Das kleine 1x1 der Systeme

Als Atheist wird man häufig gefragt, welchen Vorteil die atheistische Betrachtungsweise der Welt hat. Ist es nicht eine trostlose Welt? Alles, was man geschaffen hat, verschwindet irgendwann, und die eigene Existenz dauert nur ein paar Jahre. Ist da Leben nicht ein Warten auf den Tod, das man wenigstens so angenehm wie möglich gestalten sollte?

Aber ganz so hoffnungslos ist diese Betrachtungsweise nicht. Wer erkennt, dass die Welt ein System ist, das aufgeteilt ist in Subsysteme, der erkennt auch die Chancen dieser Betrachtungsweise:

1. Wir bauen ja alle auf den Werken unserer Vorfahren auf. Folgliche haben alle unsere Aktivitäten eine Wirkung. Alles, was wir an Werten schaffen, trägt zum Erhalt der Gesellschaft bei. Jeder Schaden, den wir anrichten, hemmt das Wachstum einzelner Gruppen der Gesellschaft und stärkt dadurch das Wachstum anderer Gruppen der Gesellschaft.

2. Als vernunftbegabte Wesen haben wir die Möglichkeit unser eigenes System, unseren Körper, zu steuern und zwar in viel größerem Ausmaß als dies heute von vielen für möglich gehalten wird. Es mag einem zwar widerstreben, den eigenen Körper als ein Materiesystem zu betrachten. Aber das liegt wohl auch an dem Bild, das wir uns von der Materie machen. Materie = gleich kalter Stahl, tot. Aber Materie ist nicht tot. Ihre Eigenschaften sind es, die uns zu gefühlvollen Menschen machen, zu Menschen, die gerne essen und trinken, zu Menschen, die bei einer Erkrankung Medikamente brauchen.

Was versteht man nun unter einem System? In der Mathematik gibt es die Zahlensysteme, es gibt Ökosysteme, Gesellschaftssysteme, in der Physik Teilchensysteme.

Da alles in der Natur äußeren Einflüssen unterliegt, gibt es in der Natur nur offene Systeme. Geschlossene Systeme gibt es nur in der Mathematik.

Ein System ist also eine irgendwie begrenzte Menge von Elementen, die in enger Beziehung zueinander stehen. Unterliegen diese Elemente auch äußeren Einflüssen, so handelt es sich um so genannte offene Systeme.

Nun hat jedes Element eines Systems bestimmte Eigenschaften. Da die Elemente eines Systems in Wechselwirkung zueinander treten, entwickelt auch das System als ganzes bestimmte Eigenschaften. Die Dehnbarkeit eines Gummis etwa rührt daher, dass der Gummi aus Kettenmolekülen besteht. Hier sind die mikroskopischen Eigenschaften gleich den makroskopischen. Das muss aber nicht immer so sein. Die Resonanzeigenschaften einer Geige hängen nicht nur vom verwendeten Holz ab, sondern auch von der Form der Geige.

Gesetzmäßigkeiten werden in der Natur nicht verordnet, sondern ergeben sich aus den Eigenschaften der Elemente des Systems.

Je komplexer nun ein System ist, d. h je mannigfaltiger die Wechselwirkungen innerhalb des Systems sind, desto zahlreicher sind die Eigenschaften des Systems. Auch das, was wir als Fehlfunktionen bezeichnen, gehört dazu. Es sind unerwünschte Systemwirkungen.

Wenn die Elemente eines Systems zumindest zum Teil frei beweglich sind, so kann das System eine Eigendynamik entwickeln. Wenn zusätzlich die Elemente eines Systems unterschiedliche Eigenschaften haben, so kommt es zur Selbstorganisation. Mischt man beispielsweise Wasser mit Öl, so trennt sich das Öl vom Wasser, wenn man mit dem Mischen aufhört. Ein solches System bewegt sich zielgerichtet aufgrund der Eigenschaften seiner Elemente.

Dynamische Systeme sind fehlertolerant, wenn sie als Doppel- oder Mehrfachsysteme angelegt sind. Die Strahlungsschäden bei Sonneneinstrahlung in einer Hautzelle können repariert werden, weil einerseits das Genom Defizite im Zellkörper ausgleicht, andererseits der Zellkörper Defizite im Genom ausgleicht. Geht die Zelle trotzdem durch die Sonneneinstrahlung zugrunde, so aktivieren die Zerfallsprodukte andere Zellen zur Bildung von Wundhormonen, die wiederum eine Regenerierung durch erhöhte Zellteilung einleiten. Ein anderes Beispiel: Beim Airbus wurde die sicherheitsrelevante Software mehrfach von unterschiedlichen Teams entwickelt. Die Software kooperiert als System derart, dass jene Aktion ausgeführt wird, die von der Mehrheit der Programme veranlasst wird. Auf diese Weise werden Softwarefehler ausgeglichen.

