Schwangerschaft und Theoretische Biologie: Unterschied zwischen den Seiten

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Die '''Schwangerschaft''' (von {{ahd|''swangar''}}; {{mhd|''swanger''}}), auch '''Gestation''' oder '''Gravidität''' (von [[lat.]] ''{{lang|la|graviditas}}'') genannt, umfasst den gesamten Zeitraum, während dem ein [[Befruchtung|befruchtete]] [[mensch]]liche [[Eizelle]] im [[Leib]] der [[Mutter]] bis zur [[Geburt]] zum [[Kind]] heranreift. Die durchschnittliche Schwangerschaftsdauer liegt bei normalem Verlauf bei etwa 10 (siderischen) [[Mond]]monaten, die etwa neun solaren Monaten entsprechen, mit einer Schwankungsbreite von mehreren Wochen. Während der ersten acht Wochen der Schwangerschaft wird der heranreifende Menschenkeim als [[Embryo]] bezeichnet. Wenn etwa ab der neuten Woche die inneren Organe ausgebildet sind, spricht man vom [[Fetus]] (auch: [[Fötus]]).
Die '''Theoretische Biologie''' entwickelt formale Modelle zur Beschreibung biologischer [[Phänomen|Phänomene]]. Dazu nutzt sie insbesondere Methoden aus der [[Mathematik]]. Es werden Modelle und Theorien erarbeitet, um die Struktur und [[Dynamisches System|Dynamik]] lebender Systeme zu beschreiben. Viele fundamentale Erkenntnisse der [[Biologie]], etwa die Beschreibung evolutionär stabiler Strategien oder auch die [[Replikatorgleichungen]], stammen aus der Theoretischen Biologie. In ihrer rein mathematischen Ausrichtung wird die Theoretische Biologie auch '''Biomathematik''' genannt und ist ein Teilgebiet der [[Angewandte Mathematik|Angewandten Mathematik]].


Bei lebendgebärenden [[Tiere]]n wird der Zeitraum von der Befruchtung bis zur Geburt als '''Trächtigkeit''' bezeichnet.
== Geschichte ==
[[Datei:Uexkuell theo-bio.jpg|miniatur|1920  Frühes Standardwerk der vormathematischen Theoretischen Biologie]]
Die Idee einer theoretischen Biologie entwickelte sich um 1900. An zentraler Stelle taucht der Begriff theoretische Biologie erstmals 1901 im Titel des Buches ''Einleitung in die theoretische Biologie'' von [[Johannes Reinke]] auf. In der sich hieraus entwickelnden Tradition wurde die Aufgabe der theoretischen Biologie allerdings noch weniger in der Mathematisierung der biologischen Theorien, sondern vielmehr  als konzeptionelle Grundlegung für die Biologie gesehen.
Die Biologie war zu diesem Zeitpunkt als Disziplin gerade erst dabei, sich zu formieren und der Theoriebestand der vielen verschiedenen Einzeldisziplinen war unübersichtlich und in großen Teilen widersprüchlich. Im 19. Jahrhundert hatte man noch gehofft, dass die [[Evolutionstheorie]] [[Charles Darwin|Darwins]] die Aufgabe einer Grundlegung für die Biologie übernehmen könnte. Aber der [[Darwinismus]] durchlief um 1900 eine tiefe Krise.


Abgeschirmt von der Außenwelt ist der [[Embryo]] bzw. [[Fötus]] aus [[Anthroposophie|anthroposophischer]] Sicht zugleich offen für [[Kosmos|kosmische]] Einflüsse, die insbesondere an der [[Kopf]]bildung des Kindes beteiligt sind, während die [[irdisch]]-[[Mutter|mütterlichen]] Kräfte auf das [[Stoffwechsel-Gliedmaßen-System]] einwirken.  
Im Anschluss an Reinke erschienen zahlreiche Publikationen von Autoren, die sich mit theoretischen und philosophischen Problemen der Biologie auseinandersetzen. Als zentral für diese frühe Phase der theoretischen Biologie sind vor allem [[Jakob Johann von Uexküll]] und [[Julius Schaxel]] zu nennen. Beide arbeiteten mit dem Begriff Theoretische Biologie. Während Uexküll eine eigene Neukonzeption für die Biologie erarbeiten wollte, versuchte Schaxel mit seinem Buch ''Grundzüge der Theoriebildung in der Biologie'' von 1919 und der im gleichen Jahr gegründeten Schriftenreihe ''Abhandlungen zur theoretischen Biologie'' auf die theoretischen Probleme der Biologie aufmerksam zu machen und ein Forum für die Bearbeitung dieser Probleme zu etablieren. Weitere wichtige Vertreter der theoretischen Biologie waren [[Max Hartmann (Zoologe)|Max Hartmann]] und [[Ludwig von Bertalanffy]].


