Simulation von Evolution

Evolution vs. Schöpfung Debatte, Alter der Erde
Geologie, Plattentektonik, Archäologie, Anthropologie
Anton B.
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#11 Re: Simulation von Evolution

Beitrag von Anton B. » So 4. Jan 2015, 21:01

ThomasM hat geschrieben:Hast du Referenzen auf Simulationen von Evolutionsvorgängen, die ohne Selektionsfunktion auskommen?
Selbstverständlich nicht. Wie willst Du Evolution, so wie wir sie verstehen, sonst simulieren?

ThomasM hat geschrieben:
Pluto hat geschrieben:Du hast Mutationen in Programm-Code dargestellt? Das erscheint mir ein grundsätzlich falscher Ansatz. Die Vielfalt des lebendigen Genoms ergibt sich aus den Codecs (dreier-Gruppen von Basenpaaren) die eine Auswahl aus 64 Möglichkeiten (Buchstaben) ergeben.
Möglich, dass dieser Ansatz eine zu starke Vereinfachung ist. Bei Beispielen, wie Avida ist das auch so, aber die arbeiten eben zusätzlich mit einer Selektionsfunktion.
Vielleicht verstehe ich etwas nicht richtig: Welches Problem hast Du mit der "Selektionsfunktion"?

Ansonsten sind wir uns wohl einig, dass große Probleme in der "Berechnung" des Phänotyps aus dem Genom eines Lebewesens auf die durch Transskription der DNA oder RNA hergestellten.Proteine zuruckzuführen sind: Als "auseinandergezogenes" Molekül bereitet das Protein noch verhältnismäßig wenig Ärger in der Prognose seiner Eigenschaften. Hübsch zusammengeknäuelt allerdings, hat es plötzlich ganz andere physikalische und chemische Parameter. Und die Knäuelung an sich verändert sich grundlegend aufgrund einer winzig kleinen Änderung in seinem molekularen Aufbau. Und an die Berechnung der Eigenschaften und Auswirkungen eines höheren zentralen Nervensystem auf seinen Träger, da möchte man ja erst garnicht drüber nachdenken.
Die Eiche "ist" - sie steht da - mit oder ohne Wildschweine.

ThomasM
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#12 Re: Simulation von Evolution

Beitrag von ThomasM » Mo 5. Jan 2015, 10:56

Hallo Anton
Anton B hat geschrieben: Vielleicht verstehe ich etwas nicht richtig: Welches Problem hast Du mit der "Selektionsfunktion"?
Die Selektionsfunktion ist eine von außen, vom Programmierer hineingesteckte Funktion, die das Ziel der Simulation vorgibt.
Damit lassen sich durchaus relevante wissenschaftliche Fragestellungen studieren (z.B. aus den Avida Publikationen: über welche Evolutionsmechanismen entwickeln sich komplexe logische Operationen, wenn man als Grundlage nur die elementaren logischen Funktionen nimmt). Insofern sind die Selektionsfunktionen an sich nicht verkehrt.

Schaue ich aber in die Natur, dann kann man nicht erkennen, wo denn diese Funktion eigentlich ist. Wo wird das Ziel definiert? Wo ist die funktionelle Darstellung eines solchen Ziels?
Tatsächlich ist es ja eine der Kritikpunkte der Naturalisten an christlichen Vorstellungen, dass diese Teleologie in der Natur nicht vorhanden ist.

Trotzdem wird sie gerade von Evolutionsbiologen in ihrer Sprache ausgedrückt (Die Art entwickelte ... um mit den Umweltbedingungen ... umgehen zu können). Das mag eine sprachliche Fehlleistung sein, macht aber klar, dass das Zieldenken inhärent in der Evolution verknüpft ist.

Die Vermutung und auch meine Vorstellung ist, dass die Ausbildung solcher zielgerichteten Entwicklungen eine Folge statistisch, kooperativer Wechselwirkungen ist. In der Physik gibt es dazu das Phänomen der "spontanen Symmetriebrechung", das ähnlich zustandekommt.
Nun ist es aber ein Unterschied, ob man etwas vermutet oder ob man es durch Fakten belegen kann. Hier wäre es ein wesentlicher Fortschritt, wenn man in einer Simulation ohne Selektionsfunktion zu genau diesen Phänomenen kommen würde.
Die Gretchenfrage ist aber: Wie komplex muss eine Simulation sein, um die kooperativen Phänomene zu zeigen?

