Entscheidungen auf engstem Raum

Ob morgens beim Bäcker angesichts der verschiedenen Brötchensorten, als Autofahrer bei der Wahl der Fahrtrichtung oder bei der Frage, mit welchem Hausmittel sich der Erkältung am besten beikommen lässt: Menschen stehen immer wieder vor der Notwendigkeit, sich entscheiden zu müssen. Entscheidungen werden aber nicht nur von ihnen getroffen.
12.05.2017, 00:00
Lesedauer: 6 Min
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Entscheidungen auf engstem Raum
Von Jürgen Wendler
Entscheidungen auf engstem Raum

Der Schleimpilz Physarum polycephalum besteht aus einer Zelle; seine Adern bilden ein Netzwerk. Aus der Art, wie dies geschieht, lässt sich nach Ansicht von Biophysikern einiges über Entscheidungen lernen.

Uni Bremen

Ob morgens beim Bäcker angesichts der verschiedenen Brötchensorten, als Autofahrer bei der Wahl der Fahrtrichtung oder bei der Frage, mit welchem Hausmittel sich der Erkältung am besten beikommen lässt: Menschen stehen immer wieder vor der Notwendigkeit, sich entscheiden zu müssen. Entscheidungen werden aber nicht nur von ihnen getroffen. Auch Tiere entscheiden sich für bestimmte Verhaltensweisen – und selbst einzellige Schleimpilze. Besondere Faszination übt auf viele Forscher seit einigen Jahren ein Schleimpilz mit dem wissenschaftlichen Namen Physarum polycephalum aus. Manche Wissenschaftler sind überzeugt, dass er Modellcharakter besitzt, dass sich mit seiner Hilfe grundlegende, auf andere Lebewesen übertragbare Erkenntnisse darüber gewinnen lassen, wie Entscheidungen getroffen werden. Professor Hans-Günther Döbereiner vom Institut für Biophysik der Universität Bremen beschäftigt sich bereits seit einigen Jahren mit diesem Schleimpilz. Gemeinsam mit der Philosophie-Professorin Dagmar Borchers und dem Physik-Professor Stefan Bornholdt organisiert er eine Vorlesungsreihe, bei der das Thema Entscheiden aus unterschiedlichen Blickwinkeln betrachtet wird.

Bei biologischen Zellen denken Menschen in der Regel an Gebilde, die sich unter dem Mikroskop, nicht aber mit bloßem Auge erkennen lassen. Ganz anders verhält es sich jedoch beim Schleimpilz Physarum polycephalum. Wenn er in einer Petrischale wächst, kann es passieren, dass der Betrachter ein über einige Zentimeter ausgedehntes Netzwerk vor Augen hat, das an ein Straßennetz, an einen im Mündungsbereich vielfach verzweigten Fluss, an ein Adernetz oder zahlreiche verknüpfte Nervenzellen im Gehirn erinnert. Tatsächlich aber handelt es sich bei dem Gebilde um eine einzelne Zelle mit vielen Adern. Diese sind mit Zellflüssigkeit gefüllt und oszillieren, wie der Doktorand Adrian Fessel aus Döbereiners Arbeitsgruppe erläutert. Die Kontraktionen der Adern, die an die von Muskeln erinnern, treiben die Zellflüssigkeit an. Fessel sieht sich an, wie sich die Netzwerkstruktur verändert und was dabei an den Knotenpunkten geschieht.

Als Physiker hat sich Döbereiner anfangs mit toter Materie befasst. Die lebende Materie gewann in seiner wissenschaftlichen Arbeit erst nach und nach an Bedeutung. „Mich haben die Verformungen fasziniert“, sagt er über den Beginn seiner Beschäftigung mit Schleimpilzen vor einigen Jahren. Netzwerke sind aus vielen Gründen ein bereits seit längerer Zeit stark beachtetes Forschungsgebiet. Eine Rolle spielen sie zum Beispiel auch bei der Verbreitung von Krankheitserregern. „Man steckt sich auf Bahnhöfen oder Flughäfen an“, erklärt Döbereiner und drückt damit aus, dass bestimmte Knotenpunkte besonders wichtig sind. Die Biophysik ist ein Forschungsbereich, der in den vergangenen Jahrzehnten immer wichtiger geworden ist – und das nicht nur, weil die Erkenntnisse über physikalische Gesetze und die Anwendung von physikalischen Methoden helfen, biologische Systeme besser zu verstehen. Wissenschaftler stoßen bei der lebenden Materie auch auf physikalische Phänomene, denen sie bei der toten nicht begegnen.

Menschen gehen ähnlich vor

In der Physik spielt der Begriff Universalität eine wichtige Rolle. Dahinter steht die Vorstellung, dass unterschiedliche Systeme sich gleich verhalten können, obwohl sie sich in Details unterscheiden. Untersucht wurde dieses Phänomen bei Phasenübergängen, das heißt beispielsweise in Situationen wie der, in der aus flüssigem Wasser Wasserdampf wird. Der Ausdruck Phasenübergang bezeichnet unter anderem Wechsel zwischen festen, flüssigen und gasförmigen Zuständen von Stoffen. Nach den Worten von Döbereiner lässt sich ein Phasenübergang mit einer Entscheidung vergleichen. Was hinter dieser Aussage steckt, zeigt sich beim Blick auf das Verhalten von Lebewesen. Wenn sich ihr Verhalten aufgrund einer Entscheidung verändert, markiert diese einen Übergang. Wie der Physiker erklärt, gibt es durchaus Ähnlichkeiten in der Art, in der Schleimpilze und Menschen entscheiden. Mit anderen Worten: Zwei verschiedene Systeme zeigen trotz aller Unterschiede ähnliche Muster in ihrem Entscheidungsverhalten.