Sich selbst überlassen, sind nur mathematische Systeme auf Dauer stabil. Gemeint ist hier nicht ein Zahlensystem oder das Koordinatensystem, gemeint sind hier Fraktale, rekursive Funktionen, Systeme, die durch einen Satz Regeln und eine Startsequenz definiert sind, wie etwa Conways Spiel des Lebens, kurzum Mengen, die durch einen Algorithmus erzeugt werden. Hier kann man drei Arten unterscheiden:

1. Systeme, die nicht periodisch sind.

2. Systeme, die nach einer Anfangsphase in eine periodische Phase übergehen.

3. Systeme, die nur einen Wert erzeugen. Systeme, wo der Algorithmus abbricht.

Beispiele: Der Teilungsalgorithmus zweier ganzer Zahlen geht entweder über in eine Periode oder er bricht nach kurzer Zeit ab, wenn die Zahl teilbar ist.

Conways Spiel des Lebens endet, vorausgesetzt das Spielfeld ist ein Torus begrenzter Größe, stets mit sich selbst reproduzierenden Strukturen oder mit einem leeren Spielfeld.

Vielleicht sind auch Materieteilchen solche sich selbst reproduzierenden Strukturen. Die wellenförmige Bewegung, Interferenzerscheinungen und die begrenzte Anzahl stabiler Teilchen sind Hinweise dafür, auch wenn dies natürlich noch kein Beweis ist.

Unter den nicht periodischen Systemen (z. B. der Generierungsalgorithmus für die näherungsweise Berechnung der Zahl PI oder der Eulerschen Zahl e) sind auch solche Systeme, bei denen die Zugfolge nicht starr durch den Algorithmus festgelegt ist. Ein Beispiel dafür ist das Schachspiel. Auch hier gibt es eine genau definierte Startsequenz und einen Satz von Regeln. Aber im Unterschied zu Conways Spiel des Lebens gibt hier bei vielen Spielzügen gleichwertige Alternativen. Ein Bewertungssystem (Schachprogramm mit eingebautem Zufallszahlengenerator) oder ein menschlicher Partner kann bei jedem Zug jeweils eine der Alternativen auswählen. Die gleichwertigen Alternativen sind der Freiheitsraum, den der Spieler nutzen kann. Die Alternativen, die sich auch im täglichen Leben häufig ergeben, sind der Freiheitsraum, den wir nutzen können.

In der Natur unterliegt jedes System den Einflüssen des Weltalls und dies hat seinen eigenen Rhythmus, teils chaotisch (Wetter, Naturkatastrophen, Molekularbewegung), teils regelmäßig Planetenbewegung, Gezeiten, Wellenbewegung). Lebewesen haben dagegen ihren eigenen Rhythmus. Alle Lebensformen müssen daher ständig Energie aufwenden, um nicht von der Natur vereinnahmt zu werden.

Der ungeheuere Formenreichtum, der während der Ausdifferenzierung der Eizelle in die verschiedenen Zellarten entsteht, von der Nervenzelle angefangen bis zur Muskelzelle, ist zurückzuführen auf die spezielle Art der Speicherung der Information. Bei dynamischen Systemen genügt eine kleine Startsequenz und ein kleines Regelsystem, um eine unendliche Formenvielfalt zu erzeugen (siehe Conways "Spiel des Lebens").

Wie andere Systeme verändern sich auch Lebewesen während ihres Lebens. Aber im Unterschied zu anderen Systemen, z. B. einer Wolke, erzeugen Lebewesen von sich Kopien, oder besser gesagt leicht modifizierte Varianten. Auf diese Weise werden alle Möglichkeiten des Lebensraums Erde ausgelotet. Gleichzeitig führt die Konkurrenzsituation unter den Lebewesen zu einem Verdrängungswettbewerb (Selektionsprozess) und damit zu einem evolutiven Optimierungsprozess. Abertausende unterschiedlicher Lebensformen sind auf diese Weise entstanden. Lebewesen, die das Licht als Energieträger nutzen, Lebewesen die den Sauerstoff und Pflanzen als Energieträger nutzen. Lebewesen, die sich teilen, um sich zu vermehren, Lebewesen, die einen Partner brauchen, um sich zu vermehren. Lebewesen, die in unterschiedlichen Stadien ihres Lebens unterschiedliche Lebensräume beanspruchen. Lebewesen, die ihre Bewegungen koordinieren. Lebewesen, die denken.