Gruß
Thomas
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Pluto
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#13 Re: Simulation von Evolution

Beitrag von Pluto » Mo 5. Jan 2015, 11:18

ThomasM hat geschrieben:Wo wird das Ziel definiert? Wo ist die funktionelle Darstellung eines solchen Ziels?
Ein solches Ziel wird man vergeblich suchen, weil es das nicht gibt.

Ein (r/L) Organismus ist eigentlich nie "fertig". Jedes ist eine Zwischenform zwischen seinen Ahnen und seinen Nachfahren. Wenn alle Mitglieder einer Gruppe (Art) die gleichen Gene tragen sind die Mutationen sozusagen "verbraucht".

Du musst dir die Grunlage auf der die Selektionwirkt als "hügelige Landschaft" vorstellen, in dem jeder Organismus und jedes Organ zum Gipfel strebt. Das ist aber (wie du sehr wohl aus der Mathematik weißt) nicht unbedingt das "höchste" Maximum. Erreicht ein Organismus einen Gipfel, kann es nicht wieder herunter um auf den nächsten Hügel in der Landschaft zu steigen, weil es sonst schlechter angepasst wäre.
Ein gutes Beispiel ist das Auge des Nautilus, welches eher dem Modell einer Lochkamear gleicht: Es besteht aus einer knöcherigen Vertiefung an dessen Boden sich Lichtempfindliche Zellen befinden, und einem winzigen Loch ohne Linsenmechanismus für den Lichteinlass. Die so gebildete Höhle ist mit Salzwasser gefüllt.
Das ist im Vergleich zum Wirbeltierauge ein submaximales Optimum. Mehr geht aber nicht. Das Auge des Nautilus ist seit einigen hundert millionen Jahren praktisch unverändert.

Bild
[ Quelle: National Geographic ]
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JackSparrow
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#14 Re: Simulation von Evolution

Beitrag von JackSparrow » Mo 5. Jan 2015, 11:50

ThomasM hat geschrieben:Schaue ich aber in die Natur, dann kann man nicht erkennen, wo denn diese Funktion eigentlich ist. Wo wird das Ziel definiert?
Das Ziel wird doch nur nachträglich impliziert. Es müssen in der Vergangenheit ausreichend viele Nachkommen in der Lage gewesen sein, ihr Genom weiterzugeben. Ob die Nachkommen dazu in der Lage sind, hängt dabei weniger von der Anzahl der Nachkommen ab als vielmehr von der Umwelt, in der sie sich bewegen.

Wo ist die funktionelle Darstellung eines solchen Ziels?
Das wäre eine Funktion, die für jede mögliche Kombination aus Umwelteinflüssen und Allelen die jeweilige Auswirkung auf die Fortpflanzungsfähigkeit der eigenen Nachkommen angibt. Ob ein Genom erfolgreich war, kann man dummerweise immer erst nachträglich feststellen und immer nur für jeweils n Generationen, da nach n+1 Generationen das gleiche Genom eventuell schon nicht mehr erfolgreich sein könnte.

Die Vermutung und auch meine Vorstellung ist, dass die Ausbildung solcher zielgerichteten Entwicklungen eine Folge statistisch, kooperativer Wechselwirkungen ist.
Meine Vermutung und Vorstellung ist, dass
a) die meisten Mutationen sich auf Phänotyp und Fortpflanzungfähigkeit überhaupt nicht auswirken,
b) irgendwann eine einzige weitere Mutation das Faß zum Überlaufen bringt, so dass plötzlich auch alle früheren Mutationen eine Wirkung zeigen. Wobei die Linie dann meist ausstirbt und nur in extrem wenigen Einzelfällen eine verbesserte Version entsteht.

