Symmetrie plus Feedback macht Evolution 0-1

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1 Bruno Krüger Sours-Allee 3a Dienheim Symmetrie plus Feedback macht Evolution 0-1 Dieser Artikel geht von der Stabilität stiftenden Wirkung von Symmetrie im Allgemeinen aus, die in Verbindung mit dem Element der Rückkopplung, welche im Grunde eine Sache nur auf sich selbst bezieht, den Zustand ihres Seins im Einklang mit dem Außen voran bringt. Symmetrien spielen bei der Evolutionsbetrachtung eine große Rolle, da sie bei der Suche nach Zusammenhängen auf etwas Gemeinsames hindeuten, das auf den ersten Blick nicht sichtbar ist. Alleine die unmittelbar nachvollziehbare Eigenschaft der Symmetrie, Stabilität zu stiften, bietet einen Einstiegspunkt für die Erforschung dieses Gemeinsamen. Jede sich in der Welt zeigende Symmetrie lohnt damit, erforscht zu werden. Symmetrie und Stabilität geben allerdings noch keine Veränderung. Im Gegenteil: Evolution braucht Impulse. Und damit sich diese Impulse nicht in der Beliebigkeit verlieren, müssen sie gleichzeitig Neues von außen und Stabilisierendes von innen miteinander verbinden. Das Instrument dazu ist die Rückkopplung, also das Entsenden von Wirkungen, die in ihrer Natur zwar unverändert, aber doch gefiltert von den Zusammenhängen des Außen auf eine Sache selbst rückwirken. Inhaltsverzeichnis 1 Einordnung 2 Selbstorganisation, Phänomen der Welt im Ganzen 3 Evolutionsschritte, Übersicht 4 Wachstum 5 Denken und Handeln 6 Keystone 7 Schluss Einordnung Die Erforschung von Symmetrie in Verbindung mit Evolution steht vor einer unbegrenzten Vielfalt von Symmetrien in der Welt. Allerdings gibt es auch hilfreiche Zusammenhänge, in denen sich Evolution in strukturierten Schritten zeigt. Und nicht nur das. Es gibt fünf zentrale Eigenschaften, welche die Evolution begleiten und im Zusammenhang wirken: 1. Fähigkeit einer abgegrenzten Sache zur Wechselwirkung mit ihrer Umwelt 2. zur Selbstorganisation 3. zur Reproduktion 4. zum Wachsen und damit zur Differenzierung 5. zum Registrieren von Änderungen der Umgebung durch Reizbarkeit Mit diesen Eigenschaften wird unter Wikipedia.de der Begriff des Lebens abgegrenzt. Markante Evolutionsschritte sowie ineinandergreifende Selbstorganisation von Reproduktion, Wachsen und Registrieren ergeben eine Fülle von Hinweisen zur weiteren Forschung. Diese soll nachfolgend bis hin zu Funktionen des denkenden Gehirns vordringen.

