Evolution und Komplexitätssteigerung

Sorokan · Anmeldungsdatum: 21.10.2015 Beiträge: 1

Meine Frage:
Ich bin Laie und habe eine Verständnisfrage. Bevor ich damit ein echtes Wissenschaftsforum zumülle, wollte ich sie gerne hier stellen. Ich würde mich sehr freuen, wenn mir z.B. ein Student der Biologie dazu antworten würde:

Gibt es in der Evolution eine Tendenz hin zu komplexeren Lebensformen?

Ich habe darüber auf http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2015/10/15/der-geheimnisvollste-stern-kic-8462852-und-die-angebliche-alien-superzivilisation/#comment-310992 diskutiert und habe von den dortigen Experten mehrfach eine Verneinung erhalten. Ich bin mir nun nicht sicher, ob ich mich dort vielleicht nur unklar ausgedrückt habe, weil mir die Antwort so unglaublich erscheint. Nicht nur mir, auch Kollegen bei der Arbeit (IT), keine ungebildeten Menschen.

Ich habe also im dortigen Forum versucht, meine Ansicht genauer zu formulieren: "Es erscheint mir vor [dem] Hintergrund [meines beschränkten Wissens] offensichtlich, dass es eine Steigerung der (in Nischen, aber überhaupt realisierten) Komplexität über die Erdzeitalter gegeben hat, zumindest von sehr einfachen Einzellern, mit Zellkern, einfachen Mehrzellern, zunehmend komplexen Mehrzellern, zumindest in Zeitabschritten über 100 Millionen Jahren, mit Massenaussterben als eventuellen Rückschritten. Mir ist klar, dass man andere Sichtweisen bei Betonung des Reproduktionserfolgs, der Biomasse oder Beständigkeit bekommt, das scheint mir aber kein Widerspruch zu sein."

Auch dazu nur Verneinung.

Ich habe es dann noch spezifischer, halbwegs formal versucht:

"1. Gibt es eine Komplexitätsdefinition K, welche zumindest die Ordnung [ primitiver Einzeller < primitiver Vielzeller < Mensch ] erfüllt, aber darüber hinaus auch sinnvoll auf viele weitere Arten angewendet werden kann?

Dann ordnet man damit alle Lebensformen L über alle Zeitpunkte t, weist jedem (L,t) einen Index zu, und definiert als Funktion M(t) den höchsten Index aller Lebensformen zu einem Zeitpunkt t.

2. Steigt dann M(t) von t0 bis t_heute tendenziell an?"

Auch dazu eine Verneinung. Ich bin sprachlos. Ist das tatsächlich die herrschende Lehrmeinung?

Meine Ideen:
Ich halte es für unstrittig, dass es eine zeitliche Abfolge Einzeller -> primitive Mehrzeller -> hochkomplexe Mehrzeller -> leistungsfähige Gehirne in der Evolution gegeben hat. Das kann man mit Recht als steigende Komplexität ansehen, auch wenn die genaue Definition des Begriffs Komplexität schwierig ist.

Ich habe weiterhin über den Random Walk gelesen und die complexity wall http://ncse.com/blog/2015/03/misconception-monday-explaining-evolutionary-trends-it-s-not-0016210 sowie https://htmlpreview.github.io/?https://github.com/caseywdunn/random_walk/blob/master/randomwalk.html. Unter der Annahme des random walks gibt es ebenfalls eine Zunahme der maximal realisierten Komplexität (unter welcher speziellen Komplexitätsdefinition auch immer). Damit meine ich nicht eine einzelne Entwicklungslinie, sondern jeweils das Maximum aller Entwicklungslinien.

Hedera · Anmeldungsdatum: 08.03.2011 Beiträge: 657

Man merkt, dass du aus der IT kommst. In der Informatik oder der Mathematik spielt ja Komplexität eine große Rolle und lässt sich ja auch formalisieren.
In der Biologie ist es damit etwas schwierig.

Aber ich sehe das im grunde genauso wie du:
Sei t0 der Entstehungszeitpunkt der Erde, so muss die Komplexität des Lebens oder besser Gesagt der Organismen stetig zugenommen haben, denn wie sonst soll der Mensch aus einfachen Molekülen entstanden sein? Wer nicht an die Schöpfung einer höheren Macht glaubt muss eine Zunahme der Komplexität über die Zeit voraussetzen.
Das darf man aber nicht als allgemeingültiges Gesetz sehen. Es gibt Ausnahmen und davon sogar sehr viele. Die Komplexität eines biologischen Systems ist niemals höher als es "notwendig" oder "sinnvoll" ist. Warum sollten Tiere, die stetig im dunkeln leben hoch komplexe Auge besitzen wie wir Menschen es tuen? Dafür gibt es keinen Grund und daher gibt es auch die Tendenz, dass die Komplexität (der Augen) in diesem Fall abnimmt.