Aber ein Lebewesen, das seinen eigenen Organismus bewusst so steuert, dass dieser Organismus überlebt, gibt es bisher nicht. Ansätze hierzu gibt es. Manche Tiere können einzelne Gliedmaßen regenerieren. 

Auf diese Weise können natürlich auch mehrere Individuen entstehen. Aus einem Wesen entstehen so durch einen menschlichen Eingriff mehrere Wesen. Wo bleibt da die Seele, jene Seele, die nach christlicher Vorstellung der Erlösung bedarf? Aus materialistischer Sicht stellt sich dieses Problem nicht, denn sobald die räumliche Trennung erfolgt ist, ist jedes Wesen infolge seiner Abgrenzung ein eigenständiges Bewertungssystem.


Auch alle unsere Sinnesorgane arbeiten ständig im kritischen Zustand. So reagieren die Sinneszellen des Auges, angeregt durch minimale Lichtimpulse, mit einer Kaskade von chemischen Reaktionen. Der kritische Zustand wird nach Aussendung des Nervensignals wieder hergestellt. Systeme, die Signale analog verarbeiten, wie dies auch unsere Nervenzellen tun, sind in ihrer Sensibiliät nur durch das System selbst begrenzt.

Besonders hoch entwickelt ist die Regenerationsfähigkeit von Pflanzen. Es gibt Pflanzen, die man fast bis auf Zellebene zerkleinern kann. Unter günstigen Bedingungen regenerieren sie sich wieder zur ganzen Pflanze (Rekombinierte DNA, Seite 39, Spektrum der Wissenschaft). Unsere eigenen Bemühungen mit ärztlichen Mitteln, mit Medikamenten unser Leben zu verlängern, sind ein Schritt in diese Richtung. Der Wunsch nach Unsterblichkeit ist so groß, dass er sich religiös manifestiert hat. Auch unser Machtstreben ist eine dieser Bemühungen in diese Richtung. Es ist die Möglichkeit historisch zu überleben, wie es der ehemalige österreichische Bundeskanzler Bruno Kreisky genannt hat.

Naturwissenschaftler und Techniker wissen bereits seit längerer Zeit, wie man offene Systeme steuern kann. Offene Systeme lassen sich steuern, indem man die Randbedingungen innerhalb gewisser Grenzen hält, und das System in einem unkritischen Zustand belässt. Ein kritischer Zustand ist dadurch gekennzeichnet, dass sich das Verhalten den Systems durch minimale Störungen gravierend ändert. Die Sensibilität des Systems ist im kritischen Zustand höher.

Nehmen wir als Beispiel das System Ölofen. Über einen Tank fließt Öl in eine Wanne, seitlich kann Luft eindringen. Oben kann der Rauch über den Kamin entweichen. Wird der Ölofen in Brand gesetzt, so darf nicht mehr Öl in die Wanne laufen, als verbrennen kann. Wird der Hahn zugedreht, so geht der Ofen aus. Über den Ölhahn lässt sich indirekt die Raumtemperatur regulieren. Im Inneren bleibt das System trotzdem unberechenbar. Die Form der einzelnen Flamme lässt sich nicht berechnen, aber ihre maximale Höhe lässt sich experimentell ermitteln. 

Stabilisieren im Sinne von "einen konstanten Zustand beibehalten", nicht im physikalischen Sinne.

Das System wird gesteuert, indem man die Eigendynamik der Elemente des Systems (Öl, Luft) in gewissen Grenzen hält. Bringt man andere Elemente ins Spiel so zeigt dieses System ein anderes Verhalten. Nimmt man statt Öl Benzin und statt Luft reinen Sauerstoff, so ist klar, was passieren wird. Der ansonsten so harmlose Ölofen wird bei gleicher Brennstoffzufuhr explodieren. Natürlich kann man auch ein solches System stabilisieren. Die Energiezufuhr muss eben der Funktionsweise des Systems angepasst werden.

Man kann also ein System auf mehrerlei Weise steuern. Man kann das Mischungsverhältnis ändern, oder man fügt Elemente hinzu, nimmt bestimmte Elemente aus dem System heraus, oder man verändert die statischen Elemente des Systems (Einspritzdüse statt Einlaufventil, um beim Beispiel des Ölbrenners zu bleiben).

Die Steuerung eines Systems mit vielen Parametern und Rückwirkungen innerhalb des Systems überfordert uns allerdings intellektuell. Die Wirkzusammenhänge in unserem Körper etwa sind so komplex, dass sich aus einer aufgetretenen Störung nur sehr schwer auf die Ursache rückschließen lässt. Meist müssen mehrere Möglichkeiten in Betracht gezogen werden.

