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Komplexität bestimmt die Welt

03.05.2006 - (idw) Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt (Main)

Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS) richtet Stiftungsgastprofessur Deutsche Bank aus FRANKFURT. Komplexität zieht sich als Leitmotiv durch nahezu alle heutigen Naturwissenschaften und gewinnt zunehmend an Bedeutung. Am Anfang der wissenschaftlichen Revolution der Neuzeit stand das Bestreben, das Naturgeschehen durch wenige und möglichst einfache Gesetzmäßigkeiten erfassen und verstehen zu können.

Dieses Programm im Sinne des Reduktionismus war von spektakulären Erfolgen gekrönt und hat die Welt entscheidend verändert. Die Suche nach fundamentalen Bausteinen und Gesetzmäßigkeiten hat auch heute nichts von ihrer Bedeutung verloren. Dennoch ist nicht zu übersehen, dass die real existierenden Objekte der Naturbeschreibung in der Regel alles andere als einfach sind. Nahezu überall stößt man auf komplexe Systeme, die sich aus miteinander wechselwirkenden Subeinheiten zusammensetzen und bei denen das Ganze mehr ist, als die Summe seiner Teile. Das Verständnis derartiger komplexer Systeme, charakterisiert durch Begriffe wie Strukturbildung, Selbstorganisation und Emergenz neuer Eigenschaften, gehört zu den zentralen Herausforderungen an die modernen Wissenschaften.

"Komplexität - Eine zentrale Herausforderung an die Wissenschaften" - lautet das Thema der Vortragsreihe im Rahmen der Stiftungsgastprofessur "Wissenschaft und Gesellschaft" der Deutschen Bank. Ausrichter ist das interdisziplinäre Forschungsinstitut Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS), das seinen zentralen Schwerpunkt mit dem Studium der Struktur und Dynamik komplexer Systeme thematisch in den Mittelpunkt rückt.

Die Biologie steht vor der Herausforderung, die Funktion und die Organisationsprinzipien der aus Evolutionsprozessen hervorgegangenen komplexen Systeme im lebenden Organismus aufzuklären. Dies gilt für die Funktion einzelner Biomoleküle oder Molekülkomplexe und für molekulare Netzwerke und Regelkreise innerhalb der Zelle (metabolische und Proteom-Genom-Netzwerke), für das Zusammenspiel von Zellen in Organen oder für das Immunsystem.

In den Neurowissenschaften steht das wohl komplexeste in der Natur existierende System im Zentrum der Untersuchungen, das Gehirn. Die Analyse des Aufbaus und der Funktionsprinzipien der riesigen, eng verflochtenen Netze von Neuronen im Gehirn, die letztlich für die kognitiven, mentalen und psychischen Prozesse bei Mensch und Tier verantwortlich sind, macht rapide Forschritte, wenn auch der Weg zu einem detaillierten Verständnis noch sehr weit ist.

In der Physik, die als erste der Naturwissenschaften den Weg zu einem quantitativen und theoretisch-mathematisch fundierten Verständnis beschritten hat, standen zunächst einfache, gut analysierbare Teilsysteme im Vordergrund. Spätestens mit der Entwicklung der nichtlinearen Dynamik und der Chaostheorie im 20. Jahrhundert wurde jedoch auch hier die Rolle der Komplexität klar. Das gilt für fast alle Vielteilchensysteme, ja selbst das Vakuum weist im Rahmen der Quantentheorie Züge großer Komplexität auf.

Die Rolle der Komplexität in der Chemie folgt schon aus ihrer Verankerung in der Physik, da chemische Moleküle Paradebeispiele für Vielteilchensysteme darstellen. Struktur, Funktion und Dynamik großer Makromoleküle sind im Grenzbereich zwischen Chemie, Physik und Biologie angesiedelte Fragestellungen. Von den supramolekularen chemischen Strukturen, die die Grundlage vieler Prozesse in der lebenden Zelle bilden, gibt es einen nahtlosen Übergang zum aktuellen Gebiet der atomaren Cluster und Nanostrukturen mit großem technischem Anwendungspotenzial.

Neue experimentelle Methoden, nicht zuletzt aber auch die zunehmend realistischen Möglichkeiten der Modellierung mit Höchstleistungscomputern, ermöglichen ein immer besseres Verständnis komplexer Systeme. In der Vortragsreihe "Komplexität" wird die Themenstellung durch international renommierte Wissenschaftler anhand prägnanter Beispiele aus den verschiedenen Einzeldisziplinen beleuchtet, wobei der Schwerpunkt auf den Lebenswissenschaften liegt. Drei der Vortragenden, die Professoren Blobel, Schulten und Sejnowski, sind dem FIAS als Mitglieder des Wissenschaftlichen Beirats verbunden.