Betrachtet man also die Evolution als Zeit, so gab es von t0 bis tx eine stetige Zunahme der Komplexität. Ab dem Zeitpunkt tx war eine so hohe Komplexität entstanden, dass sie nicht in allen Fällen notwendig war. Daher kann die Komplexität von tx ausgehend entweder der von ty (y<x) oder aber tz (z>x) entsprechen, wobei dies von Fall zu Fall verschieden ist.
Eine grundsätzliche Steigerung der Komplexität würde ja streng genommen zur Schlussfolgerung führen, dass weniger Komplexe Systeme nicht mehr existieren. Und ich kann mir vorstellen, dass genau hier das Verständnisproblem ist.

Um es einwenig in die "IT-Sprache" zu übersetzen:
Ein Algorithmus ist grundsätzlich so komplex wie nötig aber nicht mehr. Falls doch, dann ist er schlecht programmiert. Und wenn du merkst, dass dein Algorithmus für spezifische Aufgabe viel zu komplex ist (diese spezifischen Aufgaben häufig genung auftreten), so wirst du den ja auch sicherlich vereinfachen und einfach beide aufgabenspezifisch laufen lassen, was ja auch eine Frage des Rechenaufwandes ist. In der Biologie ist es nicht anders. Nur reden wir hier von Kosten. Unter Kosten fällt in der Biologie alles was wichtig ist und in irgendeiner Form begrenzt ist. Auch hier gibt es wieder ein schönes Equivalent. Der Ram und die Rechenkapazität ist ja begrenzt. Also ist man bestrebt die Kapazitäten optimal zu nutzen und verschwendet sie nicht, was bei so komplexen Augen wie bei uns Menschen der Fall wäre wenn wir uns Organismen angucken die im Dunklen leben.

Ich habe mir die Links aus zeitlichen Gründen jetzt nicht angeguckt, versuche es aber möglichst bald nochmal, damit ich es noch besser nachvollziehen kann, wo sie das Problem gesehen haben. Ich tippe aber auf Pauschalisierung.

Sorokan2 · Gast

Vielen Dank für die Antwort, das kann ich soweit nachvollziehen. Allerdings, gilt nicht tx = heute? Ein nach verschiedenen Metriken "komplexeres" biologisches System als uns und unsere Zivellisation hat es vorher schließlich nicht gegeben (wobei ich ja keine streng monton steigende Kurve voraussetze).

Ist nur eine grobe Vermutung, aber könnte es sein, dass die Biologie / Evolutionsbiologie in dem Bestreben, zu verallgemeinern und zu abstrahieren, über diesen vorgefundenen Entwicklungspfad hinauszuschauen sucht, und es dadurch zu der beschriebenen Verneinung kommt?

Hedera · Anmeldungsdatum: 08.03.2011 Beiträge: 657

Nein, tx ist definitiv nicht heute. Die Komplexität war bereits weit früher ausreichend hoch, damit auch ein "Rückschritt" möglich war. Unserer Zivilisation ist daher nur eine Realisierung von tz.
Ein einfaches Beispiel wären hier schon die Insekten. Es gibt einige Beispiele wo die Komplexität breits lange bevor der Mensch entstanden ist rückläufig war.
Tatsächlich kann man aber ganz streng sein und sagen, dass die menschliche Zivilisation derzeit der komplexiste System ist. Aber auch hier wirst du nicht immer Zustimmung finden, denn zugerne wird der Mensch als etwas "anderes" angesehen. Anthropologisch ist das eine schwierige Kiste und hat auch viel mit Glauben zu tun.

Sorokan2 · Anmeldungsdatum: 22.10.2015 Beiträge: 2

Hm, das ist interessant. Also ich fasse mal in meinen Worten zusammen:

Es ist so, dass die Komplexität zugenommen hat, wenn man Komplexität anthropozentrisch definiert. Allerdings kann daraus kein allgemeines Gesetz abgeleitet werden, und in der Evolutionsbiologie ist die Frage nach Komplexität nicht relevant.

Hoffe, das ist so richtig.

Jetzt habe ich als Informatiker natürlich eine gewisse Verliebtheit in den Begriff Komplexität und sehe aus meinem Blickwinkel mehrere Parallelen zwischen Informationssystemen bzw. Lebewesen und Evolution, auf Ebene des Genoms, des Gehirns, von evolutionären Optimierungsverfahren sowie der technischen Evolution, und sehe darin eine legitime und zielführende Sichtweise, die für mich keineswegs anthropozentrisch ist. Du hast es ja angedeutet, da scheint es eine gewisse Glaubenshaltung bzw. Ausblendung zu geben - vielleicht auch als Reaktion auf überkommene Sichtweisen und kreationistische Strömungen, oder als geistige Yogaübung in nichtmenschlicher Standpunktsuche (was sich nach einer nicht ungefährlichen geistigen Akrobatik anhört ;-).