Hier hilft nur noch die Betrachtung eines Modellsystems. Ein Modellsystem ist ein System, das nur die wesentlichen Komponenten des realen System enthält, meist nur als Simulation in einem Computer. Systeme, die die wesentlichen Eigenschaften eines anderen Systems enthalten, verhalten sich auch ähnlich. Mit Modellsystemen können daher nur Näherungslösungen erreicht werden und stets muss man sich fragen, wie vollständig das Modellsystem die wesentlichen Komponenten des realen Systems enthält. Auch unser Gehirn arbeitet übrigens mit einer simulierten Welt.

Aus der Tatsache, dass sich Systeme, die die wesentlichen Eigenschaften eines anderen Systems enthalten, ähnlich in ihrer Wirkung verhalten, lässt sich eine Strategie ableiten, die einem helfen kann, mit Erkrankungen fertig zu werden, die durch eine falsche Lebensweise entstanden sind. Man bezieht sich auf die wesentlichen Parameter. Die wesentlichen Parameter für unseren Organismus sind Atmung, Nahrung, die Luftqualität, Bewegung, Temperatur, die Zusammensetzung des Blutes, die körperliche Konstitution. Andere Einflüsse, wie etwa die mysteriöse Erdstrahlung oder Wasseradern, kann man getrost vernachlässigen. Wenn sie überhaupt eine Wirkung haben, dann mit Sicherheit eine kaum messbare. Wenn Wasseradern oder die Erdstrahlung eine große Wirkung hätten, dann würden sie auch andere Materiesysteme verändern und wären damit messbar. Hier ist die suggestive Beeinflussung in Rechnung zu stellen. Das eigene Nervensystem taugt nun mal nur begrenzt als Messinstrument.

Aus objektiv messbaren Unterschieden gegenüber der Norm lassen sich Rückschlüsse ziehen. Wenn etwa Körperteile sich nicht nur kalt anfühlen, sondern auch kalt sind, trotz einer angenehmen Raumtemperatur, so heißt dies, die Eigendynamik der Zellen in diesen Körperteilen ist abgesunken (die Folge eines eingeschränkten Energieverbrauchs der Zelle). Eine Stoffwechselerkrankung (vielleicht ausgelöst durch einen Mangel an bestimmten Hormonen, Mineralen, Vitaminen, Enzymen ...) oder ganz einfach mangelnde Bewegung kann die Ursache sein. Grundsätzlich sollte man erst einmal sämtliche schädlichen Einflüsse, die man erkennt, beseitigen, denn die Entgiftungsorgane oder Teile davon sind manchmal gleichzeitig auch Organe, die lebenswichtige Hormone produzieren (Leber, Nebenniere).

Hilft dies nicht, dann ändert man seine Lebensgewohnheiten, denn jede Gewohnheit, die nicht exakt dem System angepasst ist, ist schädlich. Dies gilt insbesondere für die Einnahme von Medikamenten, die meist nicht exakt an den menschlichen Organismus angepasst sind. Jede Dauerbehandlung mit einem einzigen Medikament ist schädlich. Nach Möglichkeit sollte man bei der Einnahme von Medikamenten, spätestens nach einem Monat eine Pause von mehr als einer Woche vorsehen. Wenn dies nicht möglich ist, sollte man auf ein alternatives Medikament umsteigen.

Gerade bei chronischen Erkrankungen hilft die Betrachtung der Lebensweise von gesunder oder sehr alter Mitmenschen.

Hat man kein Modellsystem oder Referenzsystem zur Verfügung, dann gibt es noch die Strategie der kleinen Schritte, gemäß dem alten chinesischen Sprichwort: "Fürchte dich nicht davor langsam zu gehen, fürchte dich nur davor, stehen zu bleiben." Gerade komplexe Systeme sind durch ihre vielen Funktionen erstaunlich stabil gegenüber kleinen Änderungen. Eine Erfahrung, die durch die Evolution der Lebewesen bestätigt wird. Die Evolution vollzog sich im wesentlichen in kleinen Schritten. Eine Erfahrung, die man sich auch bei der Stabilisierung von technischen Systemen zunutze macht. Man testet eine kleine Änderung an einem System und beobachtet die Wirkung. War die Änderung erfolgreich, so geht man in dieser Richtung weiter, war sie schädlich, so wird sie rückgängig gemacht. Eine algorithmische Vorgehensweise, bei der man sich langsam dem Optimum nähert. Ein Organismus verkraftet, infolge seiner Fehlertoleranz, sogar geringe Mengen giftiger Stoffe oder anders gesagt, chemische Verbindungen, die die Funktionsfähigkeit des Systems beeinträchtigen. Allerdings wird der Alterungsprozess dadurch beschleunigt.

