Informatik und Biologie
Andreas Schwill
In dem folgenden Text erhalten Sie einen kurzen Überblick über das Thema "Informatik und Biologie". Zugleich werden Ihnen Links zu den Aufgabenstellungen, den ggf. erforderlichen zugehörigen Grundlagen und zum Literaturverzeichnis angeboten.
Grundsätzlich kann man zur Zeit drei unterschiedliche Verbindungen zwischen Informatik und Biologie erkennen:
- Anwendungen der Informatik in der Biologie.
Hierunter verstehen wir die Nutzung informatischer Systeme zum Erkenntnisgewinn in der Biologie. Es kann sich z.B. um die Simulation vorgefertigter Modelle biologischer Systeme oder um multimediale Lernprogramme handeln.
Der Computer ist hierbei nur Hilfsmittel. Neue Erkenntnisse für die Informatik, die über Bedienfertigkeiten hinausgehen, werden nicht gewonnen. Diesen Aspekt wollen wir in der Fortbildung nicht weiter betrachten.
- Nutzung von Erkenntnissen über biologische Systeme in der Informatik.
Hierbei werden Erkenntnisse über den Ablauf von biologischen Prozessen genutzt, um informatische Probleme zu lösen.
Zu diesen Problemen zählen insbesondere diejenigen, für die mit herkömmlichen symbolischen Methoden der Algorithmik bisher keine effizienten Lösungen entwickelt werden konnten oder für die bekannte Lösungen unakzeptabel aufwendig sind. Beispiele für biologisch geprägte Lösungsverfahren sind genetische und evolutionäre Algorithmen, neuronale Netze, Fuzzy-Systeme und DNA-Computing (s. Duden Informatik und Literaturverzeichnis).
Wir werden in dieser Fortbildung ein Beispiel für einen genetischen Algorithmus behandeln und die dazu erforderlichen Grundlagen erarbeiten.
- Modellierung biologischer Prozesse durch Informatiksysteme.
Hierbei geht es um die Nachbildung biologischer Systeme mit informatischen Methoden vor allem, um Erkenntnisse für die Biologie - und sekundär für die Informatik - zu erlangen. Die biologischen Prozesse liegen dabei noch weitgehend am Rande oder jenseits des aktuellen Wissenshorizonts, so daß die jeweiligen informatischen Modelle recht unvollkommen erscheinen, aber gleichwohl überraschende Einsichten ermöglichen.
Typische Beispiele betreffen die Modellierung von Evolution, Selbstorganisation, Symbiose, Mutation und anderer Aspekte natürlichen Lebens.
Wir werden in dieser Fortbildung zwei Beispiele für Phänomene des Lebens kennenlernen und informatisch modellieren: die Evolution von Symbiosen und Kooperationen in Gesellschaften und das Verhalten von Zellkulturen anhand des Game of Life.
Literaturverzeichnis
Arbeitsgruppenergebnisse - E. Gruhlke/C. Schulz - 1999 -
Aufgabe zu genetischen Algorithmen - Steuerung eines Fahrzeugs
- Aufgabe zur Entwicklung von Zellkulturen - Game of Life
- Aufgabe zur Kooperation - Gefangenendilemma
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Comic Strip zu L. Adleman's Entdeckung des DNA-Computing - Discover Magazine, April 1995 - L. Gonick - 1995
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Gefangenendilemma - A. Rittershofer - *2002
- Literaturverzeichnis
- Rechnen mit DNA - L. Adleman - Spektrum der Wiss. 11/98
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