BeeTree Projekt - Emergenzanalyse: Der systematische Forschungsansatz |
Wieder Ansiedelung frei lebender Honigbienen |
Autor: Dr. Frank Mallwitz |
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I Honigbienen - ein emergentes System Emergenz und Bienen- in vier Schritten kurz erklärt Autonom lebende Honigbienen hatten vor ihrem Aussterben eine Schlüsselstellung im Ökosystem. Ihre Wiederansiedelung hätte einen milliardenschweren ökonomische Nutzen und einen unschätzbaren ökologischen Wert. Emergenzbetrachtungen bieten einen systematischen Weg, autonome Honigbienen in einem überschaubaren Zeitrahmen wieder anzusiedeln. |
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Zum Einstieg: Fassen wir kurz mal zusammen. Entropie und Information sind Schwesterbegriffe. Entropie kann als Maß für Ordnung (oder besser als Maß für Information) aufgefasst werden. Unter Beachtung der Grenzen von Reproduzierbarkeit kann Entropieabnahme ein Hinweis auf einen emergenten Prozess sein und damit auf Informationsgenese. Mit anderen Worten:" Entsteht eine neue Fähigkeit, sollte das mit lokaler Entropieabnahme verbunden sein". Damit ist alles klar und wem das zu schnell ging, der findet im Anhang einen deutlich sanfteren Einstieg. Ein Beispiel aus der Welt der Vögel: Stellen sie sich vor sie beobachten Stare und ihre Stare machen immer etwas, brüten, füttern, zanken aber egal wie sie ihre Daten auswerten nichts passiert, ihre Stare sind Einzeltiere, jeder Tag ist im Mittel irgendwie ähnlich. Doch auf einmal bilden ihre Stare einen Vogelschwarm. Dass bei der Bildung des Vogelschwarms Ordnung (oder Information) entstanden ist, erkennen sie sofort. Genauso klar ist auch das die entstandene Ordnung wieder "verschwindet" wenn sich der Vogelschwarm auflöst. Und obwohl die Erfahrung zeigt das sich aus Einzeltieren Schwärme bilden können haben sie keine Chance vorherzusagen ob oder wann sich ein Schwarm bildet, wieder auflöst, oder wie sich ein Schwarm im Flug verhält. Sie können lediglich Bedingungen unter denen sich ein Schwarm bilden kann schaffen, hoffen dass sich ein Schwarm bildet, ihn beobachten und versuchen Prinzipien zu erkennen bevor sich der Schwarm wieder auflöst. Diese Unvorhersagbarkeit ist eine missliche Sache, aber genau damit gilt es umzugehen. Emergenzanalyse - wir messen Ordnung: Wir messen also die Veränderung von Ordnung, achten auf die Abnahme von Entropie und entdecken und beschreiben so unser emergentes Phänomen. Und ja das funktioniert wie man sich am Beispiel der Schwarmbildung leicht klar machen kann. Obwohl Bakterienkolonien oder Pflanzen auch Information austauschen (ja Pflanzen "reden" miteinander auch, wenn es erst mal nicht so scheint) und angenehme Untersuchungsobjekte sind, interessieren wir uns mehr für die Fauna, genauer für Bienen. Ein Beispiel aus dem Bereich Fauna, das an dieser Stelle gerne zitiert wird ist das Schwarmverhalten z.B. von Zugvögeln wie die oben erwähnten Stare. Beim Schwarm der Stare kommunizieren nur die nächsten Nachbarn (Informationsaustausch und Rückkopplung), was in seiner Gesamtheit den Vogelschwarm ausmacht (zu italienischen Staren gibt es übrigens lesenswerte Arbeiten). Von den Untersuchungen zum Verhalten der Stare können wir für unsere Bienen sicher viel lernen. Da Bienen in ihrer Gesamtheit den "Organismus Bienenvolk" bilden, wir Bienen auf der Wabe kontinuierlich beobachten können und wir auch Experimente mit Bienen durchführen können, sind Bienen viel bessere Untersuchungsobjekte als Stare. Wir stellen also eine Kamera in den Bienenstock, extrahieren aus den Videobildern die Information (Mustererkennung), berechnen daraus die mittlere Entropie und wenn wir eine signifikante Veränderung der Entropie beobachten, wissen wir, dass das Bienenvolk irgendetwas "gelernt" hat. Wir können es aber auch umdrehen. Wir beobachten eine Weile und dann setzten wir einen Reiz (z.B. könnten wir das Bienenvolk mit einer größeren Anzahl von Varroamilben konfrontieren) und beobachten weiter. Wenn das Bienenvolk darauf reagiert, erwarten wir eine Veränderung der Verhaltensmuster, also eine Veränderung der aus