Die Regel "geringe Menge = geringe Wirkung" lässt sich leider nicht verallgemeinern. Hormone wirken bereits bei einer Dosis von wenigen Milli-Gramm, Nahrung nehmen wir dagegen einige hundert Gramm pro Tag zu uns. Die Wirkung auf unserem Organismus ist nicht proportional zur Menge und der Wirkungsverlauf ist nicht linear. So brauchen wir in geringen Mengen Salz, in großen Mengen wirkt es als Gift. In geringen Mengen brauchen wir Vitamin C haltiges Obst, in großen Mengen kann es zur Übersäuerung führen. Nicht alles von dem wir glauben, dass es gesund ist, ist auch wirklich gesund.

Der Arzt, der die Lebensgewohnheiten und die Lebensumstände des Patienten kaum erfährt, geht meist einen anderen Weg. Er macht sich anhand der Messergebnisse ein Bild davon, welche Werte wesentlich von der Norm abweichen. Mit einer medikamentösen Behandlung versucht er dann, die Normwerte wieder einzustellen. Der Patient würde jede Kritik an seiner Lebensführung als Bevormundung betrachten und so unterbleibt eine solche Kritik im Geschäftsinteresse. Hinweise für eine andere Lebensweise werden nur auf Wunsch erteilt.

Die von der Natur erzeugte Ordnung ist keine "vollkommene Ordnung". Wäre sie eine vollkommene Ordnung, würden wir nicht altern.

Freilich ist eine gesunde Lebensweise im Alter auch nicht ausreichend. Der menschliche Organismus erreicht nie eine Phase, in der das System vollkommen ausbalanciert ist. Der menschliche Organismus wächst oder er altert. Vielleicht stirbt er an den Folgen eines inhomogenen Wachstums, einer Übersteuerung des Systems, vielleicht an der nicht voll dem System angepassten Nahrung, vielleicht an der Ansammlung chemischer Verbindungen, die in die Zellen gelangen, aber nicht abgebaut werden können. Wie dem auch sei, die Regenerationsfähigkeit der Zellen nimmt im Alter ab, die Hormonproduktion nimmt ab und wir leiden mehr oder weniger unter Mangelerscheinungen. Hier gibt es nur eine Antwort, man sucht dies mit der Zufuhr von Medikamenten auszugleichen. Hier wird es in den kommenden Jahren sicherlich noch mehr dem menschlichen Organismus angepasste Medikamente geben. Die Forschung an Embryonen und die vollständige Dekodierung des menschlichen Genoms, werden Steuerungsmechanismen zutage fördern. Wir werden lernen, Gene an- und abzuschalten.

Gerade was die Steuerung unseres Systems anbetrifft, können wir einiges von unseren Partnern im Evolutionsprozess. den Tieren und Pflanzen und nicht zu vergessen den Viren, lernen. Wir müssen uns deren Erfahrungen zunutze machen. Tiere und Pflanzen sind uns auf vielen Gebieten überlegen. Es gibt einige Pflanzen (z. B. die Bohnen, die Lilien) aber auch einige Tiere (z. B. die Molche), mit einer um mehr als das zehnfache größeren Gensequenz, verglichen mit unserer Gensequenz (Vergleiche Molekularbiologie der Zelle, Seite 445, VCH-Verlag.), freilich sind von den Gensequenz i. a. nur zwischen zwei und acht Prozent chemisch aktiv. Gerade Pflanzen waren aber in ihrer Entwicklung einem viel höheren Selektionsdruck ausgesetzt als Tiere. Sie haben eine längere Entwicklungszeit hinter sich als Sauerstoff atmende Tiere. Diese Pflanzen und Tiere übertreffen uns zwar nicht an Intelligenz, wohl aber mit ihren sonstigen Fähigkeiten. Wenn wir uns, die in den Genen dieser Tiere und Pflanzen gespeicherte Information, verfügbar machen und unsere Kraft darauf verwenden, die Funktionsweise unseres eigenen Organismus zu verstehen, dann ist vielleicht der Cyclus aus Werden und Vergehen, dem wir momentan unterworfen sind, für uns kein unausweichliches Schicksal. Eines Tages wird es uns vielleicht gelingen den Alterungsprozess in einen Optimierungsprozess umzuwandeln. Dies ist meine Hoffnung.


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