{{GZ|Dasjenige, was zunächst
Die heutige Bedeutung des Begriffs Theoretische Biologie als einer Biologie mit mathematischen Mitteln entwickelte sich erst relativ spät: Frühe Protagonisten der mathematisch verstandenen Theoretischen Biologie waren um 1925/26 der Mathematiker [[Alfred J. Lotka]] sowie der Physiker [[Vito Volterra]], die zu dieser Zeit unabhängig voneinander Systeme von gewöhnlichen [[Differentialgleichung]]en zur Beschreibung der Dynamik von Populationen angaben. Doch erst während und nach dem [[Zweiter Weltkrieg|Zweiten Weltkrieg]] entwickelte sich eine breite mathematikorientierte Tradition in der theoretischen Biologie. Hier spielte auch der Einfluss von Biologen aus Russland eine große Rolle, wo die Verbindung von Mathematik und Biologie eine längere Tradition und eine stärkere Verbreitung hatte. Vor allem die [[Populationsgenetik]] war hier ein wichtiger Bereich. Biologen wie [[Theodosius Dobzhansky]], [[Ronald Fisher]], [[Sewall Wright]] und [[John Burdon Sanderson Haldane]], die auch zu den zentralen Figuren der [[synthetische Evolutionstheorie|synthetischen Evolutionstheorie]] gehörten, leisteten hier wichtige Pionierarbeit. 1948 folgte die Einrichtung des weltweit ersten Graduiertenstudiengangs in Mathematischer Biologie durch [[Nicolas Rashevsky]]. Von 1952 bis 1954 legte [[Alan Turing]] mit epochemachenden Ergebnissen zur Musterbildung in biologischen Systemen, insbesondere dem nach ihm benannten [[Turing-Mechanismus]], die Grundlage für die Mathematisierung der [[Entwicklungsbiologie]].
im Embryonalzustand mit der Kopforganisation vor sich geht, ist in
seinem ganzen Umfang fast ein Werk kosmischer Kräfte. Der mütterliche
Uterus gibt die Stätte ab, wo gegen die irdischen Kräfte geschützt
ist dasjenige, was geschieht, Sie müssen sich den mütterlichen Uterus
als ein Organ vorstellen, welches den Raum abschließt, der die Wirkung
der irdischen Einflüsse nicht einläßt, so daß der Raum ausgespart
wird für kosmische Wirkungen. Wir haben einen Raum, der unmittelbar
mit dem Kosmos in Verbindung steht, in dem sich kosmische Wirkungen
abspielen. Nun, da geht die Entwickelung der Kopforganisation
vor sich. Wenn die menschlichen Kräfte des Mutterleibes, insofern
die menschlichen Kräfte des Mutterleibes das Kind in Empfang
nehmen, auf es wirken, dann beginnt die Stoffwechsel-Gliedmaßenorganisation
in diese Kräfte sich orientieren zu lassen,so daß Sie sehen:
bei dem Kinde sind einfach für den postembryonalen Zustand die kosmischen
Kräfte geblieben. Sie behalten die Überhand über dasjenige,
was an Stärke hätte mitgegeben werden sollen, an Kräften, die sonst
das Kind bekommt für die irdische Entwickelung, für die Entwickelung
des Gliedmaßen-Stoffwechselsystems. Nun, die Folge davon ist
ganz klar. Würde das Kind länger im Mutterleibe sein - das ist eine
absurde Hypothese -, würde es langer da sein als zehn Monate, so
würde der Kopf fortwährend wachsen und die Gliedmaßen würden
nicht zur Entwickelung kommen können. Da ist nur Gelegenheit gegeben,
Außerirdisches, Kosmisches wachsen zu lassen.|317|121f}}


[[Rudolf Steiner]] hat oft darauf hingewiesen, dass das [[Haupt]] der gegenwärtigen [[Inkarnation]] - nicht stofflich, aber der [[Gestalt]] nach - eine [[Metamorphose]] des [[Leib]]es (ausgenommen des Hauptes) der vorangegangenen Inkarnation ist. Diese Metamorphose vollzieht sich im geistigen [[Leben zwischen Tod und neuer Geburt]].
Heutzutage erlebt aber auch das ursprüngliche Programm der Theoretischen Biologie als [[Philosophie der Biologie]] neuen Aufschwung.


{{GZ|Zunächst haben wir das Haupt. Dieses ist, wie Sie aus früheren Betrachtungen
== Bereiche ==
wissen, in der Form, wie es auftritt in irgendeiner Inkarnation,
Weite Teilgebiete der Theoretischen Biologie bedienen sich mathematischer Methoden aus dem Gebiet der Dynamischen Systeme zur [[Modell]]ierung biologischer Zusammenhänge. Eine gewisse Verwandtschaft besteht in Teilen der Theoretischen Biologie mit Themengebieten der theoretischen [[Informatik]] und [[Bioinformatik]]. In diesen letzteren Bereichen kommen vor allem Werkzeuge aus der Diskreten Mathematik zur Verwendung.
eigentlich dazu bestimmt, in dieser Inkarnation seinen Abschluß
zu finden. Das Haupt ist am meisten dem Tode ausgesetzt. Denn wie
unser Haupt gebildet ist - erinnern Sie sich an frühere Betrachtungen -,
wie unser Haupt organisiert ist, ist es im wesentlichen das Ergebnis
unseres Lebens in der früheren Inkarnation. Wie dagegen unser nächstes
Haupt, unser nächster Kopf gebildet sein wird in der folgenden
Inkarnation, das ist ein Ergebnis unseres jetzigen Leibeslebens. Kurz
habe ich das ausgedrückt vor einiger Zeit, indem ich sagte: Der Leib des
Menschen, außer dem Haupte, wandelt sich um zum Haupt in der
nächsten Inkarnation, und der nächste Leib wächst zu, während das
jetzige Haupt, das wir tragen, der umgewandelte Leib der vorhergehenden
Inkarnation ist, und uns unser übriger Leib jetzt aus den Vererbungsverhältnissen
mehr oder weniger - das alles ist gradweise verschieden
- zugewachsen ist.


