden.
(14) Eine andere Variante sind zelluläre Automaten. Ein zellulärer Automat (cellular automaton, CA) bezieht sich auf einen Bereich (analog dem Band eines Automaten), der im Prinzip n-dimensional sein kann. Die Funktion der Differenzsysteme haben hier Übergangsregeln der Art m —> m‘, d.h. bei Vorliegen eines bestimmten Musters m im Bereich wird dieses ersetzt durch ein Muster m‘. In der Regel ist die Menge der Regeln Δ_ca größer als 1, also Δ_ca| > 1. Alle Regeln sind gleichberechtigt, d.h. Sie werden simultan (parallel) abgearbeitet (Beispiele finden sich z.B. in dem Artikel von Gardner über Conways ‚Game of Life‘ oder im Buch von Wolfram). Ein zellulärer Automat CA besteht also aus einem Bereich W und einer Menge von Umformungsregeln Δ_ca, also CA = <W, Δ_ca>. Für jedes Element w in W werden die passenden Regeln δ aus Δ_ca angewendet, man erhält eine Folgezustand W‘. Um einen zellulären Automaten durch eine Turingmaschine zu simulieren zerlegt man den Bereich W in geeignete Teilbereiche, berechnet für jeden Teilbereich die neuen Werte w und dann setzt man den Nachfolgebereich W‘ daraus zusammen. Dieses Verfahren setzt voraus, dass die Zielbereiche in jeder Zerlegung disjunkt (voneinander unabhängig) sind. Daraus folgt, dass ein zellulärer Automat nicht mächtiger ist als eine Turingmaschine (Anmk: Man kann einen zellulären Automaten auch mittels einer kontextsensitiven Grammatik beschreiben).
(15) Die Beziehung zwischen einem Verbund von Differenzsystemen DS und einem zellulären Automaten kann man sich dadurch klar machen, dass man (siehe Bild 5) sich den Bereich W des CA vorstellt als eingeteilt in feste disjunkte Unterbereiche W_1, W_2 usw., denen bestimmte Umformungsregel ebenfalls fest zugeordnet sind. D.h. Ein Verbundsystem von Differenzsystemen ist eine eingeschränkte Version eines zellulären Automaten.
(16) Was man aus diesen Überlegungen entnehmen kann ist die Einsicht, dass biologische Differenzsysteme, sofern sie genau die Eigenschaften besitzen, die hier unterstellt wurden, sich mit den Mitteln von Automaten (maximal einer Turingmaschine) simulieren lassen. Dies wiederum bedeutet, dass man im Rahmen der Forschung (einschließlich philosophierender Wissenschaft) einen Simulationsansatz ohne Einschränkung der Allgemeinheit benutzen kann.
(17) Letzte Bemerkung: Statt mit Automaten könnte man auch mit Classifier-Systemen arbeiten (Details dazu in meinem <a href=“http://www.uffmm.org/science-technology/single/themes/computer-science/personal-sites/doeben-henisch/KNOW/gbblt/index.html“> GBBCLT-Skript</a>).
LITERATURVERWEISE
Church, A.; „An Unsolvable Problem of Elementary Number Theory“, Amer.J.Math. 58 (1936) 345-363
Gardner, M. „MATHEMATICAL GAMES. The fantastic combinations of John Conway’s new solitaire game ‚life’“, Scientific American 223 (October 1970): 120-123.
Turing, A. M. „On Computable Numbers with an Application to the Entscheidungsproblem“, In: Proc. London Math. Soc., Ser.2, vol.42(1936), pp.230-265; received May 25, 1936; Appendix added August 28; read November 12, 1936; corr. Ibid. vol.43(1937), pp.544-546. Turing’s paper appeared in Part 2 of vol.42 which was issued in December 1936 (Reprint in M.DAVIS 1965, pp.116-151; corr. ibid. pp.151-154).
Wolfram, S., „A New Kind of Science“, Champaigne (IL, USA): Wolfram Media, Inc., 2002
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