"Dieser Algorithmus braucht Sex"

16. Juli 2014, 13:15
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Die Evolution ist ein Spiel, in dem die Gene agieren, als wären sie Investoren, sagt Computerwissenschafter und Komplexitätsexperte Christos Papadimitriou

Wien - "Warum ist Sex so problematisch?", fragt Christos Papadimitriou und blickt in den gerammelt vollen Vortragssaal. "Ich sehe genau Ihr verlegenes Grinsen. Aber wenn Biologen von Sex sprechen, meinen sie das Mysterium der Genkombination, das bei der Zeugung von Nachkommen passiert." Papadimitriou hat sich schon vor Jahren in die Frage verbissen, welche Rolle Sex eigentlich in der Evolution spielt. Dabei ist er keineswegs Biologe oder Evolutionstheoretiker. Er ist Computerwissenschafter an der Universität Berkeley in Kalifornien - und zwar mit beträchtlichem Erfolg. Und er ist überzeugt davon, den Algorithmus der Evolution gefunden zu haben.

In Jeans, Turnschuhen, einem wild gemusterten Hemd und Lederhut wirkt Christos Papadimitriou ein bisschen wie der Indiana Jones unter den Wissenschaftern, die zum "Vienna Summer of Logic" (VSL), einem Gipfeltreffen von Logikern, nach Wien gepilgert sind. Papadimitriou hielt am Montag bei der offiziellen Eröffnung des Konferenzreigens einen Vortrag zu seiner Theorie der Evolution.

Die richtige Kombination

Warum also ist Sex so problematisch? "Er birgt zahlreiche Nachteile. Man stelle sich einen perfekten Menschen vor, der dank seiner Gene 200 Jahre lebt und 50 Kinder hat. Keines seiner Kinder wäre perfekt, weil es unmöglich ist, eine ebenso perfekte Partnerin zu finden. Wirklich erfolgreiche Genkombinationen sind also für immer verloren."

Was ist dann Sinn und Zweck von sexueller Fortpflanzung in der Evolution, wenn es gar nicht um die Selektion der fittesten Gene, frei nach Darwin, geht? "Sex eignet sich nicht besonders gut für die Erhöhung der Leistungsfähigkeit einer Population. Er spielt aber eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung von genetischer Vielfalt", sagt Papadimitriou im Gespräch mit dem Standard. Die wiederum ist überlebenswichtig. Schließlich weiß niemand, was als Nächstes kommt, an welche Umweltbedingungen sich Lebewesen künftiger Generationen anpassen müssen.

"Welche Algorithmen könnten es ermöglicht haben, dass seit Beginn des Lebens eine Billion Schritte in der Evolution gemacht wurden?", fragt sich Papadimitriou. Die neuesten Erkenntnisse dazu veröffentlichten er und sein Team Mitte Juni im renommierten Fachmagazin Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Die Wissenschafter unterzogen ein mathematisches Standardmodell der Evolutionsgenetik einer Neubetrachtung, änderten es ab - und stießen dabei auf Erstaunliches: "Die Evolution macht mit einer Population genau das, was ein umsichtiger Investor mit seinem Portfolio macht: Sie agiert abwägend", schildert Papadimitriou. Es zeigte sich, dass ein 50 Jahre alter Algorithmus aus der Spieltheorie auch auf die Evolution angewandt werden kann. Die Formel diente bereits dazu, eine Reihe äußerst gefinkelter Probleme der Informatik zu lösen.

Die Strategien der Gene

Betrachtet man die Evolution als Spiel, sind die Gene die Spieler, denen verschiedene Strategien in Form von genetischen Variationen zur Verfügung stehen. Indem das Spiel immer wieder wiederholt und der Erfolg der Strategien ständig überprüft wird, führt das Ganze schließlich zu einem optimalen Ausgleich zwischen größtmöglicher Leistungsfähigkeit und größtmöglicher Vielfalt. So wie ein kluger Investor nicht alles auf eine erfolgreiche Aktie setzt, sondern das Risiko auf mehrere Anlagen verteilt.

"Dieser Algorithmus braucht Sex. Ohne Sex gibt es diesen Algorithmus nicht", sagt Papadimitriou. Denn nur indem die Gene von Mutter und Vater bei der sexuellen Fortpflanzung kräftig durchgemixt werden, können sie sich gut verteilen - und eine Population somit für alle möglichen Umweltveränderungen wappnen.