den Videobildern extrahierbaren Entropie. Die Beobachtung auf der Entropieebene funktioniert ohne, dass wir Details irgend eines Abwehrverhaltens kennen müssen. Alle Detailfragen können wir abtrennen und später bei Bedarf klären. Das verspricht deutlich mehr Fortschritt als die klassischen Ansätze! Das ist schon mal Super aber es wird noch viel besser, denn ist Information in einem emergenten Prozess erst mal entstanden greifen wieder unsere alt bewährten deterministischen Ansätze extrem erfolgreicher naturwissenschaftlicher Praxis. Ist die Nadel im Heuhaufen der Emergenz erst mal gefunden können wir uns die Schweißperlen von der Stirn wischen. Haben wir doch unser so extrem erfolgreiches deterministisches Konzept mit seinem Prognosepotential erfolgreich wieder eingefangen. Und der Rest auf dem Weg zum Ziel ist einfach nur klassische wissenschaftliche Arbeit. Und das Allerbeste ist, dass das Gesagte für viele nicht emergente Prozesse auch funktioniert. So einfach funktioniert Emergenzanalyse: Und jetzt noch mal zurück zu den Schwärmen - unserem übersichtlichen Beispiel. Wie mächtig die Methode ist zeigt, dass wir allein durch Messen von "Ordnung" das Phänomen Schwarm sicher systematisch finden konnten. Ja wir mussten im Vorfeld nicht mal wissen das es das Phänomen Schwärme überhaupt gibt und es war auch einerlei ob der Schwarm von Tieren, Maschinen oder was auch immer gebildet wird. Das ist schon beeindruckend finde ich. Haben wir ein Phänomen erst einmal entdeckt können wir es klassisch wissenschaftlich untersuchen. In unserem Beispiel ist es das Schwarmverhalten und was wir finden würden sind die drei grundlegende Regeln von Schwärmen: "1.)Bleibt zusammen, 2.)Bewegt euch in eine ähnliche Richtung und 3.) Haltet einen geeigneten Abstand zum Nachbarn" . Mit der gewonnenen Erkenntnis kann man sich dann ein Modell basteln, das Modell testen, Prognosen zum Verhalten von Schwärmen machen, diese wieder testen usw. und dabei im Verständnis immer besser werden. Und mit diesem Wissen gehen wir dann den Schritt in die Praxis. Bienen - Schwarm oder kollektive Intelligenz: Schwärme sind wie Bienenvölker komplexe Gemeinschaften - daher wurde das Beispiel "Schwärme" ganz bewusst gewählt denn die "Intelligenz" von Schwärmen liegt, wie die "Intelligenz" unserer Honigbienen, in ihrer Inhomogenität. Man kommt also von den simplen Schwarmregeln zu einer kollektiven Intelligenz. Wie sich eine inhomogene Gruppe bildet, wie daraus Reaktionen auf äußere Einflüsse entstehen und wie sich daraus wieder kollektive Strukturen bilden ist praktisch unverstanden. Einfache wissenschaftliche Modell und Arbeiten an z.B. Blattscheiderameisen zeigen aber, dass weniger als ein Prozent spezialisierte Individuen ausreichen um ein Probleme wie die Varroa Infektion der Bienen zum Vorteil der Gemeinschaft zu lösen. Der Schlüssel zur lebensfähigen Honigbienen liegt somit im Verständnis der komplexen Gemeinschaft Bienenvolk und Emergenzanalyse ist der erfolgversprechendste Weg neue, unbekannte Zusammenhänge in komplexen Gemeinschaften systematisch zu finden. Und zum Schluss noch ein Schritt weiter: Und jetzt gehen wir noch einen Schritt weiter. Wir schauen einfach mal, ob und wie sich das Gelernte verbreitet, also unter den Bienen weiter gegeben wird. Nimmt ein Bienenvolk die Information mit in die neu gegründete Kolonie? Was passiert, wenn wir die Milben wieder entfernen und dann das Volk erneut mit Milben konfrontieren? Und letztlich helfen diese vielen nützliche Fragen nicht nur das Phänomen Emergenz besser zu verstehen. Das Entropiekonzept eröffnet also einen neuen, sehr erfolgversprechenden Weg, die Nadel im Heuhaufen ganz systematisch zu finden, ein Weg systematisch Bienen zu selektieren, die in ihrer natürlichen Umwelt wieder autonom leben können. Autonom lebende Honigbienen hatten vor ihrem Aussterben eine Schlüsselstellung im Ökosystem. Ihre Wiederansiedelung hätte einen milliardenschweren ökonomische Nutzen und einen unschätzbaren ökologischen Wert. BeeTrees - die praktische Umsetzung Kontakt: ![]() ![]() ![]() |
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