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Modularität (Biologie)

Evolution

Basiswissen


Komplexe Systeme bestehen aus Teilen, auch Komponenten genannt. Beispielhaft kann man die Gesamteit von Genotyp und Phänotyp einer Population von Organismen als ein solches komplexes System auffassen. In der Evolution solcher Systeme beobachtet man, dass die Teile unter Umstände eher stabil bleiben, während das System als Ganzes sich stark verändert. Der US-amerikanische Biologe Stuart Alan Kauffmann (geboren 1939) spricht in diesem Zusammenhang auch von Frozen Components[1].

Modularitäten in der Biologie


Das Konzept der Modularität im Zusammenhang mit einer Optimierung in einer Erfolgslandschaft wurde bereits 1990 von dem Biologen Stuart Kauffmann formuliert[1]. Kaufmann hat anhand von Computersimulationen festgestellt, dass sich komplexe Organismen innerlich eher dann modular aufbauen, wenn die Erfolgslandschaft flachhügelig ist. 1996 untersuchte Günter Wagner dann, wie die interne Modularität mit der Fähigkeit einer evolutionären Anpassung unter ständigem Evolutionsdruck zusammenhängt[3]. Später wurde dann die Fokussierung auf den Evolutionsdruck als alleiniger Faktor für eine Modularisierung aufgegeben. Forscher konnten anhand der Verbindungen in neuronalen Netzwerken zeigen, dass die Anzahl der Verbindungen zwischen Komponenten selbst eine Einfluss auf die Netzwerkeffektivität hat: zu viele Verbindungen können ein Netzwerk weniger effizient machen[4]. Der Effekt davon ist, dass Netzwerke oft eine Tendenz hin zu einer Modularisierung oder Kompartmentalisierung zu evoluieren und damit eine zu große Anzahl von effizienzhemmenden Verbindungen zwischen den Teilkomponenten (z. B. Neuronen) vermeiden.

Modularität in der Soziologie


Auch die Soziologie betrachtet Populationen von Individuen (Menschen, Gruppen) die in einem evolutionären Kontext (Soziobiologie) konkurrieren und die einem Selektionsdruck (z. B. Unternehmen in der Wirtschaft) unterliegen. Analoge Strukturen zu Modulen in der Biologie entstehen dabei zum Beispiel in Unternehmen (Abteilungen, Bereiche) als auch in Bereichen der Gesellschaften (soziale Differenzierung, soziale Felder, Kompartmentalisierung). Interessant wäre hier, ob sich verallgemeinert Gesetzmäßigkeiten finden lassen, die für Systeme aus verschiedenen Fachgebieten gelten. Für die Soziologie siehe zum Beispiel unter soziale Differenzierung ↗

Kompartimentierung von Einzellnern


Ein ähnlicher Effekt wie die Kompartmentalisierung innerhalb einer Population ist die sogenannte Kompartimentierung von Einzellern: es bilden sich Zellorganellen aus, die als Module verstanden werden können. Siehe dazu unter Kompartimentierung [Einzeller] ↗

Fußnoten