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Künstliches Leben - eine kurze Einführung
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Vorgeschichte
Leben wird seit Menschengedenken mit einer göttlichen Macht in Verbindung
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man, der Besitz von Lebenskraft, der "vis vitalis". Diese Lebenskraft
stammte von Gott.
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Man versuche schon immer, das göttliche Phänomen des Lebens nachzuahmen.
Bereits in der griechischen Mythologie wird von Versuchen erzählt, Kreaturen
künstlich zu schaffen, laut einer jüdischen Fabel erschuf ein Rabbi
aus einem Lehmklumpen einen Golem. Ein klassisches Beispiel für den Versuch
des Menschen, Gott zu spielen, ist Mary Shelleys berühmter Roman "Frankenstein".
In der Neuzeit mit ihrem rasanten technischen Fortschritt wird nun immer mehr
versucht, künstliches Leben zu schaffen. Ein frühes Beispiel dafür
ist die Turmuhr von Bern, die ca. 1530 gebaut wurde. Zu jeder vollen Stunde
marschieren lebensecht animierte Figuren um einen zufrieden nickenden Uhrenkönig.
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Jaques de Vaucanson konstruierte 1738 eine künstliche Ente, die trinken,
fressen, quaken, im Wasser planschen und sogar ihr Futter verdauen konnte.
Den ersten Schritt in Richtung Künstliches Leben vollzog der Mathematiker
Alan Turing in einem Gedankenexperiment, der "Finite State Machine".
Es handelt sich dabei um eine Art Tonbandgerät das nach bestimmten Regeln
Aufgaben abwickelt. Turing gelang es später, mathematisch zu beweisen,
dass seine Maschine einen universellen Computer darstellte, mit dem man (wenn
man genügend Zeit zur Verfügung hat) jede beliebige Maschine nachahmen
konnte, deren Verhalten in allen Einzelheiten beschrieben werden konnte. Er
stellte außerdem die Hypothese auf, dass dies nicht nur für Maschinen,
sondern auch für die Natur gelte.
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Das kinematische Modell
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Als geistiger Vater von künstlichen Leben gilt John von Neumann. Angespornt
von der Turing Maschine entwarf er einen Lebensautomaten, das "kinematische
Modell". Von Neumann stattete den Automaten mit dem wichtigsten Kriterium
des Lebens aus: Der Selbstreproduktion.
Von Neumann hatte erkannt, dass eine wichtige Vorraussetzung des Lebens das
Vorhandensein und die Weitergabe von Informationen darstellte. Deshalb hatte
sein Modell auch eine Art DNA, Informationen auf einen Datenträgerband
gespeichert. Und das, obwohl das kinematische Modell Jahre vor der Entdeckung
des DNA-Moleküls entworfen wurde. Durch Fehler beim Kopieren von Informationen
bei der Reproduktion konnte es auch bei dem kinematischen Modell durchaus zu
Mutationen kommen.
Allerdings gab es bei diesem Modell einen ernüchternden Kritikpunkt: Zu
viele offene Fragen, die Gleichung hatte zu viele unbekannte. Auch wenn von
Neumann die logischen Vorraussetzungen zur Lösung des Problems lösen
hatte können, die Technologie zur Umsetzung seiner Idee würde auch
Jahrzehnte später nicht realisiert sein.
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Zellulare Automaten
Als John von Neumann erkannte, dass es in absehbarer Zeit unmöglich war,
das kinematische Modell in die Wirklichkeit umzusetzen, versuchte er, das Modell
in eine realisierbare Form zu bringen. Aufgrund von Vorschlägen seines
Freundes, des Mathematikers Stanslaw Ulam, übertrug er das Kinematische
Modell in eine Umgebung, die nur auf Gesetzen der Logik beruhte. Das neue Universum
bestand aus einem riesigen, zweidimensionalen Gitter, dessen Felder 29 Zustände
annehmen konnten, die einem bestimmten Regelwerk folgten. Jede Zelle fungierte
also als Finite State Machine. Leider konnte von Neumann seinen Entwurf nicht
mehr fertig stellen, da er 1954 unheilbar an Krebs erkrankte und bald darauf
starb.
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In den späten sechziger Jahren griff der Mathematiker John Horton Conway
die Idee vom zellularen Automaten wieder auf und entwickelte "Life".
Dies ist eine vereinfachte Version des Vorschlags von von Neumann. Bei "Life"
hat jede Zelle nur zwei Zustände: schwarz oder weiß, lebendig oder
tot. Jede Zelle folgt sehr einfachen Regeln:
- Sie überlebt den nächsten Taktzyklus, wenn zwei oder drei ihrer
Nachbarn leben.
- Sie stirbt, wenn es mehr oder weniger sind.
- Sie kann wiedergeboren werden, wenn sie genau drei lebendige Nachbarn hat.
Aufgrund dieser Regeln bildeten sich einige Konstellationen, die immer wieder
auftraten, z.B.: den "Gleiter", der sich alle vier Taktzyklen um
ein Feld weiter bewegte. "Life" war am Boden eines Büros in Cambridge
gestartet worden. Das es allerdings bald enorme Ausmaße erreichte, kam
man auf die Idee, es auf dem Computer umzusetzen. Diese hatten damals gerade
genügend Rechnerkapazitäten, um "Life" laufen zu lassen.
Einen anderen Zellularautomaten entwarf zu Beginn der achtziger Jahre der Wissenschaftler
Stephen Wolfram. Seine eindimensionaler Automat bestand aus einer Zeile mit
Zellen. Jeden neuen Zyklus wurde eine neue Zeile mit Zellen darunter gelegt.
Die neuen Zellen nahmen dabei, abhängig von den drei darüber liegenden,
auch den Zustand lebendig oder tot an.
Am Beginn der achtziger Jahre griff auch Christopher Gale Langton die Idee der
zellularen Automaten auf. Er erschuf jedoch wesentlich komplexere Systeme (bei
einem seiner ersten Modell konnte eine Zelle acht Zustände annehmen). Er
zählt, neben von Neumann, zu den wichtigsten Wissenschaftlern im Bereich
künstliches Leben.
Quelle: Fachbereichsarbeit von Daniel Sperl (komplette Arbeit hier)
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