Das ist die Metamorphose. Das Haupt fällt gleichsam ab in einer
Unter den  Bereichen der Theoretischen Biologie befinden sich unter anderem:
Inkarnation, es ist das Ergebnis des Leibes der vorhergehenden Inkarnation.
Und der Leib gestaltet sich um, metamorphosiert sich, wie in
der Goetheschen Metamorphosenlehre das Blatt zur Blüte, zum Haupte
in der nächsten Inkarnation. Dadurch aber, daß das Haupt, der Kopf
gebildet wird aus dem Erdenleib der vorhergehenden Inkarnation, hat
die geistige Welt mit diesem Haupte zwischen dem Tod und einer
neuen Geburt besonders viel zu tun, denn es muß die Urform, das Urbild
des Hauptes aus der geistigen Welt gemäß dem Karma herausgearbeitet
werden. Daher erscheint auch im Embryo das Haupt zuerst
vollkommen ausgebildet, weil es aus dem Kosmos heraus am meisten
beeinflußt ist. Durch die menschliche Organisation wird der übrige
Leib eigentlich am meisten beeinflußt. Daher erscheint diese übrige
Organisation im Embryo später ausgebildet als das Haupt. Das Haupt
ist schon - natürlich nicht seiner physischen Gestaltung nach, der physische
Stoff ist gewiß der Vererbung entnommen, aber in bezug auf
seine Formung, in bezug auf sein Urbild - aus dem Kosmos herausgebildet,
ist, wie man sagen kann, aus der Sphäre. Ihr Haupt ist nicht
umsonst mehr oder weniger kugelförmig; es ist das Haupt ein Abbild
der ganzen Weltensphäre, und die ganze Weltensphäre arbeitet mit an
der Bildung des Hauptes. So daß wir sagen können: das Haupt ist aus
der Sphäre gebildet [...]


[[Datei:GA174 207.gif|right|350px|Zeichnung aus GA 174, S. 207]]
=== Theoretische Ökologie ===
Dem Kopfe liegt die Kugelform zugrunde,
Hier wird unter anderem versucht, Aussagen über die Dynamik von [[Population (Biologie)|Population]]en und [[Biozönose]]n zu machen. Als grundlegend erweisen sich die in fast jeder ökologischen [[Interaktion]]struktur  gegenwärtigen Räuber-Beute-Beziehungen. Bei der mathematischen Formulierung von [[Räuber-Beute-Beziehung|Räuber-Beute-Modellen]], die erstmals in den 1920er-Jahren von Lotka und Volterra unternommen wurde, kommen klassischer Weise vor allem [[gewöhnliche Differentialgleichung]]en (z. B. die [[Lotka-Volterra-Gleichungen]]) und [[Differenzengleichung]]en zur Anwendung. Eine Schwierigkeit besteht in der Tatsache, dass viele biologische Zusammenhänge in natürlicher Weise auf nichtlineare Gleichungen führen, die nur über numerische, indirekte oder qualitative Methoden untersucht werden können.
den Brustorganen liegt zugrunde der Kreisteil, gewissermaßen
der Halbkreis. Nur ist er verschiedentlich gebogen, und man kann es
nicht mehr genau sehen. Sehen könnten Sie, daß Ihr Kopf wirklich eine
Kugel ist, wenn auf den Menschen nie luziferische und ahrimanische
Kräfte gewirkt hätten. Sehen würden Sie, daß die Brustorgane wirklich
eine Halbsphäre sind, wenn eben diese Kräfte nicht gewirkt hätten.
Und gewissermaßen die Richtung nach dem Mittelpunkte — aber man
könnte sagen: für gewöhnliche irdische geometrische Verhältnisse nach
dem unendlich fernen Mittelpunkte - ist nach dem Osten. Also Halb-
Sphäre: nach dem Osten.


Jetzt haben wir als drittes Glied alles dasjenige, was sich im Mensehen
Ein stärker anwendungsbezogener Unterbereich der [[Homöostase#Biologie|theoretischen Ökologie]] macht sich die Möglichkeiten expliziter [[Computersimulation]] zunutze und geht von einfachen multiagentbasierten Simulationen bis zur computergestützten Darstellung ganzer [[Ökosystem]]e. Hier besteht ein fließender Übergang zwischen theoretischer Ökologie und praktischem [[Ökosystemmanagement]].
findet als Teilorgane außer Kopf und Brustorganen: Unterleibsorgane
mit den daranhängenden Gliedmaßen. Alles das will ich, obwohl
die Benennung nicht besonders genau ist, Unterleibsorgane nennen.
Dieses, was wir so als Unterleibsorgane zusammenfassen, können wir
nun auch ebenso beziehen auf äußerlich organisierende Kräfte, die
natürlich hier auf diesem Gebiete hauptsächlich auf dem Umwege
durch die Embryologie auf den Menschen wirken, aber eben auf diesem
Umwege doch so wirken, weil während der Schwangerschaft die Mutter
abhängig ist von den Kräften, die da aufgesucht werden müssen zu
der Gestaltung des Unterleibes, ebenso wie die Sphäre aufgesucht werden
muß zur Gestaltung des Kopfes, der Osten, die Halbsphäre aufgesucht
werden muß zur Gestaltung der Brustorgane.


Was auf solche Weise auf die Organe des Unterleibes als Kräfte
=== Mathematische Epidemiologie ===
wirkt, das müssen Sie sich vorstellen so, daß es vom Mittelpunkte der
Fragen nach der Form und Geschwindigkeit der Ausbreitung von ansteckenden Krankheiten, sowie zur Wirksamkeit von Schutzmaßnahmen, versucht die mathematische [[Epidemiologie]] exakt zu fassen und auf Grundlage der Theorie dynamischer Systeme zu beantworten. Beispielsweise kann das sogenannte [[SIR-Modell]] dazu eingesetzt werden, die Epidemiologie von [[Influenza]] zu beschreiben. Die verwendeten Gleichungen sind oft den Gleichungen der theoretischen Ökologie nah verwandt.
Erde kommt, aber differenziert wird durch das Territorium, auf dem
sich die Eltern beziehungsweise Voreltern aufhalten, durch das Territorium
und alles, was damit zusammenhängt. Also wohlgemerkt, es
kommen die Kräfte vom Mittelpunkte der Erde; aber ob ein Mensch in
Nordamerika oder Australien oder Asien oder Europa zur Welt gekommen
ist, es kommt aus dem Mittelpunkte der Erde, aber immer
differenziert, einmal wie die Kraft wirkt durch das europäische Territorium
differenziert, einmal durch das amerikanische Territorium
differenziert, einmal durch das asiatische Territorium differenziert und
so weiter. Also ich kann sagen: Die Unterleibsorgane werden bestimmt
aus dem Mittelpunkte der Erde, in Differenzierung durch das Territorium.
Nun, wenn wir okkultistisch vollständig den Menschen betrachten
wollen, so müssen wir noch ein Viertes betrachten. Da werden Sie
sagen: Wir haben ja jetzt schon den ganzen Menschen. Gewiß, aber im
Okkultismus kommt immer noch ein Viertes in Betracht. Jetzt haben
wir drei Glieder des Menschen betrachtet; jetzt können wir noch den
ganzen Menschen für sich betrachten. Das Ganze ist eben auch ein
Glied. Also Kopf, Rumpf, Unterleib, aber jetzt alles zusammen, so daß
wir als viertes Glied das Ganze haben, und dieses Ganze ist jetzt wiederum
durch Kräfte gebildet. Aber es ist dieses Ganze gebildet durch
Kräfte des ganzen Erdenumkreises. Also jetzt nicht differenziert durch
das Territorium, sondern das Ganze des Menschen ist gebildet durch
den ganzen Umkreis, also durch den Erdenumkreis.|174|205f}}