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#15 Re: Simulation von Evolution

Beitrag von Pluto » Mo 5. Jan 2015, 12:05

JackSparrow hat geschrieben:Meine Vermutung und Vorstellung ist, dass
a) die meisten Mutationen sich auf Phänotyp und Fortpflanzungfähigkeit überhaupt nicht auswirken,
b) irgendwann eine einzige weitere Mutation das Faß zum Überlaufen bringt, so dass plötzlich auch alle früheren Mutationen eine Wirkung zeigen. Wobei die Linie dann meist ausstirbt und nur in extrem wenigen Einzelfällen eine verbesserte Version entsteht.
Die Expertenmeinung ist, dass selbst kleinste "Verbesserungen" dem Träger eines positiven Gens einen kleinen Vorteil zukommen lässt, der sich mit der Zeit durchsetzt. Manchmal dauert es einfach etwas länger.
Der Naturalist sagt nichts Abschließendes darüber, was in der Welt ist.

ThomasM
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#16 Re: Simulation von Evolution

Beitrag von ThomasM » Mo 5. Jan 2015, 12:29

Hallo Pluto, hallo Jack

Ihr habt irgendwie nicht genau verstanden, worum es mir geht.
Pluto hat geschrieben: Ein solches Ziel wird man vergeblich suchen, weil es das nicht gibt.
Eine solche Aussage ist nicht korrekt und auch nicht wissenschaftlich. Dass es das Ziel nicht gibt kann man erst feststellen, wenn man mit der Wissenschaft fertig ist - also niemals.

Die korrekte Aussage ist: Ein solches Ziel ist nicht erkennbar.
Doch warum kann man Evolution nur dann erfolgreich simulieren, wenn man mit der Selektionsfunktion arbeitet? Also ein Ziel vorgibt.

Ich habe das Stichwort "spontane Symmetriebrechung" gebracht, vielleicht habt ihr davon noch nicht gehört.
Dies bezeichnet ein Phänomen, bei der bei einer vollkommen symmetrischen Situation ohne äußer Einwirkung ein asymmetrischer Zustand hervorkommt.
Ein Beispiel ist das Magnetfeld, das sich bei einem zunächst unmagnetischem Material ausbildet.
Bei höheren Temperaturen sind die Spins der Atome (die Elementarmagneten) in alle Richtungen ausgerichtet, das Material ist unmagnetisch. Keine Richtung ist hervorgehoben. Die Maxwellschen Gleichungen sind symmetrisch gegen Rotation.
Dann erniedrigt man die Temeratur. Dadurch tendieren die Spins dazu, sich aneinader auszurichten, die Wärme reicht nicht mehr, die Elementarmagneten durcheinander zu wirbeln.
Ab einer kritischen Temperatur wird das Material magnetisch, alle Spins richten sich gleichartig aus. Welche Richtung das sein wird, ist zufällig. Die Rotationssymmetrie ist gebrochen.

Analog stelle ich mir das Zustandekommen des zielgerichteten Selektionsdrucks vor.
Ohne die statistische Kombination der Umweltbedingungen sind alle neutralen genetischen Variationen gleichwertig und verteilt. Der Organismus zeigt keine Eigenschaften in eine von diesen Variationen.
Ändern sich die Umweltbedingungen so, dass effektiv ein Selektionsdruck ausgeübt wird, werden die genetischen Variationen herausgesucht, die sich an diesem Druck ausrichten. Es bildet sich eine einzelne Konfiguration des Organismus heraus, die in der Vielzahl der Möglichkeiten zufällig entsteht, aber den Umweltbedingungen entspricht.

Ich vermute, dass diese Vorstellung dem entspricht, was die ET heutzutage aussagt. Aber ich hätte es gerne durch eine Simulation nachvollzogen.

Gruß
Thomas

P.S.
Da ich den Zufall als Werkzeug Gottes ansehe, ist damit eine göttliche Teleologie natürlich nicht ausgeschlossen. Aber das ist dann keine Wissenschaft mehr.
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#17 Re: Simulation von Evolution

Beitrag von Pluto » Mo 5. Jan 2015, 12:45

ThomasM hat geschrieben:Die korrekte Aussage ist: Ein solches Ziel ist nicht erkennbar.
Auch gut.

