4.1 Evolution und Genetik

4. Eine Einführung in Konzept und Arbeitsweise genetischer Algorithmen

4.1 Evolution und Genetik

1. Lernprozeß Evolution

Die Natur hat es geschafft, aus Milliarden denkbarer Eiweißmoleküle gerade diejenigen herauszufinden, die organisches Leben ermöglichen. Die Evolution hat schließlich zur Entstehung der DNS (Desoxyribonucleinsäure) geführt, die allem Leben (auf der Erde) als Bauplan zugrunde liegt. Die DNS eines Menschen enthält etwa 3,8 Milliarden Nukleotidbasen ⁵⁵⁾. Die Entwickling kann kein reiner Zufallsprozeß gewesen sein. Evolution kann vielmehr nur durch einen kollektiven Lernprozeß erklärt werden, wobei erfolgreiche Innovationen "gespeichert" und erfolglose vergessen werden.

Die Evolution stützt sich auf das Prinzip der natürlichen Selektion und die Vererbung von Eigenschaften und Merkmalen. Unter Selektion versteht man das Fortbestehen der Individuen, die am besten an die Umwelt angepaßt sind und das Aussterben der schlechter angepaßten Individuen. Die stärkeren Individuen haben die Möglichkeit, sich fortzupflanzen und ihre Eigenschaften an die nächste Generation weiterzugeben.

2. Chromosomen und Gene

Chromosome sind Träger der Gene, der kompletten Erbinformation eines Lebewesens. Die Chromosomen bestehen aus Nukleinsäuren und Proteinen. Die wichtigste Nukleinsäure ist die DNS. Gene stellen bestimmte Abschnitte der DNS dar. Am Aufbau der DNS sind 4 Basen beteiligt: Adenin (A), Cytosin (C), Guamin (G), Thymin (T). Diese Basen bilden die Grundlage für die gesamte genetische Information eines Lebewesens, die als Sequenz der Buchstaben eines genetischen Alphabets A, C, G und T wie bspw. in "...-C-C-T-G-A-G-G-A-G-..." notiert werden kann. Das bezeichnet man als den sog. Genetischen Code, der als Programm verstanden werden kann, das die Entwickling eines neuen Individuums festlegt.

3. Grundlegende Mechanismen der Vererbung

Es liegt bspw. das Chromosom g mit 10 Genen g₁ bis g₁₀ vor.

g₁

g₂

g₃

g₄

g₅

g₆

g₇

g₈

g₉

g₁₀

Abb. 4.1-1: Chromsom mit 10 Genen

Jedes Gen ist durch seine Position im Chromosom bestimmt und kontrolliert eine ganz bestimmte Eigenschaft bzw. ein bestimmtes Merkmal eines Lebewesens wie bspw. seine Augenfarbe. So hat das Gen g₄ bspw, den Wert "blau".

Die Gesamtheit der Gene g = (g₁, g₂, g₃, g₄, g₅, g₆, g₇, g₈, g₉, g₁₀) bezeichnet man als den Genotyp des Individuums und meint damit das Erbbild. Das Individuum selbst, der sog. Phänotyp, ist die konkrete Ausprägung der Merkmale. Der Phänotyp muß sich im Kampf um das Dasein behaupten.

Neue Individuen (bzw. neue Chromosomen) entstehen durch Rekombinationsverfahren. Das vorherrschende Verfahren in der Natur ist die Paarung, die zur Kreuzung der Erbinformation und damit zu neuen Ausprägungen führt.