{{GZ|Das hat nämlich die alte Weisheit, die instinktive Weisheit der
=== Theoretische Neurobiologie ===
Morgenländer gut gewußt, daß die Sterne auch geistige Wesenheiten
Gearbeitet wird, wie auch in der experimentellen [[Neurobiologie]], auf verschiedenen Integrationsebenen. Die Aufgaben der theoretischen Neurobiologie, auch [[Computational Neuroscience]] genannt, erstrecken sich damit beispielsweise von der Modellierung eines oder einiger weniger [[Ionenkanal|Ionenkanäle]] bis hin zur Analyse und Simulation großer neuronaler Verbände. Ein Beispiel ist die Modellierung von bestimmten Hirnfunktionen, zum Beispiel die Generierung des Tag-Nacht-Zyklus ([[Circadiane Rhythmik]]). Es bestehen teils enge Verbindungen zur [[Neuroinformatik]].
in sich haben, und diese geistigen Wesenheiten, die haben sie verehrt
auf ihre Art, nicht die äußeren physischen Sterne. In diesem Sinne
war die Religion dadrüben in Vorderasien eine Sternenreligion. Das
heißt, die Menschen haben angenommen, der Saturn zum Beispiel
hat geistige Wesenheiten, die haben einen gewissen Einfluß auf die
Menschen. Der Jupiter hat geistige Wesenheiten und so weiter, und
alle diese Wesenheiten haben einen gewissen Einfluß auf das irdische
Menschenleben.


Nun, die Juden haben sich um die anderen Sterne wenig gekümmert;
=== Theoretische Evolutionsbiologie ===
aber dasjenige, was sie aus den alten Religionen genommen
Die Theoretische [[Evolutionsbiologie]] untersucht mit mathematischen Methoden die Dynamik von evolvierenden Systemen. Die klassische Theoretische Evolutionsbiologie basiert zu großen Teilen auf einflussreichen Arbeiten von Fischer, Wright und [[J. B. S. Haldane|Haldane]].  Ein jüngeres Teilgebiet der Theoretischen Evolutionsbiologie ist die [[Evolutionäre Spieltheorie]] zu der unter anderen [[John Maynard Smith]]<ref>J. Maynard Smith: ''Evolution and the Theory of Games.'' Cambridge University Pressm 1982.</ref> wichtige Grundlagen schuf. Im Mittelpunkt des Interesses stehen dort als gemeinsames [[Abstraktum]] selbstreplizierender Systeme die sogenannten [[Replikatorgleichungen|Replikatordynamiken]] und [[Evolutionär stabile Strategie|evolutionär stabile Strategien]]. Die Grundgleichungen der Replikatordynamik sind teilweise über Diffeomorphismen mit Lotka-Volterra-Systemen verwandt, wie Arbeiten von Hofbauer zeigen. In neuerer Zeit findet eine stärkere Beschäftigung mit endlichen Populationen statt. In endlichen Populationen spielen stochastische Effekte eine größere Rolle. Das Konzept der evolutionär stabilen Strategie wurde von  [[Martin A. Nowak]] auf den Fall endlicher Populationen ausgeweitet.
haben, das war der Einfluß des Mondes. Und sie haben ihren Jahve,
ihren Jehova in Zusammenhang gebracht mit dem Geistigen im
Mond. Das ist also eigentlich die ursprüngliche jüdische Religion,
daß der Jahve, der im menschlichen Ich lebt, abhängig ist vom
Mond.


Nun, meine Herren, das ist nicht eine bloße Sage, das ist auch
=== Weitere mathematisch orientierte Felder der Theoretischen Biologie ===
nicht eine bloße religiöse abergläubische Vorstellung, sondern das
* [[Künstliches Leben|Artificial life]]
ist etwas, was sich wissenschaftlich gut nachweisen läßt. Die Sache
* Theoretische Entwicklungsbiologie
ist nämlich so, daß der Mensch tatsächlich in der Zeit, die auch
* Theoretische Immunologie
wichtig ist für sein irdisches Dasein, in der Zeit während der
* [[Metabolic Control Analysis]]
Schwangerschaft der Mutter, also während er noch ein Menschenkeim,
ein Embryo ist, ganz vom Monde abhängig ist. Diese Abhängigkeit
des Menschen vom Monde während seiner Embryonalzeit,
während seiner Keimeszeit, die hat man lange gewußt, und man hat
darnach sogar die Zeit der Schwangerschaft berechnet auf zehn
Mondmonate. Erst in der allerletzten Zeit ist es aufgekommen, die
Mondenmonate auf Sonnenmonate zu rechnen, auf neun Monate.
Aber in diesen zehn Mondmonaten, die man für die Zeit der
Schwangerschaft mit Recht angenommen hat, da steckt noch drinnen,
daß der Mensch in seiner Embryonalzeit, also als Menschenkeim,
im Leibe der Mutter, abhängig ist vom Mond. Nun, inwieferne
ist er abhängig vom Mond? Ich habe auch darauf schon aufmerksam
gemacht.