ThomasM hat geschrieben:Doch warum kann man Evolution nur dann erfolgreich simulieren, wenn man mit der Selektionsfunktion arbeitet? Also ein Ziel vorgibt.
Könnte es sein, dass du ein falsches Ziel vorgibst, sodass deine Simulation etwas produziert, was nicht der Realität entspricht?
Das Ziel der Evolution ist Anpassung, aber nur mit der verfügbaren Möglichkeiten. Es wird nie Säugetiere geben mit Augen an den Fersen. Sie sind (a) Nutzlos, und (b) zu Störungsanfällig.

Das Ziel ist die Erreichung eines Maximums in der phylogenetisch vorgegebenen "Landschaft" der Entwicklungsmöglichkeiten. Mehr geht nicht. Vielleicht erreicht du deine Simulationserwartungen, in dem du eine solche "Berg-und-Tal" Landschaft in deinem Simulationsprogramm modellierst?

Analog stelle ich mir das Zustandekommen des zielgerichteten Selektionsdrucks vor.
s. oben.
Der Naturalist sagt nichts Abschließendes darüber, was in der Welt ist.

Anton B.
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#18 Re: Simulation von Evolution

Beitrag von Anton B. » Mo 5. Jan 2015, 17:01

ThomasM hat geschrieben:Insofern sind die Selektionsfunktionen an sich nicht verkehrt.
Sie sind nicht nur nicht verkehrt, sie sind doch ein zentrales Element der ET, also notwendig.

ThomasM hat geschrieben:Schaue ich aber in die Natur, dann kann man nicht erkennen, wo denn diese Funktion eigentlich ist. Wo wird das Ziel definiert? Wo ist die funktionelle Darstellung eines solchen Ziels?
Der Fortpflanzungserfolg?

ThomasM hat geschrieben:Trotzdem wird sie gerade von Evolutionsbiologen in ihrer Sprache ausgedrückt (Die Art entwickelte ... um mit den Umweltbedingungen ... umgehen zu können). Das mag eine sprachliche Fehlleistung sein, macht aber klar, dass das Zieldenken inhärent in der Evolution verknüpft ist.
Natürlich ist der Fortpflanzungserfolg ein Ziel. Es ist aber nicht mit teleologischen Zielen wie der Vorstellung eines bestimmten Organismus aus einem höheren "geistigen" Ziel heraus zu vergleichen.

Pluto hat den bekannten Ansatz schon aufgezeigt: Der Anpassungs-"Ortsraum" wird durch eine mehrdimensionale Topologie (im 3-dimensionalen als Gebirge vorstellbar) dargestellt. Das ist die existierende Umwelt. Die Eigenschaften des Organismus projeziert ihn in diese Topologie. Änderungen in den Eigenschaften des Organismus versetzen ihn an einen anderen Ort dieser Topologie. die Selektionsfunktion misst die neue Anpassung gegenüber der alten (das Delta der Normalen alt und neu) und lässt innerhalb einer implementierten Unsicherheit den neuen Organismus überleben oder nicht.

Das ist eine Basisimplementation von heuristischen Optimierungen.

ThomasM hat geschrieben:Die Gretchenfrage ist aber: Wie komplex muss eine Simulation sein, um die kooperativen Phänomene zu zeigen?
In der Basisimplementation ist die Anpassungslandschaft statisch vorgegeben. In der natürlichen Umwelt ändern nicht nur andere Einflüsse, darunter auch andere Organismen, die Umwelt ständig, selbst der eigentlich zu beobachtende Organismus trägt zur Veränderung seiner Umwelt bei. Du müsstest mehrere Organismen gleichzeitig im Spiel halten (was Deine Implementation ja tut) und alle diese Organismen müssten ausgehend von dem Basisansatz rekursiv auf die Topologie selber einwirken. Eigentlich müsste jeder Organismus über seine eigene Topologie verfügen, die anders als die anderer Organismen, präzise gesagt aller anderen Individuen ist, und auf die aber alle anderen Individuen rückwirken.

Das scheint mir sehr komplex.
Die Eiche "ist" - sie steht da - mit oder ohne Wildschweine.

