Viren in allen Dimensionen

Wie ein Informationscode Viren, Software und Mikroorganismen steuert

verfasst von: Rafael Ball

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

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Über dieses Buch

Mikroorganismen, Viren und Computerprogramme codieren alle Informationen, die erforderlich sind, sich selbst zu vermehren und verbreiten. Dabei sind sich diese Mechanismen in der belebten Welt, in der Welt der Viren und sogar in der Welt der technischen Systeme verblüffend ähnlich. Das Buch zeigt auf, wie groß die Parallelen dieser verschiedenen belebten und unbelebten replizierenden Systeme sind und worauf sie basieren. Der Ausflug führt ebenso in die faszinierende Welt der Genetik, zur Frage, was Leben definiert und in die Programmierung von Software, die sich selbständig vervielfacht. Schließlich wird daraus die Frage abgeleitet, ob und inwieweit solche sich selbst replizierenden technischen Systeme genauso gefährlich werden können wie infektiöse Viren bei der Auslösung von Pandemien, wie etwa der Corona-Pandemie im Jahr 2020.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einleitung

Zusammenfassung

Viren sind zu Beginn des 21. Jahrhunderts in aller Munde. Gerade beschäftigt uns die Corona-Pandemie über alle Maßen, aber nicht vergessen dürfen wir darüber andere, von Viren induzierte Krankheiten wie die Vogelgrippe oder die klassische Influenza. Durch die Corona-Pandemie sind wir schon fast zu Virenspezialisten geworden und verstehen zunehmend, wie sich Viren verbreiten oder Impfstoffe wirken können. Grundlage ist dabei immer ein genetisches Programm, das auf Informationen beruht, die von Virus zu Virus weitergegeben werden. Die Art der Informationscodierung ist dabei dieselbe, wie sie durchgängig auch in Lebewesen – angefangen vom Bakterium bis zum Menschen – als Prinzip vorkommt. Gleichzeitig treten zunehmend Computerviren in unseren Alltag. Durch die Vernetzung der Computersysteme weltweit können Schadprogramme schnell übertragen werden und sich verbreiten. Hier interessieren uns die Grundlagen der technischen Informationscodierung und der Vergleich zu Viren und Lebewesen. Letztlich führt das auch zur Frage einer möglichen Autonomie von Schadsystemen und dem Unbehagen, künftig von autonomen Robotern beherrscht zu werden.

Rafael Ball

Kapitel 2. Viren, Mikroorganismen und die Molekulargenetik

Zusammenfassung

Die Entstehung der Lebewesen ist zu einem großen Teil eine Frage der Codierung und Weitergabe von Informationen an künftige Generationen. Dieses Grundprinzip der Genetik erlaubt es, einmal Informationen über Zusammenhänge und festgelegte Abläufe identisch an neue Generationen weiterzugeben und gleichzeitig durch Mutation und Selektion auf Umweltveränderungen reagieren zu können. Die dabei zugrunde liegenden Mechanismen der Molekulargenetik bestehen seit fast vier Milliarden Jahren und sind nach dem immer gleichen Prinzip aufgebaut. Sie reichen von den ersten Primitivformen des Lebens bis zur Entstehung der Säugetiere. Dabei dienen die Mechanismen der Transkription (Vervielfältigung der Erbinformation) und Translation (Ablesen der Erbinformation und Aufbau von physiologischen und strukturellen Produkten der Zelle) als die genetischen Grundprozesse des Lebens. Gleichzeitig nutzen aber auch alle Viren, die ja keine Lebewesen sind, genau dieses Codierungsmuster, seine Strukturen und Abläufe.

Die Entstehung des Lebens ist demnach ganz eng mit der Entwicklung dieser informationscodierenden Prozesse verbunden, wenn nicht sogar mit ihnen identisch. Zumindest gehören diese informationsbasierten Abläufe zu den zentralen Kriterien für die Definition von Leben. Neben den Strukturen des molekulargenetischen Grundgesetzes werden in diesem Kapitel Fragen nach der Entstehung des Lebens und der Evolution der Viren diskutiert und eine Einordnung in das Reich des Lebendigen vorgenommen.