Sehen Sie, die Sache ist so, daß dasjenige, was der erste befruchtete
== Entwicklung ==
Eikeim ist, eigentlich zerstörte Erdenmaterie enthält, pulverisierte
In jüngerer Zeit ist die im anglo-amerikanischen Kulturraum seit längerem stark expandierende Theoretische Biologie auch in Deutschland im Aufstieg begriffen. Davon zeugt die Einrichtung mehrerer Lehrstühle für Theoretische Biologie; es kann eine Diversifikation der Forschungsthemen beobachtet werden. Ein Zentrum der Theoretischen Biologie in Deutschland stellt das Institut für Theoretische Biologie an der Humboldt-Universität zu Berlin dar. Historisch wurden gelegentlich auch einige nicht mathematische Bereiche der Biologie zur Theoretischen Biologie gezählt.
Erdenmaterie, und aus dem würde nie etwas, wenn nur Erdenkräfte
auf ihn wirken würden - niemals! Aus diesem Menschenkeim wird
lediglich dadurch etwas, daß vom Monde her der Einfluß auf die
Erde stattfindet. Und man kann sagen: Der Mensch kommt ins Erdenleben
durch die Kräfte des Mondes. - So daß also die Juden, die
Jahve als eine Mondgottheit angesehen haben, eigentlich haben hinweisen
wollen auf diese Abhängigkeit des Menschen von Mondenkräften,
wenn er auf die Erde hereintritt.


Nun gewiß, die Leute weiter in Asien drüben, Babylonier, Assyrier,
== Studium ==
die haben auch noch andere Einflüsse als nur Mondeneinflüsse
Als reguläres Fach des Grundstudiums bzw. der Bachelorausbildung ist Theoretische Biologie nicht an allen Hochschulen verpflichtend.
angenommen. Sie haben zum Beispiel gesagt: Der Jupiter, der hat einen
 
gewissen Einfluß darauf, ob der Mensch in seiner weiteren Entwicklung
Als Hauptfach im Studium der Biologie kann Theoretische Biologie derzeit unter anderem an der Humboldt-Universität in Berlin und der Universität Bonn studiert werden. Obwohl Art und Umfang der Mathematikausbildung von Biologiestudenten mancherorts stark gesteigert wurden, verfügt nach wie vor nur ein geringer Teil der Biologen über Kenntnisse, die zur Forschung in der Theoretischen Biologie befähigen.
gescheit wird oder dumm bleibt oder dergleichen. Aber
 
auf solche nebensächlichen Einflüsse haben sich die Juden nicht eingelassen.
An mehreren Universitäten besteht die Möglichkeit, Theoretische Biologie im Rahmen eines Mathematikstudiums mit Schwerpunkt in der Angewandten Mathematik zu studieren. Die [[Universität Greifswald]] bietet, Stand 2018, den grundständigen Studiengang „Biomathematik“, Bachelor of Science und Master of Science, („B.Sc.“ und „M.Sc“)<ref name="UniGreifswald_Studienfächer">[https://www.uni-greifswald.de/fileadmin/uni-greifswald/2_Studium/2.1_Studienangebot/studienfach.pdf Universität Greifswald - Alle Studienfächer in alphabetischer Reihenfolge] (pdf; 77,5 kB; 3 Seiten), Stand: 15. Juni 2018, S. 1, abgerufen am 28. Oktober 2018.</ref> an. Daneben bieten unter anderem die Universitäten Wien und Oxford eine Spezialisierung im Bereich der Theoretischen Biologie an. Wien bietet ein Masterstudium. Schwerpunkt des Departments sind quantitative Verfahren in der Entwicklungsbiologie mit Hilfe hochauflösender micro-CT-Bildgebung, sowie Modellierung und theoretische Integration von Entwicklungsprozessen.<ref>[http://theoretical.univie.ac.at/ Department für Theoretische Biologie Universität Wien]</ref>
Sie haben nur den einen Gott verehrt, und das war eben
 
eine Mondengottheit. Das wird ja gewöhnlich als ein großer religiöser
Während und nach der Promotion kann das Studium an mittlerweile zahlreichen auf Theoretische Biologie spezialisierten Forschungsinstituten fortgesetzt werden.
Fortschritt angesehen, daß die Juden von vielen Göttern zu einem
Gotte fortgeschritten sind.|353|74ff}}