Evolutionsbiologen stehen dieser mathematischen Erklärung von Sex noch eher skeptisch gegenüber. Forscher rund um den Populationsgenetiker Nick Barton vom Institute of Science and Technology (IST) Austria in Maria Gugging haben sich erst letzte Woche in einem Kommentar in "PNAS" damit auseinandergesetzt.

Papadimitriou hofft, dass Biologen dereinst auf seine Theorie zurückgreifen werden, um die Berge an genetischen Daten, die mit neuen Technologien generiert werden, besser interpretieren zu können. "Biologie ist der Computerwissenschaft viel näher als etwa die Physik", sagt Papadimitriou. "Die Biologie arbeitet wie die Computerwissenschaft mit einem Code - dem Code, der in jede Zelle eingebettet ist."

Der 1949 geborene Grieche hat immer schon gerne Grenzen überschritten. Der Lehrerssohn studierte in Athen Elektrotechnik, allerdings mit wenig Motivation. Weil er nichts anderes wollte, als das verhasste Land der Militärjunta möglichst schnell zu verlassen, trat er die Flucht nach vorn an und bewarb sich an mehreren US-Hochschulen. Er wurde genommen - und zwar gleich im hochangesehenen Princeton. "Ich hatte gar nicht vor, Wissenschafter zu werden. Ich war einfach auf der Suche nach etwas Interessanterem", sagt er heute.

Darauf stieß er auch prompt - die Informatik, eine Disziplin, die gerade erst im Entstehen war. "Ich wusste sofort, das ist es. Es war cool, und ich schien gut darin zu sein." In den Gängen streifte noch der große Logiker Kurt Gödel herum, und das Zimmer, das der junge griechische Student bewohnte, gehörte angeblich einst Alan Turing, dem Urvater des Computers. Dann lief alles wie am Schnürchen: Er lehrte an der Harvard University, am Massachusetts Institute of Technology (MIT), in Stanford und San Diego. Nur die Rückkehr an die TU in Athen währte nicht lange, es zog ihn wieder in die USA. Seit 1996 werkt er an der University of California, Berkeley.

Computerliebe

Schon in jungen Jahren veröffentlichte er mit Bill Gates eine Arbeit über das "Pfannkuchen-Sortierproblem", ein bekanntes Problem der Informatik, später lieferte er wichtige Beiträge zur ökonomischen Spieltheorie und zum berühmten Nash-Equilibrium. Neben hunderten wissenschaftlichen Publikationen schrieb er Bücher zur Komplexitätstheorie, die Standard-Lehrbücher der Informatik wurden. Darüber hinaus hat er im Roman Turing eine Liebesgeschichte rund um einen Computer verfasst und mit der Graphic Novel Logicomix über die Ursprünge der Logik an einem Bestseller mitgewirkt. Letztes Jahr veröffentlichte er in Griechenland den Roman Independence. Dann und wann spielt er noch Keyboard in der Campus-Rockband Lady X and the Positive Eigenvalues.

Richtig emotional wird der umtriebige Forscher, wenn es um (griechische) Politik geht - und das Internet: "Ich sehe schwarz für die Welt. Die einzige Hoffnung ist das Internet. Regierungen können es nicht beherrschen oder zerstören." Seit dem Entstehen des Netzes habe sich die Computerwissenschaft komplett in Richtung Vernetzung verändert - zugleich auch sein eigenes Denken. (Karin Krichmayr, DER STANDARD, 16.7.2014)

  • Christos Papadimitriou, griechischer Computerwissenschafter und Indiana Jones der Logiker, stürzt sich auf ökonomische und biologische Rätsel. Daneben verfasst er Romane, Comics und Kolumnen.
    foto: standard/corn

    Christos Papadimitriou, griechischer Computerwissenschafter und Indiana Jones der Logiker, stürzt sich auf ökonomische und biologische Rätsel. Daneben verfasst er Romane, Comics und Kolumnen.

  • In der Graphic Novel "Logicomix" streift Christos Papadimitriou (im Bild ganz rechts) durch die Geschichte der Logik.
Apostolos Doxiadis / Christos H. Papadimitriou: Logicomix. Eine epische Suche nach Wahrheit. Atrium Verlag. Zürich 2010. 352 Seiten, € 24,90
    illu.: atrium

    In der Graphic Novel "Logicomix" streift Christos Papadimitriou (im Bild ganz rechts) durch die Geschichte der Logik.

    Apostolos Doxiadis / Christos H. Papadimitriou: Logicomix. Eine epische Suche nach Wahrheit. Atrium Verlag. Zürich 2010. 352 Seiten, € 24,90

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