Peter Schuster
Peter Schuster | 12. Juli 2012

Unzähmbare Neugier, Innovation, Entdeckung und Bastelei

Sind wir dazu verdammt auf dem Weg einer immerzu steigenden Komplexität unserer Welt fortzuschreiten? Unsere Neugier treibt uns an Unbekanntes zu erforschen, Neues zu entdecken und Innovation auf der Basis des bereits Etablierten zu suchen. Während die technologische Entwicklung auf der Entdeckung neuer Komponenten ebenso wie auf Innovation (das heißt, einer Verknüpfung bereits etablierter Bausteine zu neuen Objekten) beruht, bedient sich die biologische Evolution praktisch ausschließlich der Innovation, verknüpft bastelnd vorhandene Bausteine und gelangt so zu einer immer höheren Komplexität ihrer Schöpfungen.

Peter Schuster für den Science-Blog

Ein Trapper des achtzehnten Jahrhunderts benötigte eine Schachtel Zündhölzer, ein Gewehr und ein Messer, vielleicht noch ein Zelt und ein Kanu oder einen Hundeschlitten, um in der Wildnis zu überleben. Heute würde sich in derselben Situation praktisch jeder von uns unbehaglich fühlen, hätte er nicht zusätzlich auch noch GPS, ein Handy mit Internet Zugang, eine Erste-Hilfe Schachtel mit zumindest Aspirin, einem Antibiotikum und einem Serum gegen Schlangenbisse und eine Reihe weiterer Utensilien mit dabei. Im Vergleich zur langen Geschichte des Menschen ist seit den glorreichen Tagen des Trappers nur eine winzige Zeitspanne vergangen, die Komplexität des Lebens hat seitdem aber zweifellos enorm zugenommen.

Wie wird sich die  Komplexität des Lebens weiter entwickeln?

Dieser Artikel versucht dazu Aussagen aus drei verschiedenen Quellen zu kombinieren. Diese stammen: (i) aus dem Buch „Unersättliche Neugier. Innovation in einer fragilen Zukunft“ der österreichischen Soziologin und Wissenschaftsforscherin Helga Nowotny (1), (ii) aus einem Artikel des in den USA lebenden irischen Ökonomen Brian Arthur und des Informatikers Wolfgang Polak, die ein einfaches Computer-Modell zur Evolution der Technologie entwickelt haben (2) und (iii) aus dem Konzept des französischen Genetikers und Nobelpreisträgers Francois Jacob über „Evolution and  Tinkering“ (Evolution und Herumbasteln) (3), das kürzlich von Wissenschaftern wiederaufgenommen wurde.

Wie Helga Nowotny die Zukunft sieht

Das Buch von Helga Nowotny (1), aus dessen Titel der Begriff der unersättlichen Neugier – variiert in unbezähmbare Neugier - übernommen wurde, zeichnet ein ziemlich unsicheres Bild der Zukunft, das man leicht modifiziert mit den folgenden Sätzen umreißen kann:

  • Naturwissenschafter und die Naturwissenschaft ganz allgemein sind von Neugier getrieben, Neugier ist ein nicht zu befriedigender Trieb, der zur Innovation führt.
  • Erfolg und Fortschritt in den Naturwissenschaften werden in Termen ihres Innovationspotentials gemessen. Die Zunahme an Innovationen treibt die westliche Welt und - auf Grund der Globalisierung- die gesamte Welt in eine fragile Zukunft, die voll von Risiken und Gefahren ist.
  • Zukunftsängste, die sich von den all zu raschen Veränderungen innerhalb der letzten Jahrzehnte herleiten, lassen unsere Gesellschaften am wissenschaftlichen Fortschritt zweifeln, hin- und hergerissen zwischen hoffnungsvoller Akzeptanz und heftigster Ablehnung der Neuerungen.

Auch, wenn man in dem Gesagten den unausgesprochenen Wunsch Nowotnys zu spüren vermeint, diese ganze unheilbringende Entwicklung anhalten zu wollen, akzeptiert sie den Innovationsprozeß als unvermeidbar, plädiert aber für eine neue Synthese, die Naturwissenschaften,  Technologie und Humanwissenschaften vereint. Wenn sie in dieser Synthese nun ein kulturelles und moralisches Filter für Neuerungsprozesse vorschlägt, die unsere kollektive Zukunft betreffen, so sollte bedacht werden, daß der naturwissenschaftlich-technologische Wissensstand (eines Großteils) der heutigen Kulturwissenschafter diese wohl kaum dazu befähigt um über Sinn und Bedeutung von Innovationsprozessen ein Urteil abzugeben.