== Siehe auch ==
== Siehe auch ==
* {{WikipediaDE|Kategorie:Theoretische Biologie}}
* {{WikipediaDE|Theoretische Biologie}}
== Literatur ==
* Bonner, J. T. 1988. ''The Evolution of Complexity by Means of Natural Selection''. Princeton: Princeton University Press.
* Nicholas F. Britton: Essential Mathematical Biology. Springer 
* Hertel, H. 1963. ''Structure, Form, Movement''. New York: Reinhold Publishing Corp.
* Mangel, M. 1990. ''Special Issue, Classics of Theoretical Biology'' (part 1). Bull. Math. Biol. 52(1/2): 1-318.
* Murray, J. Mathematical Biology. Springer 
* Prusinkiewicz, P. & Lindenmeyer, A. 1990. ''The Algorithmic Beauty of Plants''. Berlin: Springer-Verlag.
* Thompson, D.W. 1942. ''On Growth and Form''. 2nd ed. Cambridge: Cambridge University Press: 2. vols.
* Vogel, S. 1988. ''Life's Devices: The Physical World of Animals and Plants''. Princeton: Princeton University Press.
* ''Signs of Life: How Complexity Pervades Biology'', mit Ricard V. Sole, Basic Books, 2001, ISBN 0465019277
* ''How the Leopard Changed its Spots: The Evolution of Complexity'', Scribner, 1994, ISBN 0025447106<br>(deutsch: ''Der Leopard, der seine Flecken verliert'', Piper, München 1997, ISBN 3492038735)
* ''Form and Transformation: Generative and Relational Principles in Biology'', Cambridge Univ Press, 1996.
* ''Mechanical Engineering of the Cytoskeleton in Developmental Biology (International Review of Cytology)'', mit Kwang W. Jeon und Richard J. Gordon, Academic Press, London 1994, ISBN 0123645530
* ''Theoretical Biology: Epigenetic and Evolutionary Order for Complex Systems'' mit Peter Saunders, Edinburgh University Press, 1989, ISBN 0852246005
*Lotka, A. J. (1925): ''Elements of Physical Biology''. Williams and Wilkins, Baltimore. ISBN 0486603466
*Lotka, A. J.: ''Analytical Theory of Biological Populations'' (The Plenum Series on Demographic Methods and Population Analysis). New York: Springer US (Plenum Press), 1998. ISBN 0306459272


* {{WikipediaDE|Schwangerschaft}}
== Weblinks ==
* [http://www.theobio.uni-bonn.de/infos/what_is_theoretical_biology.html Was ist theoretische Biologie?]
* F. Hoppensteadt, ''[http://www.ams.org/notices/199509/hoppensteadt.pdf Getting Started in Mathematical Biology] (PDF; 197&nbsp;kB)''. Notices of American Mathematical Society, Sept. 1995.
*M. C. Reed, ''[http://www.resnet.wm.edu/~jxshix/math490/reed.pdf Why Is Mathematical Biology So Hard?] (PDF; 52&nbsp;kB)'' Notices of American Mathematical Society, March, 2004.
*R. M. May, ''[http://www.resnet.wm.edu/~jxshix/math490/may.pdf Uses and Abuses of Mathematics in Biology] (PDF; 222&nbsp;kB)''. Science,  February 6, 2004.
*J. D. Murray, ''[http://www.resnet.wm.edu/~jxshix/math490/murray.doc How the leopard gets its spots?] (Microsoft Word|MS Word; 931&nbsp;kB)'' Scientific American, 258(3): 80-87, 1988.
* S. Schnell, R. Grima, P. K. Maini, [http://www.americanscientist.org/template/AssetDetail/assetid/54784 Multiscale Modeling in Biology], American Scientist, Vol 95, pages 134-142, March-April 2007.


== Literatur ==
== Einzelnachweise ==
<references />


*Rudolf Steiner: ''Zeitgeschichtliche Betrachtungen. Das Karma der Unwahrhaftigkeit – Zweiter Teil'', [[GA 174]] (1983), ISBN 3-7274-1740-4 {{Vorträge|174}}; ''kommentierte Neuausgabe von GA 173 und GA 174'' als [[GA 173 a-c]] 2010 ISBN 3727417315''
{{Normdaten|TYP=s|GND=4185095-6}}
*Rudolf Steiner: ''Heilpädagogischer Kurs'', [[GA 317]] (1995), ISBN 3-7274-3171-7 {{Vorträge|317}}
*Rudolf Steiner: ''Die Geschichte der Menschheit und die Weltanschauungen der Kulturvölker'', [[GA 353]] (1988), ISBN 3-7274-3532-1 {{Vorträge|353}}


{{GA}}
[[Kategorie:Biologie nach Fachgebiet]]
[[Kategorie:Biologisches Fachgebiet]]
[[Kategorie:Theoretische Biologie|!]]


[[Kategorie:Medizin]] [[Kategorie:Biologie]]
{{Wikipedia}}

Version vom 2. Januar 2019, 06:06 Uhr

Die Theoretische Biologie entwickelt formale Modelle zur Beschreibung biologischer Phänomene. Dazu nutzt sie insbesondere Methoden aus der Mathematik. Es werden Modelle und Theorien erarbeitet, um die Struktur und Dynamik lebender Systeme zu beschreiben. Viele fundamentale Erkenntnisse der Biologie, etwa die Beschreibung evolutionär stabiler Strategien oder auch die Replikatorgleichungen, stammen aus der Theoretischen Biologie. In ihrer rein mathematischen Ausrichtung wird die Theoretische Biologie auch Biomathematik genannt und ist ein Teilgebiet der Angewandten Mathematik.

Geschichte

1920 Frühes Standardwerk der vormathematischen Theoretischen Biologie

Die Idee einer theoretischen Biologie entwickelte sich um 1900. An zentraler Stelle taucht der Begriff theoretische Biologie erstmals 1901 im Titel des Buches Einleitung in die theoretische Biologie von Johannes Reinke auf. In der sich hieraus entwickelnden Tradition wurde die Aufgabe der theoretischen Biologie allerdings noch weniger in der Mathematisierung der biologischen Theorien, sondern vielmehr als konzeptionelle Grundlegung für die Biologie gesehen. Die Biologie war zu diesem Zeitpunkt als Disziplin gerade erst dabei, sich zu formieren und der Theoriebestand der vielen verschiedenen Einzeldisziplinen war unübersichtlich und in großen Teilen widersprüchlich. Im 19. Jahrhundert hatte man noch gehofft, dass die Evolutionstheorie Darwins die Aufgabe einer Grundlegung für die Biologie übernehmen könnte. Aber der Darwinismus durchlief um 1900 eine tiefe Krise.

