Evolutionäre Prozesse ahmen Aspekte der Informatik nach

12. Dezember 2015, 17:41
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Unterschiedliche Komplexitätsklassen: Nicht jeder Vorgang ist mit einer einfachen Formel lösbar

Klosterneuburg – In der Informatik werden Probleme, die sich durch Handlungsvorschriften, also algorithmisch, lösen lassen, in Komplexitätsklassen eingeteilt. Über unerwartete Verbindungen zwischen diesem Informatikgebiet und der Biologie berichten Forscher des Institute of Science and Technology (IST) Austria im Fachjournal PNAS. Sie können damit für biologische Fragen klären, ob sie effizient berechenbar sind.

Im Informatik-Teilgebiet der "Komplexitätstheorie" werden Probleme in Komplexitätsklassen zusammengefasst, die einen bestimmten Aufwand von Ressourcen haben, etwa Berechnungsschritte oder Speicherplatz. Rasmus Ibsen-Jensen und Krishnendu Chatterjee vom IST in Klosterneuburg haben gemeinsam mit dem österreichischen Biomathematiker Martin A. Nowak von der Harvard Universität mittels dieser klar definierten Komplexitätsklassen einige fundamentale Fragen der theoretischen Biologie untersucht, konkret die ökologische und evolutionäre Dynamik innerhalb von strukturierten Populationen.

Formeln und Algorithmen

Sie konnten dabei diese Fragen exakten Komplexitätsklassen zuordnen und damit mit Sicherheit sagen, ob sie mittels Algorithmen lösbar sind. Es scheint ganz so, als "würden die evolutionären Prozesse Aspekte der Informatik nachahmen", berichten die Forscher in einer Aussendung des IST. Dem entsprechend empfehlen sie, "dass sich die Forschung zu bestimmten Fragestellungen in der ökologischen und evolutionären Dynamik auf jene Aspekte fokussieren sollte, die rechnerisch mit einer einfachen Formel lösbar sind".

So konnten sie zeigen, dass etwa die Fragen, wie man die Wahrscheinlichkeit dafür bestimmen, dass sich eine neue genetische Mutation in einer Population durchsetzt, nicht mit einer einfachen Formel lösbar sind. Auch die Frage, ob eine invasive Art eine ökologische Nische erobert, lässt sich nicht mit einem Algorithmus effizient lösen.

Dagegen stellten sie fest, dass es für zwei Fragestellungen effiziente Lösungen zur Berechnung geben muss: Zum einen für die "Molekulare Uhr", einer Methode, bei welcher der Zeitpunkt der Aufspaltung zweier Arten von einem gemeinsamen Vorfahren abgeschätzt wird. Und zum anderen die Fixierungswahrscheinlichkeit, also die Chance einer genetischen Variation, sich in einer gut durchmischten Population durchzusetzen. (APA, 12. 12. 2015)

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