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#19 Re: Simulation von Evolution

Beitrag von ThomasM » Mo 5. Jan 2015, 17:16

Anton B. hat geschrieben:
ThomasM hat geschrieben:Insofern sind die Selektionsfunktionen an sich nicht verkehrt.
Sie sind nicht nur nicht verkehrt, sie sind doch ein zentrales Element der ET, also notwendig.
Nein, nein.
Nicht die Selektionsfunktion ist Teil der ET, die Selektion ist es.
Die Selektionsfunktion ist ein Hilfsmittel der Simulation

Anton B. hat geschrieben:
ThomasM hat geschrieben:Schaue ich aber in die Natur, dann kann man nicht erkennen, wo denn diese Funktion eigentlich ist. Wo wird das Ziel definiert? Wo ist die funktionelle Darstellung eines solchen Ziels?
Der Fortpflanzungserfolg?
Du sagst es, das ist das einzige und das einzig erkennbare Ziel der ET.
Doch wie und unter welchen Umständen entsteht dann daraus die Vielfalt des Lebens?

Als Nebenthema sehe ich noch ein weiteres "Fine Tuning Paradoxon".
Aus der Physik ist bekannt, dass die Naturkonstanten extrem fein aufeinander abgestimmt sein müssen, damit überhaupt die Chance darauf besteht, dass Leben entsteht. Das führt bekanntermaßen auf Glaubenssätze wie Multiversen, damit das anthropologische Prinzip anwendbar wird.

Die Situation wird noch verschärft, wenn man bedenkt, dass die Vielfalt des Lebens darin besteht, dass es für eine gegebene Umweltsituation eine Vielzahl von Überlebensfähigen Organismen gibt, die auch von der Zufallssuche Mutation und Selektion gefunden werden.
Meine Vermutung ist, dass das nur möglich ist, weil die Naturkonstanten die Ausbildung einer so unglaublich vielfältigen Proteinfunktionalität erlauben, was wiederum eine Folge der geringen Energielevel Unterschiede bei komplexen Molekülen ist.
Aber beweisen kann ich die Vermutung nicht, weil die Landschaft zu komplex ist, um klare Verbindungen zu ziehen.

Gruß
Thomas
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#20 Re: Simulation von Evolution

Beitrag von Pluto » Mo 5. Jan 2015, 18:38

ThomasM hat geschrieben:Du sagst es, das ist das einzige und das einzig erkennbare Ziel der ET.
Ja. Alles hängt am Fortpflanzungserfolg.
Aber vielleicht sollte man stattdessen den Ausbreitungsgrad eines Gens innerhalb einer Fruppe (Population) verwenden. Ein Gen setzt sich in einer Gruppe durch, wenn die mit ihm verbundenen phylogenetischen Merkmale vorteilhaft sind.

Doch wie und unter welchen Umständen entsteht dann daraus die Vielfalt des Lebens?[/quote] Die Vielfalt des Lebens entsteht durch diverse Mechanismen wie bspw. die Inselbildung (eine Gruppe wird isoliert) oder die sexuelle Selektion (durch Vorlieben des Partners). Selbst kleinste Umweltveränderungen können Arten zwingen neue Lebensräume zu suchen, um ihre phylogenetischen Merkmale anzupassen. Schließlich wird Artenbildung durch die genetische Vielfalt erst ermöglicht.

ThomasM hat geschrieben:Als Nebenthema sehe ich noch ein weiteres "Fine Tuning Paradoxon".
Ich verstehe nicht, warum das anthropische Prinzip etwas mit den Prinzipien des Evolutionprozesses zu tun hat.
Wären die Umweltbedingungen durch das "Fine Tuning" anders, hätte sich das Leben anders oder vielleicht gar nicht entwickelt. Ein anderer Einfluss ist für mich nicht erkennbar.


PS:
Die Mär vom Darwinismus als rassistische These ist übrigens allein schon durch die Vielfalt widerlegt.
"Reinrassigkeit" ist in der Evolution kein erstrebenswertes Ziel. Im Gegenteil, die Stärke des evolutionären Gedankens liegt gerade in der genetischen Vielfalt der Organismen, die unweigerlich zu der beobachteten Variabilität der Arten führte.
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