Rafael Ball

Kapitel 3. Algorithmen, Software und künstliche Intelligenz

Zusammenfassung

Computerviren sind Schadprogramme, die sich meist selbstständig über Netze verbreiten und auf Computern und in programmgesteuerten Maschinen Inhalte löschen, Programme manipulieren und andere Schäden anrichten. Zur Klärung werden in diesem Kapitel zunächst die Hintergründe und Definitionen von Algorithmen und Computerprogrammen erläutert und in den Zusammenhang von Computerviren gestellt. Längst gibt es Schadprogramme, die sich nicht einfach nur selbst replizieren (wie das auch Lebewesen und Viren tun), sondern sich analog zur natürlichen Evolution durch Veränderung an neue Rahmenbedingungen anpassen können. Solche Systeme werden evolutionäre Algorithmen genannt und damit nicht nur sprachlich in die Nähe von autonomen Lebewesen gerückt. Das führt gedanklich weiter zum Thema der künstlichen Intelligenz, die ja voraussetzt, dass technische Systeme sich selbstbestimmt und evolutionär entwickeln und anpassen. Wenn diese Systeme die Intelligenz des Menschen übersteigen, ist die sogenannte Singularität erreicht. Eine Superintelligenz aber, die sich evolutionär weiterentwickelt und autonom wird, führt direkt zu selbstständigen technischen Systemen, die sich wie Lebewesen entwickeln und verhalten könnten.

Rafael Ball

Kapitel 4. Computerviren, Computerwürmer und die Selbstreplikation von Programmen

Zusammenfassung

Computerviren sind fast so alt wie die Computer selbst. Der erste Fachaufsatz zum Thema Computerviren erschien 1984 und beschreibt ein selbstreplizierendes Computerprogramm, das sich automatisch vervielfältigt und verbreitet. Der direkte Vergleich und die Analogiebildung zwischen technischen (Computer-) Viren und biologisch wirksamen Viren verführen über gewollte oder ungewollte sprachliche Analogien dazu, inhaltliche, funktionelle und strukturelle Ähnlichkeiten zwischen beiden Systemen zu sehen oder gar zu konstruieren. Tatsächlich finden wir aber eine verblüffende Parallelität beider Systeme.

Bei einem Vergleich zwischen biologisch wirksamen Viren und Computerviren ist der Begriff der Selbstreplikation von großer Bedeutung. Denn hier wie dort ist die (ungehemmte) Vermehrung und Verbreitung die Ursache für Infektionen und Schäden, die Computerviren und biologisch wirksame Viren hervorrufen. Computerviren sind auch in der Lage, sich zu verändern, es entstehen Mutationen. Die mutierten Computerviren sind für Anti-Viren-Programme immer wieder „neu“ und damit schwer zu bekämpfen.

Ganz ähnlich laufen die Prozesse bei biologisch wirksamen Viren ab und ganz analog verläuft die Bekämpfung einer Infektion. Denn auch beim Mechanismus der Viren-Abwehr – hier Anti-Viren-Software, die immer wieder neu lernen muss, dort Impfstoffe, die immer wieder an Mutanten des Ursprungsvirus angepasst werden müssen – ist die Ähnlichkeit beider Systeme verblüffend.

Rafael Ball

Kapitel 5. Information, Genetik und die Entwicklung von Leben

Zusammenfassung

Information, Daten und Wissen sind ganz unterschiedliche Begriffe. Wir müssen sie für das Verständnis der informationellen Grundlage von Vererbung und Weitergabe auseinanderhalten. Daten sind kontextfrei und bedeutungslos, sie induzieren keine Aktionen. Aus Daten entstehen Informationen erst durch Kontextualisierung und Bedeutungszuordnung. Sie wirken dann verhaltenssteuernd und induzieren Aktionen.

Fragen nach Ursache, Wirkung und Konsequenzen beantworten Informationen nicht; das geschieht erst auf der Ebene des Wissens, das an den Menschen (oder künftig an intelligente Maschinen) gebunden ist.

Für die Codierung von Informationen in Biologie und Technik sind recht ähnliche Mechanismen auszumachen. Der genetische Code ist ein faszinierender Grundmechanismus zur Codierung von Informationen bei Lebewesen und Viren. Er ist so alt wie das Leben selbst und gilt universell für Lebewesen und Viren. Er hat sich zusammen mit der Entstehung des Lebens in der Ursuppe aus den ersten organischen Molekülen entwickelt. In der Technik werden Informationen auf der Basis der Informationstheorie codiert. Die Codierung im Computer wird ausschließlich über die Binärzeichen Null und Eins vollzogen.

