„Information“ von einem Gelehrten

7. Oktober 2011 von Laborjournal

Seit mehr als 15 Jahren bearbeite ich nun Texte für Laborjournal und Lab Times, print wie online. Eine ganz schöne Menge ist da inzwischen zusammen gekommen. Viele davon vergisst man schnell wieder — mit zunehmendem Alter manchmal schneller, als einem lieb ist. Doch manche bleiben im Gedächtnis hängen, einige wenige sogar richtig lange.

Valentin Braitenberg

Zu letzteren gehört ein Essay, den Valentin Braitenberg, ehemaliger Direktor am Tübinger Max Planck-Institut für biologische Kybernetik, im Jahr 2000 für unsere damalige Rubrik „Wenn ich heute Postdoc wär…“ schrieb. Sein Titel war „Informationsbiologie“ und ich erinnere mich aus zwei Gründen an ihn. Einmal enthielt der Essay viele kluge Gedanken und war gut geschrieben. Zum anderen aber hatte man das Gefühl, dass hier einer aus der Gattung Wissenschaftler schreibt, bei denen einem umgehend der Begriff „Gelehrter“ einfällt. Gleichsam jedoch wurde einem bei der Lektüre bewusst, dass diese Gattung Wissenschaftler inzwischen sehr selten geworden ist — und vom Aussterben bedroht.

Valentin Braitenberg ist letzten Monat im Alter von 85 Jahren gestorben. Hier nochmal sein Laborjournal-Essay aus dem Jahre 2000:

 

Wenn ich heute Postdoc wär…

Informationsbiologie

von Valentin Braitenberg

 

Die Idee ist nett. Alte Herren, die gerne so reden, als wäre man zu ihrer Zeit klüger gewesen, noch einmal auf die Bühne zu bitten und sie der Peinlichkeit eines verpflichtenden öffentlichen Auftritts auszusetzen. Die Belustigung für den Zuschauer ist garantiert, weniger allerdings die für den Betroffenen, der sich eben daran gewöhnt hat, kaum Zukunft vor sich zu sehen, und sich jetzt pervers vorkommt, wenn er so tun soll, als hätte er sie im Überfluss zur Verfügung. Aber das trägt vielleicht zur Belustigung bei, besonders wenn der alte Herr wie erwartet das predigt, was er schon immer gepredigt hat, und damit erst recht beweist, dass Revolution eine Sache der Jungen ist.

Allerdings, wenn gerade keine Revolution fällig ist, gibt es doch gedankliche Evolutionen, an denen beide teilhaben können, indem die Jungen das aufgreifen, was der Alte nicht zu Ende gedacht hat, und es womöglich zu ihrer eigenen Sache machen. Eine solche Evolution, die ziemlich genau mit meiner Zeit zusammenfällt, geht mit der zunehmenden Beachtung des Begriffs der Information in unserem ganzen Denken über Biologie und Psychologie einher. Die ersten Ansätze dazu stammen von Außenseitern: Schrödinger (What is life? 1945), Shannon (Informationstheorie, 1948), Wiener (Kybernetik, 1948). Das Umdenken in der Biologie, das diese Herren eingeleitet haben, ist noch längst nicht abgeschlossen, und wird von vielen Biologen noch gar nicht recht ernst genommen.

Und doch handelt es sich um eine ernste Sache, die wir nicht umgehen können, wenn es unser Ziel ist, Biologie (inklusive Psychologie) ganz ohne Brüche und mysteriöse Sonderrechte in ein physikalisches Weltbild einzubauen. Wer offene Augen hat für die Vielfalt der Pflanzen und Tiere, weiß, dass bei allem Scharfsinn, den Physik und Chemie für die Erklärung fast aller Erscheinungen dieser Welt bereit halten, es doch Dinge gibt, die nicht vollständig aus den Elementarteilchen und ihren Kräften, nicht aus den Molekülen und ihren Anordnungen erklärt werden können. Zum Beispiel die Form der Stacheln der Kakteen oder des Igels, die „Augenflecken“ auf den Flügeln eines Schmetterlings oder auf dem Schwanz eines Fisches, Form, Farbe und Duft von Orchideenblüten und vieles andere. Freilich, die Kausalkette der Ereignisse, die vom genetischen Code zum fertigen Stachel führt, birgt für die Eingeweihten kaum ein Geheimnis, und ich kenne genug Forscher, die stolz behaupten, der Stachel sei damit ausreichend erklärt. Das ist zu kurz gedacht. Aus dem Zusammenhang isoliert, kann keine noch so weitgehende Analyse des Dings, von dem die Rede ist, Antwort auf die naive Frage geben, was denn der “Sinn” der Stacheln, der Augenflecken, des Blütendufts sei.

Ganz so naiv ist diese Frage nicht, und es wird Zeit, dass wir uns Antworten zurechtlegen, die über das verlegene Lächeln hinausgehen, mit dem wir Kindern oder Philosophen begegnen, wenn sie solche Fragen stellen.