Läßt sich unersättliche Neugier durch kulturelle und moralische Filter überhaupt zähmen? Vielleicht in einigen (wenigen) Gesellschaften, sicherlich nicht auf globaler Ebene. Hier wäre dazu anzumerken, daß wir die Neugier ja von unseren Vorgängern, den Primaten und ganz generell von den Säugetieren, geerbt haben und, daß diese – ebenso wie Innovation oder Fortschritt – a priori weder als gut noch als schlecht zu bewerten ist.  In anderen Worten: Neugier ist ein genetisch vererbtes Merkmal und keine moralische Kategorie.

Ein Computer-Modell zur Evolution der Technologie

Der Artikel von Arthur und Polak (2) führt ein Computer-Modell der kombinatorischen Evolution ein, welches die Entwicklung der Technologie-Welt recht gut abbildet. Die Grundlage des Modells ist, daß neue Objekte hergestellt werden durch die Kombination von Modulen aus einer Kollektion einfacherer Hilfsmittel. Ein Weiterverbinden von bereits kombinierten Einheiten zu neuen Kombinationen erlaubt so eine praktisch unendliche Zahl an Objekten mit steigender Komplexität zu entwerfen. Dabei führt auch ein wahlloses Kombinieren von einfachen logischen Elementen zu erstaunlich komplexen logischen Operatoren – und dies geschieht in einem Prozeß evolutionärer Selbst-Organisation ohne Eingriff von außen. Wenn auf diese Variation durch Kombination von Kombinationen nun auch noch Selektion durch Ökonomie und Gesellschaft erfolgt, entsteht ein plausibles Modell für die Entwicklung von Technologien.

In diesem Zusammenhang ist erwähnenswert, daß bereits Jaques Monod die Evolution von Technologien als einen Fall von Darwin’scher Selektion ansah und sogar als ein besseres Beispiel als die in der Biologie erfolgende Selektion.

Eine sehr attraktive Eigenschaft dieses kombinatorischen Evolutions-Modells  ist es, daß Technologien wie in der realen Welt beschränkte Lebensdauern haben und ihr Ersatz den gut bekannten Regeln der selbst-organisierten Kritikalität folgt: Viele kleine Änderungen stehen dabei einigen großen Änderungen gegenüber und die Verteilung dieser Ereignisse folgen einer Exponentialfunktion, wie man sie auch für so unterschiedliche Phänomene wie den Abgang von Lawinen, die Stärke von Erdbeben, das Aussterben von Spezies in der Paläontologie oder das allometrisches Skalieren gefunden hat.

Infolge der vielfachen Verwendung derselben Bausteine ergeben sich wechselseitige Abhängigkeiten und führen dazu, daß große Gruppen von Objekten gleichzeitig nutzlos werden, wenn ein Schlüssel-Baustein durch eine neue Technologie ersetzt wird. Daraus resultieren „Lawinen des Ersatzes“, wie sie schon von Josef Schumpeter diskutiert und als „Sturm der Zerstörung“ charakterisiert wurden. Dazu gibt es sehr viele Beispiele, unter anderem in der Beleuchtungstechnik, wo die Pechfackel durch die Kerze ersetzt wurde, die Kerze durch den Glühstrumpf und schließlich durch die Glühlampe. In der Elektronik wurden die Röhren nahezu vollständig durch Transistoren ersetzt. Die Einführung einer neuen Technologie führt meistens auch dazu, daß die Größe eines  Gerätes, einer Anlage reduziert wird und manchmal auch – zumindest teilweise – deren Komplexität. Ein klares diesbezügliches Beispiel zeigt der Vergleich von mechanischen Rechenmaschinen, den riesigen voll mit Röhren ausgestatteten ersten Computern und den modernen Computern auf Basis der Silizium-Technologie.

Biologische Evolution durch Herumbasteln

Ein dritter, nicht weniger wichtiger Stein, der in das Puzzle der Innovation paßt, kommt aus der Biologie. Die Molekulargenetik und insbesondere die Genom-Forschung haben zahlreiche überzeugende Hinweise geliefert, daß biologische Evolution und Entwicklung als Folge eines Herumbastelns aber nicht auf Grund eines rationalen Designs erfolgen. Die Natur verhält sich nicht wie ein Ingenieur, sie geht nicht von einer Planung aus, sondern baut Neues in der Weise, daß sie Teile aus einem bereits bestehenden und rasch verfügbaren Repertoire von Bausteinen kombiniert.