Falls Du mir gestattest, würde ich doch gerne mal "den interdisziplinären Raum" mit dir betreten und über Komplexität und Evolution nachdenken.

Angenommen, man hat eine beliebige Komplexitätsmetrik (körperliche Größe, Anzahl der Neuronen oder Anzahl Basenpaare oder ...). Ich sehe schon, dass es schwierig ist, sich da gedanklich dem Vorwurf der Antropozentrik unangreifbar zu machen, aber als Informatiker habe ich da weniger Hemmungen, weil Information und die Verarbeitung von Information keine allein menschliche Domäne ist (sondern eine fundamentale Eigenschaft des Universums ist, die in allen möglichen physikalischen Systemen auftritt, Menschgemacht oder nicht, und jeweils eine eigene evolutionäre Dynamik entwickelt. Stichwort Turing-Vollständigkeit). Eine mögliche Metrik könnte auch das Erfassen, Vorhersagen und Beeinflussen der Umwelt sein. Da fehlt mir noch eine konkrete Metrik zu, aber sehr grob und unzureichend könnte man es mit der Menge an Bits, die ein Individuum verarbeiten kann, umschreiben.

Du bist ja auf den Kostenaspekt eingangen. Es hat also bei vielen evolutionäre Entwicklungslinien eine Kostenreduktion und damit auch eine Komplexitätsreduktion unter solchen Metriken gegeben. Trotzdem muss man solchen

Der Random Walk ist ja ein ziemlich simples und unzureichendes Modell. Da gibt es doch bestimmt Simmulationen, die Entwicklungspfade etwas besser beschreiben, mit Kosten/Nutzen-Modellen sowie ökologischen Nischen. Man müßte natürlich berücksichtigen, dass die biologische Evolution sehr lange braucht, um neue Komplexitätsnivaus zu erklimmen, es könnte z.B. in dem Modell exponentiell ansteigende Stufen geben, die erst einmal erklommen werden müssen, vorher sind die Kosten überproportional hoch, dahinter steigt der Nutzen sprunghaft an. Meine Vermutung wäre, dass dann die unteren Komplexitätslevel schnell gesättigt sind und ab da eine substantielle Entwicklung nur nach oben stattfinden kann. Natürlich ist das nur eine eindimmensionale Betrachung, vielleicht kann man da mehrere Entwicklungsdimmensionen, also Metriken, definieren, dann hätte man einen Multidimensionalen Baum. Gibt es da schon was? Nehme ich stark an, kannst du mir da Literatur / Linktipps geben?

Hedera · Anmeldungsdatum: 08.03.2011 Beiträge: 657

Daniel35 · Anmeldungsdatum: 10.09.2012 Beiträge: 511

Gibt es eine Tendenz des Wassers, auf einer Ebene nach rechts zu fließen? Nein wohl nicht. Aber wenn ich einen Eimer Wasser ausgieße und an der linken Seite ist eine Wand, breitet es sich nicht nur nach vorne und hinten, sondern eben auch nach rechts aus.
Es gibt eine Untergrenze der Komplexität für Leben. Es ist aber erst einmal keine Obergrenze bekannt. Ergo erscheint es, als gäbe es eine Tendenz zur höheren Komplexität. Aber das liegt einfach daran, dass Bereiche niedriger komplexität recht schnell ausgefüllt werden. Aber man sieht ja an HeLa-Zellen, dass die erreichte Komplexität auch schnell wieder weg gewischt werden kann.

Sorokan2 · Anmeldungsdatum: 22.10.2015 Beiträge: 2

Das Leben hat kein "inhärentes" Streben, das habe ich verstanden, aber danke, dass Du das noch mal klarstellst, das ist wahrscheinlich der philosophische Knackpunkt. Aber der Effekt ist der gleiche. Das Wasser muss sich aufgrund der Schwerkraft ausbreiten, ob es will oder nicht. Das Leben verteilt sich im abstrakten Raum einer wie auch immer definierten Komplexität aufgrund zufälliger Mutationen, also zwangsläufig auch nach oben.

Was ich da aber spannend finde: Kosten / Konkurrenz / Selektion / Komplexitätshürden, die wirken als Kräfte und Barrieren im Zustandsraum. Das Bild mit der Zufallsbewegung hat null Erklärungswert, solange diese Effekte nicht berücksichtigt werden. Um im physikalischen Bild zu bleiben: Normalerweise nimmt ein Gas den gesamten Raum ein, aber unter Schwerkrafteinfluss kollabiert es. Entsprechend muss man erklären, warum es mehr als die allersimpelsten Zellen gibt, weil Komplexitätskosten in diesem Bild der Schwerkraft entsprechen. Also ist Komplexitätsnutzen eine Art Gegenkraft, genauer eine abstrakte Landschaft. Meine Idee wäre, da ein Modell zu erstellen und das am Computer durchzurechnen, aber da gibt es bestimmt schon Arbeiten zu.