Die Frage nach dem Sinn schmeckt nach “Zweck” und “Sinngebung”, Begriffe die in der Naturwissenschaft seit Galilei tabuisiert sind. Physiker waren zurecht bemüht, sich etwas Besseres auszudenken, als dass der Stein nach unten strebt und das Feuer nach oben, weil der locus naturalis des einen die Erde, des andern der Himmel sei (ob sie mit dem Begriff des Gravitationsfelds etwas weniger Mysteriöses in der Hand haben, sei dahingestellt). Aber, dass die Biene zur Blüte strebt und der Bock zur Ziege, bleibt bei aller Liebe zur Physik eine korrekte Ausdrucksweise. Wie passt das alles zusammen?

Der Leser ahnt, wo ich hin will und wittert einen Rückfall in die Biologie des Mittelalters. Ich bekenne: Ich habe mich ein halbes Jahrhundert mit Gehirnstruktur beschäftigt und dabei relativ wenig Interesse für die Mechanismen ihrer ontogenetischen Entstehung aufgebracht (im Unterschied zu den meisten meiner Kollegen, die sich mit Haut und Haar dem Development verschrieben haben); dafür habe ich aber stets die Frage gestellt, wozu die verschiedenen Strukturen wohl gut seien. Der Leser denkt sicher, ich wolle nachträglich, wie das den alten Herren so eigen ist, für mein unorthodoxes teleologisches Tun eine philosophische Rechtfertigung finden. Das stimmt zum Teil, reicht aber nicht. Von dem Postdoc, den man mich durch Zauberspruch jetzt sein lässt, erwarte ich mehr.

Er soll mutig darangehen, die ganze Welt der Lebewesen als das zu interpretieren, was sie ist, als jenen Teil der Natur, bei dem es nicht um den Katalog der Bestandteile eines Dings geht, sondern um die Information, die sich in ihrer Zusammensetzung ausdrückt. Er soll die Struktur jedes Lebewesens verstehen als fleischgewordene Information, als Niederschlag, den die dazugehörige biologische Nische mit ihren besonderen Anforderungen an das Überleben in ihr gefunden hat. Er soll die Darwinsche Evolution verstehen als den Lernprozess, bei dem die Information aus der Umwelt in das Lebewesen übergeht. Er soll die mannigfachen Beziehungen zwischen den Lebewesen aufstöbern, in denen sich „Wissen“ einer Art über die andere ausdrückt: das „Wissen“ seitens der Rose über den Schmerz, den Dornen bei Tieren erzeugen, das Wissen über den Schreck, den das Bild zweier Katzenaugen auf den Flügeln eines Schmetterlings bei einem Vogel auslösen kann, das Wissen über die sexuellen Präferenzen gewisser Insekten, das sich in der Form von Orchideenblüten ausdrückt. Und er soll sich mit Gehirnen beschäftigen, in denen wie in keinem anderen Organ phylo- wie ontogenetisch erworbenes Wissen über die Welt und über die Art, mit ihr umzugehen, gespeichert ist.

Valentin Braitenberg im Dialog mit „seinem“ Postdoc

Der Zeit vorauseilend, will ich Themen für diese künftigen Institute entwerfen:

1) Die Informationstheorie harrt einer neuen Formulierung, die sie in der Physik einerseits, in der Biologie anderseits hoffähig macht. Die bisherige, in der Technik äußerst erfolgreiche Definition eines quantitativen Maßes für die Information, die in einer Nachricht enthalten ist, und für die Menge von Information, die man pro Zeiteinheit durch einen Draht (oder ähnliches) übertragen kann, ist aus dem Zusammenhang herausgeschnitten. Vom Sender und vom Empfänger der Information ist nur insofern die Rede, als man postuliert, dass die beiden irgendwie eine gemeinsame Sprache verwenden und Ähnliches unter deren Bedeutung verstehen. Es ist versucht worden, das Maß der Information zu objektivieren, in dem man es mit der thermodynamischen Entropie in Verbindung bringt, aber das Ergebnis überzeugt nicht jeden. Es ist auch behauptet worden, dass von Information nur die Rede sein kann, wenn der Empfänger ein Lebewesen, oder zumindest ein mit einem Gedächtnis ausgestatteter Apparat ist, wobei dass Maß der Information aber vom Vorwissen des Empfängers abhängt und somit relativ wird. Eine Klärung wird vermutlich auf eine saubere Theorie der Lebewesen warten müssen, und diese wird ihrerseits auf den Begriff der Information angewiesen sein. Hier finden Theoretiker mit mathematisch-statistischer Tendenz ausreichend Beschäftigung.