2 Symmetrie plus Feedback macht Evolution 2 Selbstorganisation, Phänomen der Welt im Ganzen Organisation nach Schöpfung durch vorausschauende Organisatoren ist nachvollziehbar. Ingenieure planen Technik. Manager planen Unternehmen. Menschen planen Zusammenwirken. Selbstorganisation kommt dagegen ohne einen abgegrenzten Organisator aus. Sie schöpft sich gewissermaßen aus der Welt und den in ihr sich abgrenzenden Sachen. Organisatorin, die zurück auf alles Mögliche der Vergangenheit und damit zugleich voraus schaut ist die Welt im Ganzen. Dieser Artikel geht von der Stabilität stiftenden Wirkung von Symmetrie im Allgemeinen aus, die in Verbindung mit dem Element der Rückkopplung den Zustand einer Sache im Einklang mit dem Außen voran bringt. Das Außen und damit die Welt im Ganzen bringt zwar Neues in den Prozess der Selbstorganisation hinein, erfolgreich gelingen kann dies umgekehrt aber nur dann, wenn das Neue die Handschrift des Möglichen der voran zu bringenden Sache trägt. Neues, welches nicht komplett neu ist, ist gefiltertes Neues. Gefiltert an Wirkungen, welche die Sache selbst hervorbringt und die das Neue zur Reflektion des inneren am äußeren Möglichen werden lässt. Die Erforschung einer konkreten Symmetrie führt so zur Suche nach zugrunde liegenden Wirkungen, die eine Sache entsendet, und deren Rückkopplung das Potenzial zur Entwicklung dieser Sache selbst hat. Bild: Wirkung wird ausgesendet (links), von außen reflektiert (rechts) und rückgekoppelt (links) Die Vorstellung von Selbstorganisation, Symmetrie und Rückkopplung in der eingangs dargelegten Abstraktion führt erst an den Punkt, an dem nachvollziehbar wird, dass die Evolution ihre Früchte nicht aus dem Nichts heraus schöpft, sondern aus bereits vorab hergestellter Stabilität. Diese fußt auf der überlebenstüchtigen Vergangenheit einer voranzubringenden Sache und zugleich auf dem Neuen aus der Welt im Ganzen, welche Überlebenstüchtigkeit in der Zukunft reflektiert. Das führt zu der Vorstellung, dass Vergangenheit und Zukunft, innen und außen in einem Evolutionsschritt zusammentreffen. Komplementäre Dimensionen also, die sich in einem Evolutionsschritt begegnen. Das Zusammenwirken von Symmetrie und Rückkopplung ist dergestalt ineinander verschachtelt, dass es unabhängig von der Art und Größe einer Sache oder eines Evolutionsschritts funktioniert. In dieser einzigartigen Unabhängigkeit im Grunde von Allem (!) liegt die Schöpfungskraft. Die nachfolgenden Kapitel werden dies mit praktischen Beispielen nachvollziehbar machen. Dabei wird sich zeigen, dass räumliche Symmetrien regelmäßig Ausgangspunkt für kleinste Innovationsschritte einer größeren Gesamtinnovation sind. Denn Innovationen werden meist nicht in einem Schritt vollzogen, sondern in vielen zunächst zufälligen, dann aber zueinander passenden Schritten. Die räumliche Symmetrie schützt eine Innovation, so scheint es, vor unpassenden Folgeinnovationen. Das im Kleinen Begonnene wird stabilisiert. Die bis zu diesem Punkt vorangestellte theoretische Betrachtung liefert das Fundament des Verständnisses eines allgemeinen Zusammenwirkens. Dieses liegt den praktischen Beispielen zugrunde. Die wesentlichen Grundbegriffe dazu werden mit folgender Prinzip-Darstellung im Überblick geordnet.

3 Symmetrie plus Feedback macht Evolution 3 Bild: Zusammenwirken von Symmetrie und Rückkopplung Bild: Funktion eines Flip-Flops, versteckt im Zusammenwirken zwischen Partnerorganen

4 Symmetrie plus Feedback macht Evolution 4 Evolutionsschritte, Übersicht Die Natur bietet eine schier unüberschaubare Vielfalt an Leben und damit ungezählte Evolutionsschritte. Aus dem uns über die Evolution Bekannten lassen sich grundsätzliche Schritte abgrenzen, die das Herangehen zunächst abstrahieren, die dann aber auch eine erste Ordnung für die weiteren Überlegungen herstellen. So lässt sich sagen, dass sich die Entwicklung autonomen Lebens in Schritten spiegelt, hier auf die Anzahl sechs begrenzt: 1. Zellteilung, die Duplikate erzeugt: Abgegrenzt-Sein einer Sache und deren Reproduktion führen zum Überleben einer Art und schaffen zudem Potenzial für Wachstum; 2. Aufbau von Einheiten mit innerem Ausgleich zur Stabilisierung von Wechselwirkungen mit der Umwelt: Mangel und Überschuss beim Stoffwechsel werden abgefedert; 3. Nervensystem für die Querverzahnung spezialisierter Teile: Spezifische Positionen im Raum werden mit Teilen bestückt, die zentral angesteuert und mit differenzierten Funktionen Gesamtnutzen generieren; 4. Zentrierung von Sensorik und Aufmerksamkeit: Eigeninitiativen im Raum begegnen durch sie beeinflussten Umweltbedingungen, stabilisierendes Feedback wird zentral in Verbindung mit der Aktivität gebracht; 5. Erlerntes Handeln nach gesammelter Erfahrung: Einmal als stabil erkanntes Handeln wird über die Zeit bewahrt und ertüchtigt bei der späteren Begegnung mit ähnlichen Situationen stabiles Verhalten. 6. Selbständiges Differenzieren und Nutzen von Wissen: Mit differenzierten Ideen werden diese im Wege ihrer Abgrenzung festgefügt und werden zugleich geeignet zur Beachtung unveränderlicher Merkmale der Umwelt. Wachstum Mit Betrachtung selbstorganisierender Strukturen, die aus differenzierten Komponenten bestehen, wird Wachstum zu einer Frage der Integration seiner Komponenten. Aus einer systemtheoretischen Sicht bestehen Lebewesen aus Zellen, die mit ihren differenzierten Einzelwirkungen ein schlüssiges Gesamtbild ergeben. Die Sicht auf seine Zellen öffnet dabei einen Blick in das Innere des erkennbaren Ganzen. Ziel ist es, diesem Inneren bei zwei komplementären Wirkungsrichtungen auf die Spur zu kommen. Zum einen Wirkungen, die sich auf ein Verbinden und Ausgleichen und damit allein auf eine Stabilisierung des Ganzen richten. Und zum zweiten Wirkungen, die sich getragen von der Stabilität des Ganzen auf einen abgrenzbaren und selbständigen Zweck richten.