Im Anschluss an Reinke erschienen zahlreiche Publikationen von Autoren, die sich mit theoretischen und philosophischen Problemen der Biologie auseinandersetzen. Als zentral für diese frühe Phase der theoretischen Biologie sind vor allem Jakob Johann von Uexküll und Julius Schaxel zu nennen. Beide arbeiteten mit dem Begriff Theoretische Biologie. Während Uexküll eine eigene Neukonzeption für die Biologie erarbeiten wollte, versuchte Schaxel mit seinem Buch Grundzüge der Theoriebildung in der Biologie von 1919 und der im gleichen Jahr gegründeten Schriftenreihe Abhandlungen zur theoretischen Biologie auf die theoretischen Probleme der Biologie aufmerksam zu machen und ein Forum für die Bearbeitung dieser Probleme zu etablieren. Weitere wichtige Vertreter der theoretischen Biologie waren Max Hartmann und Ludwig von Bertalanffy.

Die heutige Bedeutung des Begriffs Theoretische Biologie als einer Biologie mit mathematischen Mitteln entwickelte sich erst relativ spät: Frühe Protagonisten der mathematisch verstandenen Theoretischen Biologie waren um 1925/26 der Mathematiker Alfred J. Lotka sowie der Physiker Vito Volterra, die zu dieser Zeit unabhängig voneinander Systeme von gewöhnlichen Differentialgleichungen zur Beschreibung der Dynamik von Populationen angaben. Doch erst während und nach dem Zweiten Weltkrieg entwickelte sich eine breite mathematikorientierte Tradition in der theoretischen Biologie. Hier spielte auch der Einfluss von Biologen aus Russland eine große Rolle, wo die Verbindung von Mathematik und Biologie eine längere Tradition und eine stärkere Verbreitung hatte. Vor allem die Populationsgenetik war hier ein wichtiger Bereich. Biologen wie Theodosius Dobzhansky, Ronald Fisher, Sewall Wright und John Burdon Sanderson Haldane, die auch zu den zentralen Figuren der synthetischen Evolutionstheorie gehörten, leisteten hier wichtige Pionierarbeit. 1948 folgte die Einrichtung des weltweit ersten Graduiertenstudiengangs in Mathematischer Biologie durch Nicolas Rashevsky. Von 1952 bis 1954 legte Alan Turing mit epochemachenden Ergebnissen zur Musterbildung in biologischen Systemen, insbesondere dem nach ihm benannten Turing-Mechanismus, die Grundlage für die Mathematisierung der Entwicklungsbiologie.

Heutzutage erlebt aber auch das ursprüngliche Programm der Theoretischen Biologie als Philosophie der Biologie neuen Aufschwung.

Bereiche

Weite Teilgebiete der Theoretischen Biologie bedienen sich mathematischer Methoden aus dem Gebiet der Dynamischen Systeme zur Modellierung biologischer Zusammenhänge. Eine gewisse Verwandtschaft besteht in Teilen der Theoretischen Biologie mit Themengebieten der theoretischen Informatik und Bioinformatik. In diesen letzteren Bereichen kommen vor allem Werkzeuge aus der Diskreten Mathematik zur Verwendung.

Unter den Bereichen der Theoretischen Biologie befinden sich unter anderem:

Theoretische Ökologie

Hier wird unter anderem versucht, Aussagen über die Dynamik von Populationen und Biozönosen zu machen. Als grundlegend erweisen sich die in fast jeder ökologischen Interaktionstruktur gegenwärtigen Räuber-Beute-Beziehungen. Bei der mathematischen Formulierung von Räuber-Beute-Modellen, die erstmals in den 1920er-Jahren von Lotka und Volterra unternommen wurde, kommen klassischer Weise vor allem gewöhnliche Differentialgleichungen (z. B. die Lotka-Volterra-Gleichungen) und Differenzengleichungen zur Anwendung. Eine Schwierigkeit besteht in der Tatsache, dass viele biologische Zusammenhänge in natürlicher Weise auf nichtlineare Gleichungen führen, die nur über numerische, indirekte oder qualitative Methoden untersucht werden können.

Ein stärker anwendungsbezogener Unterbereich der theoretischen Ökologie macht sich die Möglichkeiten expliziter Computersimulation zunutze und geht von einfachen multiagentbasierten Simulationen bis zur computergestützten Darstellung ganzer Ökosysteme. Hier besteht ein fließender Übergang zwischen theoretischer Ökologie und praktischem Ökosystemmanagement.

Mathematische Epidemiologie

Fragen nach der Form und Geschwindigkeit der Ausbreitung von ansteckenden Krankheiten, sowie zur Wirksamkeit von Schutzmaßnahmen, versucht die mathematische Epidemiologie exakt zu fassen und auf Grundlage der Theorie dynamischer Systeme zu beantworten. Beispielsweise kann das sogenannte SIR-Modell dazu eingesetzt werden, die Epidemiologie von Influenza zu beschreiben. Die verwendeten Gleichungen sind oft den Gleichungen der theoretischen Ökologie nah verwandt.

Theoretische Neurobiologie

Gearbeitet wird, wie auch in der experimentellen Neurobiologie, auf verschiedenen Integrationsebenen. Die Aufgaben der theoretischen Neurobiologie, auch Computational Neuroscience genannt, erstrecken sich damit beispielsweise von der Modellierung eines oder einiger weniger Ionenkanäle bis hin zur Analyse und Simulation großer neuronaler Verbände. Ein Beispiel ist die Modellierung von bestimmten Hirnfunktionen, zum Beispiel die Generierung des Tag-Nacht-Zyklus (Circadiane Rhythmik). Es bestehen teils enge Verbindungen zur Neuroinformatik.