2) Der Ursprung des Lebens ist dort zu suchen, wo die Vervielfältigung von komplexen, also potentiell Information kodierenden Strukturen zum ersten Mal möglich wird. Über die molekularen Bedingungen der Replikation ist von namhaften Gelehrten viel geschrieben worden. Unter dem Gesichtspunkt des Lebewesens als fleischgewordene Information wird die Sache interessant, wenn verschiedene Arten von Lebewesen entstehen, die verschiedene Nischen der Umwelt bewohnen. Welche Information geht von der Nische auf das Lebewesen über, und über welche Transformation oder Verschlüsselung wird diese zu der Information, die die Lebensäußerungen optimal steuert? Wenn man beim Ursprung des Lebens auch den Ursprung der Information suchen will, findet man hier zugleich den damit eng verbundenen Begriff der Interpretation. Ist die Struktur des Lebewesens die Deutung, die die Nische erst zu einer solchen macht? Kann Information überhaupt ohne Deutung sein? Hier gibt es Arbeit für Automatentheoretiker (heutzutage heißen die eher Künstliche Intelligenzler oder Kognitionswissenschaftler). Auch die Phantasie von Philosophen (Naturphilosophen à la Bertrand Russell oder Konrad Lorenz) ist gefragt.

3) Die traditionelle Klassifikation der Tiere und Pflanzen versuchte möglichst genau wiederzugeben, wer von wem abstammt und wer mit wem verwandt ist, ganz im Sinne eines aristokratischen Vorurteils früherer Zeiten, das damals auch die Gliederung der menschlichen Sozietät bestimmte. Erstaunlicherweise geben moderne molekulare Tests dem alten Klassifikationsschema von Linné und Genossen in den meisten Fällen recht. Und doch ist die Frage erlaubt, ob diese historisierende Betrachtungsweise dem Wesen der Vielfalt von Pflanzen und Tieren gerecht wird, und welche andere Gliederung möglich wäre. Dieser Frage könnte sich unser Postdoc mit Gewinn zuwenden. Er könnte wie folgt argumentieren: Wenn jedes Lebewesen Information ist, die aus einem bestimmten Bereich der Welt auf dieses übergegangen ist, jedes Lebewesen somit also Abbild einer sogenannten Nische ist — dann ist es ziemlich irrelevant, welches genetische Material ursprünglich in die Nische gelangt ist, um sich von ihr prägen zu lassen. So könnten nahe verwandte Vorfahren in unterschiedlichen Nischen zu sehr verschiedenen Arten werden (Adler, Gimpel, Pinguin), und umgekehrt könnten genetisch sehr verschiedene Arten in ähnlichen oder gar denselben Nischen zu sehr ähnlichen Lebensformen konvergieren (Delphin, Hai). Dass es das alles gibt, ist bekannt, wenn auch die Beispiele bloß als Kuriosa da stehen. Der Postdoc könnte auf die Idee kommen, über eine systematische Klassifikation der Nischen eine Klassifikation der Pflanzen und Tiere aufzubauen. Natürlich findet er viele Ansätze zu diesem Unterfangen in den Lehrbüchern der botanischen und zoologischen Systematik, wenn von Wüstenpflanzen die Rede ist oder von der Tiefseefauna, von Raubtieren und von Parasiten, aber die „Nischologie“ (wenn man das so nennen darf) wurde bisher unter der Vorherrschaft des genetisch-verwandschaftlichen Denkens in der Biologie eher zaghaft vorgetragen und nicht weiter verfolgt.

4) Am liebsten würde der Postdoc, der zu sein man mir hier gestattet, sich jedoch dem Studium des Gehirns zuwenden. Hier wird man alles, was ich sage, mit einem gewissen Recht als pro domo sua beargwöhnen, und deshalb will ich mich kurz fassen. Mit noch größerer Entschiedenheit als damals, als ich anfing, würde ich ihm raten, sich primär mit der Anatomie des (erwachsenen) Gehirns zu beschäftigen, als dem konkretesten Niederschlag aller Information, die hier phylo- und ontogenetisch eingegangen ist. Ich würde ihm empfehlen, alles erdenkliche theoretische Rüstzeug zu erwerben, das ihm bei der Hebung dieser Information von Nutzen sein wird, als da sind Statistik, Geometrie, Kombinatorik, Theorie komplexer Systeme, etc. Experimentell rate ich ihm zu Mikroelektroden, trotz des Angebots an verlockenden nicht-invasiven Methoden, die zwar Mode sind, aber nicht so bald die zeitliche und räumliche Auflösung erreichen werden, die er braucht, um seine aus der Anatomie gewonnenen Modelle zu testen. Vor allem wünsche ich ihm viel technische Phantasie und Kreativität bei der Erstellung dieser Modelle, da der Erfindergeist, der sich im wunderbaren Gestrüpp des Gehirns ausdrückt, um einiges raffinierter ist, als die einfachen Tricks, die den Ingenieuren bisher eingefallen sind.

Was ich bisher zu betrachten unterließ, sind die Schwierigkeiten, die einen Postdoc mit solch abenteuerlichen Ideen, einen „zukünftigen Vater der Informationsbiologie“, bei der Suche nach einer würdigen Finanzierung erwarten. Sofern er theoretisch arbeitet, mag er sich mit einer reichen Frau oder mit einer Stelle beim Patentamt in Bern behelfen. Wenn er ein Labor braucht, wird er um die Frondienste nicht herumkommen, die sein Chef und die Drittmittelversorger von ihm verlangen. Es sei denn, es findet doch noch eine Revolution statt, von einer ganz und gar biochemisch orientierten Biologie zu einer, bei welcher der Begriff der Information im Vordergrund steht.

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