Systeme in der Biologie

Das Hauptziel der beabsichtigten Forschungen besteht darin frühe biologische Systemansätze für die Weiterentwicklung moderner Systemforschungen in den Lebenswissenschaften nutzbar zu machen. Besondere Betonung wird auf die Pionierarbeiten von Paul Weiss und Ludwig von Bertalanffy und ihren potentiellen Beitrag zum wachsenden Gebiet der "Systems Biology". Jüngste Artikel zu Systemansätzen und speziell zur Systems Biology zeigen, dass Weiss und Bertalanffy kaum erwähnt werden obwohl letzterer als Wegbereiter der Systems Biology gesehen wir. Dennoch haben beide Autoren beachtliche theoretische Arbeiten zu Systemkonzepten in der Biologie geleistet. Diese Arbeiten müssen zu Rate gezogen und an moderne Forschungsansätze adaptiert werden um gegenwärtige Probleme und offene Fragen zu behandeln. Ein großes Potential früher Ansätze für das heutige Systemdenken in der Biologie wird angenommen, und das Ziel der angestrebten Forschungen liegt im nutzbar machen dieses Potentials. Im Projekt werden zwei Absichten verfolgt. Einerseits werden grundlegende Charakteristika der Systems Biology anhand früherer Arbeiten untersucht und explizit gemacht. Basierend auf der früh entwickelten "Systemtheorie des Lebens" oder dem "organismischen Ansatz" werden Problemstellungen, Motivationen, Konzepte, Methoden und Annahmen des aktuellen Forschungsrahmens analysiert. Dies dient hauptsächlich der Beleuchtung der Voraussetzungen der heutigen Systems Biology. Andererseits erwarten wir, auf Grund der zuvor gewonnenen Ergebnisse, Konzepte und Methoden zum (theoretischen und empirischen) Forschungsrahmen beitragen zu können. Ziel ist es, inspiriert von früheren Systemansätzen, Wege aufzuzeigen die in Bezug auf Problemstellungen der Systems Biology nützlich sind. Motiviert wird die Forschung sowohl durch die Anliegen der WissenschaftlerInnen im Labor als auch der TheoretikerInnen und PhilosophInnen. Die im Labor arbeitenden WissenschaftlerInnen verlangen nach einer Erweiterung des konzeptuellen Apparates um mit den empirisch gewonnenen Daten besser umgehen zu können. Die TheoretikerInnen und PhilosophInnen meinen, das Erklärungspotential der Systems Biology ist gering und viele philosophische Fragen, erkenntnistheoretische wie auch ontologische, bleiben offen. Das Projekt wird zu Beiträge in beiden Problemfeldern führen. Die Untersuchungen werden sich auf bereits geleistete Forschungen zur konzeptionellen Verbindung von Weiss und Bertalanffy als auch zu Bertalanffys frühem Systemdenken stützen. Die Forschungen werden hauptsächlich in Kooperation mit Professor Olaf Wolkenhauer (Systembiologie und Bioinformatik, Universität Rostock), Professor Ana Soto (Department of Anatomy and Cell Biology, Tufts University School of Medicine, Boston), dem Zentrum für Logik, Wissenschaftstheorie und Wissenschaftsgeschichte (ZLWWG) in Rostock, Mitarbeitern des Projekts Philosophical Foundations of Systems Biology (PSBio) und dem Bertalanffy Center for the Study of Systems Science (BCSSS) in Wien durchgeführt.

Das Hauptziel des Projekts war es, frühere biologische Systemansätze für die moderne Systemforschung in den Lebenswissenschaften nutzbar zu machen. Im Laufe des Projekts, das sich auf einen Beitrag zur Systembiologie konzentrierte, wurde deutlich, dass die frühen weitgehend unbekannt Werke von Ludwig von Bertalanffy zur Evolutionstheorie für die evolutionäre Systembiologie von hoher Relevanz sind. Auch wenn die experimentellen Forschungsmethoden und Quantifizierungsverfahren in den vergangenen Jahrzehnten große Fortschritte machten, sind die theoretischen Überlegungen zu Systemfragen von Paul A. Weiss und Ludwig von Bertalanffy immer noch relevant. Tatsächlich nahmen sie einige moderne Überlegungen vorweg, z. B. zum Begriff der Homologie ein Kernbegriff der Evolutionsbiologie. Auch die Vorstellung, dass die biologische Evolution Zwängen unterliegt die auf einem System von Interaktionen von Merkmalen beruht lässt sich auf Bertalanffys verstreute aber originelle Arbeiten über Evolution zurückverfolgen. Die Ergebnisse zeigen auch, wie der wichtige evolutionäre Ansatz von Rupert Riedl auf den Systemkonzepten von Weiss und Bertalanffy basiert. Diese Überlegungen zur Verbindung von Systemansatz und der Evolutionstheorie sind auch wichtig für Bereiche die über die Biologie hinaus gehen. Sie sind für den weiteren Bereich der Systemwissenschaft von Bedeutung.Die heutige Systembiologie ist ein Feld mit einer Vielzahl von Wurzeln. Eine von ihnen ist die eher Technik-orientierte Kybernetik (erster Ordnung). Ein Vergleich zwischen Bertalanffys allgemeiner Systemlehre (GST) und der Kybernetik ist daher auch für die Systembiologie wichtig; vor allem, weil erstere auf der Grundlage biologischer Forschung entwickelt wurde. Dennoch war der Maschinenbegriff für Weiss und Bertalanffy ein ständiger Begleiter, von dem der Organismus unterschieden wurde. Dieses Forschungsprojekt hat jedoch gezeigt, dass die beiden Stränge der Systemwissenschaft einander nicht ausschließen. Auch wenn die Regulation in einem biologischen System anders funktionieren kann als durch ein vorher festgelegtes kybernetisches System, konnten beide schon vor vielen Jahren unter das Dach eines vereinigten mathematischen Formalismus gebracht werden. Ein Hauptunterschied zwischen GST und Kybernetik ist der organismische Ansatz in ersterer und die Maschinen-Ansatz in letzterer eine Tatsache, die sich auch in Unterschieden der Weltsicht widerspiegelt. Diese und einige andere Fragen, wie die philosophischen Grundlagen der beiden Bereiche die nicht so unterschiedlich sind wie manche meinen wurden im Detail analysiert, woraus ein Übersichtsartikel entstand, der in der Literatur bisher fehlte.Der organismische Ansatz und insbesondere der Organismus-Begriff sind auch für die Medizin von Bedeutung. Der Begriff des Organismus ist ein (wenn nicht der) Kernbegriff für alle biologischen Disziplinen und damit auch für die Medizin. Vor allem die Projektpartner aus dem Bereich der Krebsforschung sind sehr interessiert an der Überwindung einer vorwiegend molekularen Forschung und an der Integration aller Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Ebenen in einem Organismus. Die Ergebnisse aus diesem Projekt stützt dieses Vorhaben und unterstreichen die dringende Notwendigkeit einer theoretischen Biologie, die den Organismus-Begriff wieder in den Mittelpunkt stellt wie das schon Bertalanffy getan hat.