Theoretische Evolutionsbiologie

Die Theoretische Evolutionsbiologie untersucht mit mathematischen Methoden die Dynamik von evolvierenden Systemen. Die klassische Theoretische Evolutionsbiologie basiert zu großen Teilen auf einflussreichen Arbeiten von Fischer, Wright und Haldane. Ein jüngeres Teilgebiet der Theoretischen Evolutionsbiologie ist die Evolutionäre Spieltheorie zu der unter anderen John Maynard Smith[1] wichtige Grundlagen schuf. Im Mittelpunkt des Interesses stehen dort als gemeinsames Abstraktum selbstreplizierender Systeme die sogenannten Replikatordynamiken und evolutionär stabile Strategien. Die Grundgleichungen der Replikatordynamik sind teilweise über Diffeomorphismen mit Lotka-Volterra-Systemen verwandt, wie Arbeiten von Hofbauer zeigen. In neuerer Zeit findet eine stärkere Beschäftigung mit endlichen Populationen statt. In endlichen Populationen spielen stochastische Effekte eine größere Rolle. Das Konzept der evolutionär stabilen Strategie wurde von Martin A. Nowak auf den Fall endlicher Populationen ausgeweitet.

Weitere mathematisch orientierte Felder der Theoretischen Biologie

Entwicklung

In jüngerer Zeit ist die im anglo-amerikanischen Kulturraum seit längerem stark expandierende Theoretische Biologie auch in Deutschland im Aufstieg begriffen. Davon zeugt die Einrichtung mehrerer Lehrstühle für Theoretische Biologie; es kann eine Diversifikation der Forschungsthemen beobachtet werden. Ein Zentrum der Theoretischen Biologie in Deutschland stellt das Institut für Theoretische Biologie an der Humboldt-Universität zu Berlin dar. Historisch wurden gelegentlich auch einige nicht mathematische Bereiche der Biologie zur Theoretischen Biologie gezählt.

Studium

Als reguläres Fach des Grundstudiums bzw. der Bachelorausbildung ist Theoretische Biologie nicht an allen Hochschulen verpflichtend.

Als Hauptfach im Studium der Biologie kann Theoretische Biologie derzeit unter anderem an der Humboldt-Universität in Berlin und der Universität Bonn studiert werden. Obwohl Art und Umfang der Mathematikausbildung von Biologiestudenten mancherorts stark gesteigert wurden, verfügt nach wie vor nur ein geringer Teil der Biologen über Kenntnisse, die zur Forschung in der Theoretischen Biologie befähigen.

An mehreren Universitäten besteht die Möglichkeit, Theoretische Biologie im Rahmen eines Mathematikstudiums mit Schwerpunkt in der Angewandten Mathematik zu studieren. Die Universität Greifswald bietet, Stand 2018, den grundständigen Studiengang „Biomathematik“, Bachelor of Science und Master of Science, („B.Sc.“ und „M.Sc“)[2] an. Daneben bieten unter anderem die Universitäten Wien und Oxford eine Spezialisierung im Bereich der Theoretischen Biologie an. Wien bietet ein Masterstudium. Schwerpunkt des Departments sind quantitative Verfahren in der Entwicklungsbiologie mit Hilfe hochauflösender micro-CT-Bildgebung, sowie Modellierung und theoretische Integration von Entwicklungsprozessen.[3]

Während und nach der Promotion kann das Studium an mittlerweile zahlreichen auf Theoretische Biologie spezialisierten Forschungsinstituten fortgesetzt werden.

Siehe auch

Literatur

  • Bonner, J. T. 1988. The Evolution of Complexity by Means of Natural Selection. Princeton: Princeton University Press.
  • Nicholas F. Britton: Essential Mathematical Biology. Springer
  • Hertel, H. 1963. Structure, Form, Movement. New York: Reinhold Publishing Corp.
  • Mangel, M. 1990. Special Issue, Classics of Theoretical Biology (part 1). Bull. Math. Biol. 52(1/2): 1-318.
  • Murray, J. Mathematical Biology. Springer
  • Prusinkiewicz, P. & Lindenmeyer, A. 1990. The Algorithmic Beauty of Plants. Berlin: Springer-Verlag.
  • Thompson, D.W. 1942. On Growth and Form. 2nd ed. Cambridge: Cambridge University Press: 2. vols.
  • Vogel, S. 1988. Life's Devices: The Physical World of Animals and Plants. Princeton: Princeton University Press.
  • Signs of Life: How Complexity Pervades Biology, mit Ricard V. Sole, Basic Books, 2001, ISBN 0465019277
  • How the Leopard Changed its Spots: The Evolution of Complexity, Scribner, 1994, ISBN 0025447106
    (deutsch: Der Leopard, der seine Flecken verliert, Piper, München 1997, ISBN 3492038735)
  • Form and Transformation: Generative and Relational Principles in Biology, Cambridge Univ Press, 1996.
  • Mechanical Engineering of the Cytoskeleton in Developmental Biology (International Review of Cytology), mit Kwang W. Jeon und Richard J. Gordon, Academic Press, London 1994, ISBN 0123645530
  • Theoretical Biology: Epigenetic and Evolutionary Order for Complex Systems mit Peter Saunders, Edinburgh University Press, 1989, ISBN 0852246005
  • Lotka, A. J. (1925): Elements of Physical Biology. Williams and Wilkins, Baltimore. ISBN 0486603466
  • Lotka, A. J.: Analytical Theory of Biological Populations (The Plenum Series on Demographic Methods and Population Analysis). New York: Springer US (Plenum Press), 1998. ISBN 0306459272

Weblinks

Einzelnachweise

  1. ↑ J. Maynard Smith: Evolution and the Theory of Games. Cambridge University Pressm 1982.
  2. ↑ Universität Greifswald - Alle Studienfächer in alphabetischer Reihenfolge (pdf; 77,5 kB; 3 Seiten), Stand: 15. Juni 2018, S. 1, abgerufen am 28. Oktober 2018.
  3. ↑ Department für Theoretische Biologie Universität Wien


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