Die über die letzten dreißig Jahre gesammelten molekularen Daten haben zu völlig neuen Einsichten in der evolutionären Entwicklungsbiologie („evo-devo“) geführt. Das genetische Regulationssystem eines Organismus stellt sich als ein äußerst komplexes Netzwerk dar, in dem Genprodukte jeweils mehrere Funktionen erfüllen können, das bedeutet, daß ein- und dasselbe Molekül für verschiedene Zwecke in der Zelle, im Organismus eingesetzt wird. Neue Bauweisen von Körpern, neue phänotypische Anlagen entstehen nicht durch neue Moleküle, sondern durch die Wiederverwendung vorhandener Moleküle in verschiedenen neuen Kombinationen.

Zahlreiche Verwendungszwecke einzelner Bausteine, anders als im Fall der Technologien, schaffen Netzwerke steigender Komplexität und erfordern immer kompliziertere Mittel der Regulation. Die besten indirekten Hinweise auf das Basteln der biologischen Evolution sind unsere enormen Schwierigkeiten die molekularen Maschinen der Natur zu durchschauen -- die Evolution hat sie ausschließlich so entwickelt, dass sie funktionieren, und nicht, dass wir ihre Funktionsweise verstehen können.

Biologische Evolution versus technologische Evolution

Es besteht ein wesentlicher Unterschied zwischen biologischer und technologischer Evolution:

Sind Lösungen von Problemen einmal etabliert, so werden sie in der Biologie praktisch nie ersetzt. Unsere Zellen nutzen noch dieselben Synthesemaschinen für die Produktion von Biopolymeren wie der letzte gemeinsame Vorfahre allen terrestrischen Lebens (Es wird angenommen, daß dieser hypothetische einzellige Organismus ein Abkömmling  der ersten lebenden Zelle , der sogenannten Progenote ist) . Der Innenraum heutiger Zellen, insbesondere das Cytosol spiegelt das Milieu der „Ursuppe“ bezüglich des Sauerstoffdrucks und des Verhältnisses der Kationen von Natrium zu Kalium und Calcium zu Magnesium viel besser wieder, als das Milieu heutiger Ozeane. Die Entwicklung des Auges von Wirbeltieren, Insekten und Mollusken folgt genetisch verfolgbaren, phylogenetischen Routen, die sich von einer einzigen genetisch regulatorischen Einrichtung und vermutlich von einem einzigen frühen lichtempfindlichen Pigment herleiten.

Es könnten noch sehr viele weitere Beispiele angeführt werden für das Prinzip der Natur eines „Aufbauen auf dem Vergangenen“. Anders als in der Evolution von Technologien, wurde die Maschinerie, welche die Entwicklung zu höherer Komplexität treibt, niemals durch die Einführung einfacherer, auf neuen Technologien  basierender Mittel zurückgefahren. Die Folgen sind ein unerhört komplexes System der genetischen Regulation, der Signalübertragung, des zellulären Metabolismus. Eben dieses unglaublich verwobene Netzwerk ist es, was Zellen und Organismen  so schwer verständlich erscheinen läßt.

Entdeckung ist nicht gleich Innovation

Es erscheint hier angebracht den Unterschied zwischen den Begriffen Entdeckung und Innovation klar zu stellen.

Eine Entdeckung führt etwas vollkommen Neues in ein bestehendes System ein. Beispielsweise war dies der Halbleiter in der modernen technologischen Entwicklung oder die Entdeckungen der Natur  in der Phase der präbiotischen Evolution, wie die Proteinfaltung der alpha-Helix oder die DNA-Doppelhelix.

Innovation kann dagegen als Kombination bereits bestehender Elemente in einem neuen Zusammenhang verstanden werden. Die beiden oben erwähnten Publikationen behandeln derartige Innovationen.

Entsprechend diesen Definitionen  stellt die technologische Entwicklung eine Mischung von beiden, Entdeckung und Innovation dar: Entdeckungen führen neue Technologien ein und ermöglichen die Entwicklung von  Einrichtungen von Grund auf, wohingegen Innovation die Konstruktion komplexer Einrichtungen  mit Hilfe der kombinatorischen Evolution bewerkstelligt. Dagegen sind in der Evolution der Natur Entdeckungen offensichtlich auf die frühen Phasen der Entwicklung beschränkt – auf die Schaffung neuer hierarchischer Ebenen von Komplexität, die auch als „Perioden großer Übergänge“ bezeichnet werden. Der Rest scheint ein Herumbasteln mittels neuen Kombination zu sein.

