Natur als sparsamer Designer - scinexx | Das Wissensmagazin
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Natur als sparsamer Designer

Keine ehernen Gesetze sondern evolutiv flexible Regeln

Kann man aus diesen Erkenntnissen etwas lernen, das über die Chemotaxis hinausgeht? Die biologischen „Design-Regeln“ folgen offensichtlich keinen tieferen Gesetzen, sondern gehen aus der Natur des Evolutionsprozesses hervor: Sie sind dem ständigen Wechselspiel der Mutation und Selektion unterworfen. Auf diese Weise wird es viel einfacher, die Funktionalität eines existierenden Proteins zu optimieren und anzupassen – ansonsten müsste eine komplett neue Funktion erschaffen werden.

Natur als Designer © USDA

Die Natur ist ein extrem sparsamer „Designer“, der zuerst alle Möglichkeiten vorhandener Komponenten ausschöpft und erst dann etwas Neues erfindet. Die evolutionäre Optimierung läuft immer schrittweise unter Verwendung bestehender Mittel ab, sodass der limitierende Parameter verbessert wird, bis ein anderer Parameter limitierend wird … und so fort, bis das ganze System am Ende an die physikalischen Grenzen stößt, was erklärt, warum alle Parameter in einem Netzwerk aneinander angepasst sind.

Gleichzeitig ist die Evolution ein ständiges Geben-und-Nehmen: Änderungen können eine Eigenschaft positiv und eine andere negativ beeinflussen, sodass am Ende ein „globales“ Optimum verschiedener Eigenschaften unter bestimmten Bedingungen durch das Gleichgewicht aller Parameter erreicht wird.

Gleiche Prinzipien bei ähnlichen Netzwerken?

Wie allgemein können diese Regeln des robusten, optimalen und minimalen Designs sein? Vorausgesetzt, die Evolution funktioniert immer ähnlich, würde man dieselben Prinzipien bei den meisten Netzwerken erwarten, insbesondere bei evolutionär „alten“ Systemen, die über mehrere Milliarden Generationen optimiert wurden. Die Zukunft wird zeigen, wie genau diese Regeln in anderen Netzwerken implementiert sind, – es wird aber noch viel Arbeit nötig sein, um diese auf demselben Niveau wie die Chemotaxis des Darmbakteriums verstehen zu können.

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Stand: 15.02.2008

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Die Grammatik des Lebens
Wie fügt die Natur einzelne Teile zum Großen Ganzen?

Überblick
Das Wichtigste in Kürze

Gibt es rein biologische Naturgesetze?
Auf der Suche nach einer „Grammatik“

Nachholbedarf beim ganzheitlichen Ansatz
Das Prinzip der Systembiologie

Darmbakterium als Modell
Chemotaxis von Escherischia coli enthüllt Prinzipien

Extrem optimiert und sehr robust
Die ersten Erkenntnisse zum E.coli-Netzwerk

Natur als sparsamer Designer
Keine ehernen Gesetze sondern evolutiv flexible Regeln

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