So wie sich bei der Entstehung des Lebens selbstreplizierende Systeme für die Informationsspeicherung und -weitergabe entwickelt haben, können über evolutionäre Algorithmen selbstreplizierende Computersysteme (oder Roboter) entstehen, die – analog zu den ersten einzelligen Lebewesen – den Weg in die Autonomie finden könnten.

Rafael Ball

Kapitel 6. Das große Kontinuum: die Konvergenz von Leben und Technik

Zusammenfassung

Wenn wir biologische und technische Systeme miteinander vergleichen wollen, sind Selbstreplikation, Anpassung und Autonomie zentrale Themen. Bei der Entstehung des Lebens fanden sich freie Moleküle zusammen und waren in der Lage, sich zu reproduzieren. Daraus haben sich dann autonome Systeme entwickelt, Leben ist entstanden.

Autonome Software entsteht nicht von selbst, sie muss programmiert werden. Wenn der Programmierer aber Selbstreplikation, Adaptionsfähigkeit und Autonomie in ein System einprogrammiert, könnte Software auch jenseits eines vorgegebenen individuellen Ziels unabhängig agieren und nur noch ihrem eigenen Prinzip folgen, so wie es autonome Agenten tun. Auch hier spielt das Thema künstliche Intelligenz mit hinein. Beim Nachbau von einfachen Zellen im Experiment wird der Versuch unternommen, Lebensprinzipien in technische Systeme zu implementieren und selbstreplizierende Nanosysteme zu entwickeln. Man nennt solche Strukturen Protozellen, das sind Vorläufer des Lebens, aber noch keine Lebewesen. Das Beispiel einer Kolonie von Robotern, die alle Rohstoffe, aus denen sie bestehen, selbst gewinnen und sich damit autonom reproduzieren, ist eine Idee, die an sich selbst reproduzierende Viren anknüpft. Bis auf Versuche von naturimitierenden Verfahren der Softwareprogrammierung ist die Frage nach der permanenten Veränderung, Mutation, Neuausrichtung und Anpassung, also das Thema der Umsetzung evolutionärer Selektion, bislang ungelöst.

Rafael Ball

Kapitel 7. Die Koevolution von Leben und Technik: Zusammenfassung und Ausblick

Zusammenfassung

Wir haben in diesem Buch nach funktionellen und strukturellen Parallelen zwischen Lebewesen, biologisch wirksamen Viren und technischen Systemen hinsichtlich ihrer Replikationssysteme gesucht und uns gefragt, ob es Computersystemen gelingen kann, Autonomie im Sinne biologischer Systeme oder biologisch wirksamer Viren zu erreichen und ähnlich infektiöse Pandemien auszulösen, wie es Viren vermögen. Dass es bald überintelligente technische Systeme geben wird, bezweifelt kaum noch jemand; ob sie aber „Amok“ laufen können und werden, ist schwer vorherzusagen.

Biologisch wirksame Viren nutzen das Milliarden Jahre alte molekularbiologische Dogma der Lebewesen zur Reproduktion und Vervielfältigung. Sie sind auch deshalb so faszinierend, weil sie das radikal reduzierte Gegenkonzept zur hyperkomplexen Entwicklung etwa der Wirbeltiere, ihrer Hirne und neuronalen Steuerung bis hin zur Entwicklung des Bewusstseins beim Menschen darstellen. Der „Sinn“ der Replikation von Viren liegt in der Selbsterhaltung und Fortpflanzung des Systems, der Sinn der Lebewesen in der Erhaltung ihrer Art. Und genau hier treffen sich frühe Lebensformen, Viren und technische Computersysteme und ihre Software wieder: Der Sinn selbstreplizierender Systeme besteht offensichtlich nur noch in der Reproduktion ihrer selbst, der Selbstzweck solcher Systeme ist ihre Replikation.

Rafael Ball

Backmatter

Titel: Viren in allen Dimensionen
verfasst von: Rafael Ball
Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden
Electronic ISBN: 978-3-658-34819-9
Print ISBN: 978-3-658-34818-2
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-658-34819-9