Unersättliche Neugier: nach dem Unbekannten forschen, Innovation suchen und Herumbasteln

Schließlich sollten wir eine Synthese der drei unterschiedlichen Begriffe: Entdeckung, Innovation und Bastelei versuchen und über den Ursprung und die Konsequenz der unbezähmbaren Neugier nachzudenken.

Nach dem Unbekannten zu forschen und Innovation zu suchen, scheint eine Anlage zu sein, die wir in unterschiedlichem Ausmaß mit allen Säugetieren teilen und die möglicherweise ein Ergebnis der Evolution des Gehirns ist. Ich meine dazu, daß Neugier einen Selektions-Vorteil dar stellt, zumindest solange als dabei nicht ein Großteil der Bevölkerung infolge eines unkontrollierten Fortschreitens in gefährliches Terrain zugrunde geht. Die Vermeidung der Eigenschaften, die zu derartig fatalen Ergebnissen führen können, wird offensichtlich durch die Erziehung der Nachkommenschaft bewirkt, durch Eltern, die ihre Jungen eines zu neugierigen Forschens entwöhnen.

Ein Herumbasteln, das zur Innovation führt, steigert die Komplexität, da sie Module zu Netzwerken mit auf allen Ebenen stattfindenden Wechselbeziehungen kombiniert. In der technologischen Evolution läßt sich die „Uhr der Komplexität“ zurückdrehen, wenn Elemente einer neuen Technologie entdeckt werden. In der Natur erscheint dies äußerst schwierig, wenn nicht überhaupt unmöglich zu sein. Soweit die Biologie betrachtet wird, bedeutet eine Reduktion der Komplexität  ein Aussterben ganzer  Stämme von Lebewesen, denn nur dann kann die Evolution an einer weniger komplexen Wurzel wieder starten.

Sind wir also – wie im Titel gefragt - dazu verdammt auf dem Weg einer weiter und weiter steigenden Komplexität fortzuschreiten?

Wenn die Evolution der humanen Spezies als Ganzes mehr einer biologischen Evolution entspricht, dann können wir dem Wettlauf nicht entkommen, daß immer komplexere Gesellschaften gebildet werden, mit immer steigendem bürokratischen Mehraufwand.

Wenn sich Gesellschaften allerdings eher nach den Mechanismen der technologischen Evolution entwickelten, dann könnte es gelingen durch neue Qualitäten in den zwischenmenschlichen Beziehungen die „Uhr der Komplexität“ zurückzudrehen. Diese optimistische Sicht wird allerdings durch die Realität Lügen gestraft: Hypertrophe staatliche Verwaltungen haben sich noch nie von selbst zu einfacheren Strukturen zurückentwickelt, sie wurden vielmehr nur durch einen Zusammenbruch des Gemeinwesens beseitigt -- Beispiele dafür gibt es von der Antike bis in die jüngste Zeit.

Unbezähmbare Neugier, die den Menschen antreibt nach dem Unbekannten zu forschen und dabei über seine Grenzen hinauszugehen? Freie Interpretation des „Holzstichs des Flammarion“ (unbekannter Künstler aus Camille Flammarion, L'Atmosphere: Météorologie Populaire, Paris, 1888; Quelle: Wikipedia)

[1]   Nowotny, H. Unersättliche Neugier. Innovation in einer fragilen Zukunft. Kulturverlag Kadmos. Berlin 2005. In German. See also H: S. Markl. Fear of the future. Will scientific innovation bring progress and benefits, or just risks and dangers? Nature 437:319-320, 2005.

[2]   Arthur, W.B., Polak, W. The evolution of technology within a simple computer model. Complexity 11/5:pp-pp, 2006. See also W. Brian Arthur, The Nature of Technology: What it Is and How it Evolves. The Free Press, a division of Simon and Schuster, New York 2009.

[3]   Jacob, F. The possible and the actual. Pantheon Books, New York, 1982. See also: Evolution and tinkering. Science 196:1161-1166, 1977.

 

Weiterführende links:

Die unter (1) – (3) zitierte Literatur kann auf Anfrage vom Autor erhalten werden.


Zu Helga Nowotny (derzeit Präsidentin des European Research Council):
Wem dient die Forschung? Ein rund 54 min. langes Interview mit Helga Nowotny; in  den letzten 15 min. antwortet sie auch zu den im Artikel aufgeworfenen Fragen.  (54:44 min).

Wissen macht unwissend: über die Thematik von Unersättliche Neugier. Innovation in einer fragilen Zukunft . 

Der Autor

Peter Schuster wird hier vorgestellt.