Weil Schleimpilze über kein Nervensystem verfügen und deshalb auch nicht zu geistigen Leistungen fähig sind, wie sie der Mensch vollbringt, erscheint der Vergleich auf den ersten Blick absurd. Warum er es nicht ist, lässt sich erahnen, wenn man sich bewusst macht, dass Menschen häufig sehr schnell entscheiden müssen. Oft fehlt es schlichtweg an Zeit und Wissen, um überlegte Entscheidungen zu treffen. Wie vielschichtig das Thema ist, hat neben anderen auch der Soziologie-Professor Uwe Schimank von der Universität Bremen verdeutlicht, unter anderem in einem viel beachteten Buch mit dem Titel „Die Entscheidungsgesellschaft".

Zu den wissenschaftlichen Einrichtungen, deren Mitarbeiter sich schon sehr lange intensiv mit der Frage nach dem Entscheidungsverhalten beschäftigen, gehört das Max-Planck-Institut für Bildungsforschung in Berlin. Dessen Direktor Professor Gerd Gigerenzer hat in den vergangenen Jahren unter anderem ein Buch über Bauchentscheidungen veröffentlicht, in dem er deutlich macht, dass auch schnelle Entscheidungen aus dem Bauch beziehungsweise dem Gefühl heraus genau richtig sein können.

Eine weiterführende Studie hat gezeigt, dass es vom Entscheidungsbereich abhängt, wie sich Menschen in bestimmten Situationen verhalten. Eine große Rolle spielt dabei, wie sie ihre eigene Kompetenz in diesem Bereich einschätzen. Das heißt: Wenn sich ein bestimmter Mensch nicht als einen Experten ansieht, entscheidet er lieber auf der Grundlage von Überlegungen. Hat er dagegen viel Erfahrung auf einem Gebiet, vertraut er eher seinem Bauchgefühl. Beim Thema Kleidung – um ein Beispiel zu nennen – haben Menschen viel Erfahrung. Deshalb entscheiden sie sich bei der Wahl eines Kleidungsstücks eher intuitiv. Anders sieht es beispielsweise dann aus, wenn bei einem gesundheitlichen Problem zwischen unterschiedlichen Therapieansätzen gewählt werden muss.

Wie Döbereiner erklärt, trifft auch ein hoch entwickeltes Lebewesen wie der Mensch Entscheidungen häufig auf sehr einfache Weise, nämlich zum Beispiel aufgrund einer bestimmten früheren Erfahrung. Um zu veranschaulichen, wie aus vielen aufeinanderfolgenden einfachen Entscheidungen ein Endergebnis entsteht, verwenden Wissenschaftler das Bild eines Baums, des sogenannten Entscheidungsbaums. Dieser weist Verzweigungen auf, das heißt Knotenpunkte, an denen zwischen zwei Alternativen gewählt wird. Solche Knotenpunkte enthält auch das Netzwerk, das der Schleimpilz Physarum polycephalum bildet.

Effiziente Nahrungssuche

Wie Forscher festgestellt haben, bewegt sich das Netzwerk in Richtung von Nahrungsquellen. In der Natur besiedelt der Schleimpilz verrottendes Holz; bei Versuchen im Labor erhält er als Nahrung Zucker. Zu den verblüffenden Eigenschaften dieses Lebewesens gehört das hohe Maß an Effizienz, das es auf dem Weg zu Nahrungsquellen beweist. In einem Labyrinth findet der Schleimpilz den kürzesten Weg; und beim Vorhandensein mehrerer Nahrungsquellen ist er in der Lage, bestmögliche Routen zu wählen. Der Vergleich zur menschlichen Gesellschaft liegt auf der Hand. So geht es beispielsweise auch in Kommunikationsnetzen oder bei der Verteilung von Waren um optimale Routen. Der Pilz besitze die Fähigkeit, sich abhängig von Umweltbedingungen bestmöglich zu verhalten, sagt Döbereiner.

Die Arbeitsgruppe des Physikers erforscht dieses Verhalten mit Experimenten, bei denen Schleimpilze mit mehr oder weniger Nahrung, Gefahren in Form einer hohen Salzkonzentration und Kombinationen unterschiedlicher Umweltbedingungen konfrontiert werden. Wie der Doktorand Jonghyun Lee erklärt, bilden einfache Informationen den Ausgangspunkt für Entscheidungen, das heißt Verhaltensweisen, die sich an der Oszillation und Form des Netzwerks ablesen lassen. Manche Informationen bezögen sich auf den Schleimpilz selbst, etwa auf seinen Bedarf an Nahrung oder Zellschäden, andere auf äußere Faktoren wie Nahrungsquellen, gefährliche Stoffe oder Konkurrenten. Die Experimente hätten unter anderem gezeigt, dass es Zeitpunkte gebe, an denen Entscheidungen fielen und nach denen keine Umkehr mehr möglich sei, erläutert Jonghyun Lee. Schon im Vorfeld kündigten sich Entscheidungen durch entsprechende Vorgänge im Organismus an.

Die Biophysiker betrachten den Schleimpilz als ein Modell für die Entscheidungsfindung und hoffen, dass sich Parallelen zu Verhaltensweisen anderer Lebewesen finden lassen, von der Wespe bis zum Menschen. Außer Frage steht aus ihrer Sicht, dass Wissen über Entscheidungen für Forscher unterschiedlicher Disziplinen nützlich sein kann. Es sei sowohl in den Gesellschafts- als auch in den Ingenieurwissenschaften hilfreich.

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