5 Symmetrie plus Feedback macht Evolution 5 Bild: Integration durch Verbinden und Ausgleichen Differenzierung bezeichnet in der Entwicklungsbiologie die meist irreversible Entwicklung durch Zellteilung von Zellen oder Gewebe von einem weniger in einen stärker spezialisierten Zustand. Am Anfang der Entwicklung stehen die sogenannten Stammzellen. Gegenstand wissenschaftlicher Forschung sind Faktoren, die auf die Differenzierung einwirken. Dabei wird u. a. Proteinen als zentralem Steuerungsfaktor nachgegangen, wie auch den Mechanismen, die etwa beim Transport von Proteinen vom Cytoplasma in den Zellkern eine Rolle spielen. Ansatzpunkt für eine systemtheoretische Suche nach stabilen Mechanismen ist aber auch der Zusammenhang zwischen Evolution und Wachstum. In dem Maße, in dem das Wachstum einen in den Genen programmierten Pfad der Differenzierung beschreitet, muss es einen entsprechenden Pfad geben, auf dem die passenden Informationen der Gene zusammengetragen wurden. Es geht bei diesem Denkansatz um Gleichgewichte zwischen vielen Faktoren innerhalb und außerhalb von Lebewesen. Zwischen diesen Faktoren werden Kopplungs- und Regelmechanismen gesucht. So soll mittels einfacher Logik ein Stück weit Überblick über die Vielfalt und Komplexität des großen Ganzen gewonnen werden. Siehe: Denken und Handeln Siehe:

6 Symmetrie plus Feedback macht Evolution 6 Keystone Auch das Denken ist im weitesten Sinne Evolution, gewissermaßen in einer dynamischeren Form. Gehirne auf allen Entwicklungsstufen der Evolution bilden einen Mechanismus der Rückkopplung mit der Außenwelt. Innovationen zeigen sich in verbesserter Lebenstüchtigkeit des Gehirns. Die Symmetrie der Konstruktion zweier Gehirnhälften ist die Grundlage für die Fähigkeit zur erfolgreichen Rückkopplung von Aktivitäten eines Lebewesens, das mit seinem Verhalten Wirkungen in seine Umwelt entsendet. Die von einer Gehirnhälfte ausgelösten äußeren Verhaltenswirkungen werden beim erstmaligen Erlernen eines Handlungsmusters ganzheitlich über die andere Gehirnhälfte und damit entkoppelt von konkurrierenden Effekten innerhalb der auslösenden Gehirnhälfte wahrgenommen und über die Verbindung zwischen beiden Gehirnhälften (Corpus Callosum) zurückgekoppelt. Nach erstmaligem Erlernen eines Handlungsmusters können spätere Rückkopplungen auch von der auslösenden Gehirnhälfte nach und nach ausgeprägt und übernommen werden. Das adulte Gehirn wird auf diesem Weg Schritt für Schritt ein unabhängiger von seiner internen Querverbindung. Neu an dieser Vorstellung zum Lernen neuer Verhaltensmuster ist die Arbeitsteilung zwischen beiden Gehirnhälften. Diese Arbeitsteilung initiiert ein Lernen über die Entkopplung zwischen Wirken in die Welt hinein und ganzheitlicher Rückkopplung aus der Welt zurück. Auch hier gilt, dass noch völlig Ungelerntes nur gelernt werden kann durch Anfangsstabilität. Diese wird hier durch die konsequente Arbeitsteilung zwischen symmetrischen Gehirnhälften erzielt. Die Eine sendet Wirkungen, die Andere koppelt zurück. b. a.

7 Symmetrie plus Feedback macht Evolution 7 b. T M. Bruno Krüger, im September 2015