Den Auftakt macht am 10. Mai Prof. Jürgen Debus, Ärztlicher Direktor der Abteilung für Klinische Radiologie/Strahlentherapie am Universitätsklinikum Heidelberg, der sich mit einem Thema aus dem Grenzbereich zwischen Physik, Biologie und Medizin befasst, nämlich den vielversprechenden neuen Ansätzen zur Krebstherapie durch Bestrahlung mit schweren Ionen. Am 17. Mai wird der Chemie-Nobelpreisträger von 1987, Prof. Jean-Marie Lehn von der Université Louis Pasteur, eine Brücke zwischen den Molekülen der unbelebten Materie und den organisierten Strukturen im lebenden Organismus schlagen und dabei auf dem von ihm geprägten Begriff der supramolekularen Chemie aufbauen. Eine ganz ähnliche Stoßrichtung hat der Vortrag am 24. Mai von Klaus Schulten, Professor an der Universität von Illinois in Urbana-Champaign und leitender Wissenschaftler am dortigen Beckman Institute. Er wird aus der Blickrichtung des Physikers über "Tote und lebende Materie" sprechen und insbesondere am Beispiel der Photosynthese darlegen, was die biologische Physik zu einem fundamentalen Verständnis von Lebensvorgängen beitragen kann. Ebenfalls aus den USA kommt der nächste Redner, Prof. Terrence Sejnowski, der an der University of California in San Diego lehrt und gleichzeitig das Center for Computational and Theoretical Biology am Salk Institute for Biological Studies in La Jolla leitet. Sein Vortrag am 14. Juni wird neue Erkenntnisse zur die Funktion des Gehirns aus der Sicht des Neurobiologen vorstellen, insbesondere über Mechanismen des Suchtverhaltens und die Rolle von Belohnungen bei Lernprozessen. Prof. Günther Blobel von der Rockefeller University, New York, Medizin-Nobelpreisträger des Jahres 1999 wird sich am 23. Juni mit der Entwicklung der Komplexität in der Zelle befassen. Prof. Blobel ist - wie auch Prof. Lehn - als früherer Rolf-Sammet-Stiftungsprofessor in Frankfurt kein Unbekannter. Den Abschluss der Reihe bildet am 5. Juli der Vortrag eines in der Schweiz lehrenden österreichischen Forschers. Ernst Fehr, Professor an der Universität Zürich und Direktor des Instituts für Empirische Wirtschaftsforschung, steht für die Verbindung zwischen naturwissenschaftlich-psychologisch orientierter Forschung und den Wirtschaftswissenschaften. In seinem Referat wird er das menschliche Wirtschafts- und Sozialverhalten aus einer neuroökonomischen Sichtweise beleuchten.

Programm

10. Mai / Jürgen Debus / Universitätsklinikum Heidelberg
Erschließen von neuen Dimensionen in der Krebstherapie durch die Behandlung mit Ionenstrahlen

17. Mai / Jean-Marie Lehn / Université Louis Pasteur, Strassbourg
Von der Materie zum Leben: Chemie? Chemie!

24. Mai / Klaus Schulten / University of Illinois und Beckman Institute, Urbana-Champaign
Tote und lebende Materie: Biologische Physik auf der Spur der Grundlagen des Lebens

14. Juni / Terrence Sejnowski / Salk Institute und University of Southern California, San Diego
Predicting the Future: Brains, Rewards and Addiction

23. Juni / Günther Blobel / Rockefeller University, New York
Evolution of complexity at the cellular level

5. Juli / Ernst Fehr / Institut für Empirische Wirtschaftsforschung, Universität Zürich
Wann dominiert der Eigennutz das Sozialverhalten? Eine neuroökonomische Analyse


Termine: jeweils 18.15 Uhr, Festsaal, Raum 823 Casino, Campus Westend , Grüneburgplatz 1, 60323 Frankfurt. Zu den Vorträgen werden Begleitseminare angeboten; nähere Informationen auf der Website: www.fias.uni-frankfurt.de/compexity

Kontakt: Dr. Joachim Reinhardt; Frankfurt Institute for Advanced Studies, Max-von-Laue-Str. 1, 60438 Frankfurt; Tel. 069 / 798 47600; E-Mail: fias@uni-frankfurt.de
Weitere Informationen: http://www.fias.uni-frankfurt.de/compexity
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