Wie Roboter das Altruismus-Gen erwerben

05.05.2011

Forscher messen nach, warum wir helfen, obwohl es billiger wäre wegzusehen

Altruismus ist ein Phänomen, das in die Darwinsche Evolutionstheorie nicht so recht zu passen scheint. Müsste es für ein Individuum nicht stets lohnender sein, den Konkurrenten als Nahrungsgrundlage zu verwenden, statt ihm auf Kosten der eigenen Überlebenschancen im Sinne der Evolution (Biologen sprechen hier von der "Fitness") zu helfen? Eine mögliche Lösung dafür liefert der britische Biologe William Hamilton, der erstmals in einem Paper von 1964 das Konzept der "Gesamtfitness" propagierte. Sie misst, wie gut es einem Individuum insgesamt gelingt, die eigenen Gene weiterzugeben - egal, ob durch direkte Nachkommen oder indirekt durch die Nachfolgegeneration seiner Verwandten.

Unter bestimmten Umständen kann es nach dem Prinzip dieser Verwandten-Selektion sinnvoll sein, den eigenen Fortpflanzungserfolg zu riskieren, wenn dafür die Fortpflanzungschancen der Verwandtschaft steigen. Hamilton formulierte diese Beziehung in der später Hamiltons Regel genannten Formel rb-c>0. Oder ausformuliert: Wenn das Produkt aus Verwandtschaftsgrad r und Fitness-Zuwachs b des Begünstigten größer als der Fitness-Verlust des Individuums ist, "lohnt" sich Altruismus auf evolutionäre Sicht.

Die Formel hat sich zumindest qualitativ bei Studien an vielen biologischen Systemen als richtig erwiesen. Allerdings beruht sie auch auf Annahmen, die nicht unwidersprochen sind: Etwa der Basis, dass Fitness und Kosten grundsätzlich additiv sind. Zudem beruht sie auf einer speziellen Definition des Verwandtschaftsgrades, die nicht von der Genealogie, sondern von der Statistik ausgeht.

Es gab seitdem einige Studien, die zeigen konnten, dass bei Verletzung dieser Grundannahmen auch Hamiltons Formel versagt. Zudem blieb bisher unerforscht, welchen Einfluss zu Hamiltons Zeit noch nicht bekannte Faktoren wie die Gendrift oder die wechselseitige Beeinflussung verschiedener Gen-Abschnitte auf das Ergebnis haben.

Im offen zugänglichen Fachmagazin PLoS Biology haben nun Schweizer Forscher versucht, Hamiltons Regel einer quantitativen Überprüfung zu unterziehen. Da sich Evolution an biologischen Systemen im Labormaßstab kaum in kurzer Zeit beobachten lässt, nutzten die Wissenschaftler speziell dafür entwickelte kleine Roboter.

Erstaunlich schnelle Evolution

Je acht der Maschinenwesen und acht "Nahrungsbrocken" platzierten sie in einer kleinen Arena, die von einer weißen und drei schwarzen Wänden begrenzt war. Die Leistung der Roboter wurde anhand der Anzahl der Nahrungsitems gemessen, die erfolgreich zur weißen Wand transportiert worden waren. Die Roboter hatten dabei die Wahl, den dadurch erreichten Fitnessgewinn für sich selbst zu behalten (egoistisches Verhalten) oder mit Gruppenmitgliedern zu teilen (Altruismus). Indem sie die mit geteilter und ungeteilter Nahrung verknüpften Fitnessgewinne manipulierten, konnten die Forscher die Faktoren c und b in der Hamilton-Formel regulieren.

Das "Genom" der Roboter bestand aus 33 Genen, die das neuronale Netzwerk der Maschinen regulierten, das für die Verarbeitung der visuellen Informationen zuständig war. Wieviele dieser Gene an eine Nachfolgegeneration weitergegeben wurden, bestimmte die in einem Durchlauf erreichte Fitness der Roboter. Das so konstruierte, sich entwickelnde System erfüllte die Grundannahmen, die zur Hamilton-Formel führen, nur teilweise. Zunächst bestand das Genom aus einer Zufallsverteilung.

Die simplen Roboter, mit denen die EPFL-Forscher die Grundlagen des Altruismus untersuchten (Bild: EPFL / Alain Herzog)

Die Evolution vollzog sich aber erstaunlich schnell, schon in der 500. Generation hatte sich die Performance der Roboter stark verbessert. Die Forscher stellten dann unterschiedlich zusammengesetzte Teams von Robotern zusammen, um die Faktoren r, c und b systematisch zu variieren. Tatsächlich zeigte sich, dass der Grad an Altruismus stark von diesen Faktoren abhing. Wenn der c/b-Quotient niedrig war, der Benefit also deutlich höher als die Kosten, dann setzte sich Altruismus vor allem in Gruppen mit hohem Verwandtschaftsgrad durch, in wenig verwandten Teams hingegen trat fast nur Egoismus auf.

Auch bei anderen c/b-Quotienten war bei kaum verwandten Gruppen von Altruismus wenig zu spüren. Das änderte sich stets, wenn der Verwandtschaftsgrad einen bestimmten Wert überschritt: wenn nämlich r größer als c/b wurde, wie es Hamiltons Formel vorhersagt. Dass auch im Extremfall nie nur Altruismus oder nur Egoismus feststellbar waren, erklären die Forscher mit einem gewissen Prozentsatz an Mutationen, die auch in solchen Fällen gegensätzliches Handeln begünstigten.

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