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Computermodell simuliert alles Leben der Erde
Veröffentlicht am 01.05.2014 15:36:38
Forscher des Computational Science Lab von Microsoft Research http://research.microsoft.com haben gemeinsam mit Ökologen und Umweltwissenschaftlern des United Nations Environment Programme World Conservation Monitoring Centre (UNEP-WCMC) http://unep-wcmc.org das erste Computermodell zur ganzheitlichen Simulation des Lebens auf der Erde entwickelt. Das Modell, das von seinen Erfindern nach dem Vorbild der englischen Stadt "Madingley" http://madingleymodel.org getauft worden ist, ist bislang weltweit einzigartig: Es simuliert das Leben und Zusammenspiel allen Lebens auf unserem Planeten, sowohl zu Wasser als auch an Land und soll letztendlich auch längerfristige Prognosen über zukünftige Umweltveränderungen erlauben.
"Dieses Computermodell ist das erste, das alle biologischen Schlüsselprozesse berücksichtigt, auf die sich der Kreislauf und das Verhalten des Lebens von allen Millionen von Trillionen von Organismen auf der Erde stützen", erklären die Initiatoren des ambitionierten Forschungsprojekts auf ihrer Webseite. So werden etwa unter anderem Faktoren wie Fotosynthese, Ernährung, Stoffwechsel, Reproduktion, Dispersion und Tod in die Berechnungen mit einbezogen. "Ziel ist es, einen besseren Einblick in die verschiedenen Prozesse, ihre Zusammenhänge und konkreten Konsequenzen auf die Struktur und Funktion des gesamten Ökosystems zu gewinnen", erläutern die beteiligten Wissenschaftler.
Simulation mit Regeln
Um ihr ambitioniertes Ziel erreichen zu können, haben der Microsoft-Forscher Drew Purves und sein Team zunächst eine Simulation der rein physischen Erde erstellt, die alle Kontinente, Ozeane und ein globales Weltklima beinhaltet. In einem nächsten Schritt wurden dann einzelne digitale Organismen in das Computermodell eingefügt. Diese erstrecken sich - wie in der Realität auch - von der Pflanzen- bis zur Tierwelt, von Pflanzen- bis zu Fleischfressern, von Kaltblütern bis zu Warmblütern. "Und das alles ist auch noch in sehr unterschiedlichen Größen vertreten, bis hin zu winzigen Blattläusen", schildert Purves die enorme Herausforderung.
Bevor die Forscher letztendlich den Startknopf für ihre umfassende Lebenssimulation der Erde drücken konnten, mussten sie noch eine Reihe von grundlegenden Regeln für das Computermodell definieren. Beispielsweise haben es tierische Räuber wie in der Natur üblich auch in der digitalen Welt besonders gerne auf andere Lebewesen abgesehen, die nicht mehr als ein Zehntel der eigenen Körpermasse besitzen. Auch der Zusammenhang zwischen der Körpertemperatur und der maximal erreichbaren Körpergröße wird im Modell als fester Grundsatz berücksichtigt. "Das sind die Basisregeln unseres Lebens", betont Purves.
Beschränkt einsatzfähig
Zum jetzigen Zeitpunkt ist Madingley zwar bereits gestartet, aber nur beschränkt einsatzfähig. So lassen sich etwa keine gezielten Simulationen einzelner Spezies durchführen, sondern nur ganzer Tiergattungen. "Aussagen zu konkreten Spezies oder spezifischen Situationen lassen sich erst treffen, nachdem wir noch einiges an Arbeit in die Weiterentwicklung des Computermodells gesteckt haben", meint Purves. Dann soll es unter anderem möglich sein, genau zu berechnen, welche Auswirkungen etwa das unkontrollierte Ausbreiten einer Schlangenart in einem bestimmten Bereich des Ökosystems haben kann. Bis es soweit ist, müssen die Forscher allerdings noch zahlreiche zusätzliche Parameter in ihr Modell integrieren. Auch auf den Faktor Mensch wird vorerst noch gänzlich verzichtet.
Veröffentlicht am 01.05.2014 15:36:38
Forscher des Computational Science Lab von Microsoft Research http://research.microsoft.com haben gemeinsam mit Ökologen und Umweltwissenschaftlern des United Nations Environment Programme World Conservation Monitoring Centre (UNEP-WCMC) http://unep-wcmc.org das erste Computermodell zur ganzheitlichen Simulation des Lebens auf der Erde entwickelt. Das Modell, das von seinen Erfindern nach dem Vorbild der englischen Stadt "Madingley" http://madingleymodel.org getauft worden ist, ist bislang weltweit einzigartig: Es simuliert das Leben und Zusammenspiel allen Lebens auf unserem Planeten, sowohl zu Wasser als auch an Land und soll letztendlich auch längerfristige Prognosen über zukünftige Umweltveränderungen erlauben.
"Dieses Computermodell ist das erste, das alle biologischen Schlüsselprozesse berücksichtigt, auf die sich der Kreislauf und das Verhalten des Lebens von allen Millionen von Trillionen von Organismen auf der Erde stützen", erklären die Initiatoren des ambitionierten Forschungsprojekts auf ihrer Webseite. So werden etwa unter anderem Faktoren wie Fotosynthese, Ernährung, Stoffwechsel, Reproduktion, Dispersion und Tod in die Berechnungen mit einbezogen. "Ziel ist es, einen besseren Einblick in die verschiedenen Prozesse, ihre Zusammenhänge und konkreten Konsequenzen auf die Struktur und Funktion des gesamten Ökosystems zu gewinnen", erläutern die beteiligten Wissenschaftler.
Simulation mit Regeln
Um ihr ambitioniertes Ziel erreichen zu können, haben der Microsoft-Forscher Drew Purves und sein Team zunächst eine Simulation der rein physischen Erde erstellt, die alle Kontinente, Ozeane und ein globales Weltklima beinhaltet. In einem nächsten Schritt wurden dann einzelne digitale Organismen in das Computermodell eingefügt. Diese erstrecken sich - wie in der Realität auch - von der Pflanzen- bis zur Tierwelt, von Pflanzen- bis zu Fleischfressern, von Kaltblütern bis zu Warmblütern. "Und das alles ist auch noch in sehr unterschiedlichen Größen vertreten, bis hin zu winzigen Blattläusen", schildert Purves die enorme Herausforderung.
Bevor die Forscher letztendlich den Startknopf für ihre umfassende Lebenssimulation der Erde drücken konnten, mussten sie noch eine Reihe von grundlegenden Regeln für das Computermodell definieren. Beispielsweise haben es tierische Räuber wie in der Natur üblich auch in der digitalen Welt besonders gerne auf andere Lebewesen abgesehen, die nicht mehr als ein Zehntel der eigenen Körpermasse besitzen. Auch der Zusammenhang zwischen der Körpertemperatur und der maximal erreichbaren Körpergröße wird im Modell als fester Grundsatz berücksichtigt. "Das sind die Basisregeln unseres Lebens", betont Purves.
Beschränkt einsatzfähig
Zum jetzigen Zeitpunkt ist Madingley zwar bereits gestartet, aber nur beschränkt einsatzfähig. So lassen sich etwa keine gezielten Simulationen einzelner Spezies durchführen, sondern nur ganzer Tiergattungen. "Aussagen zu konkreten Spezies oder spezifischen Situationen lassen sich erst treffen, nachdem wir noch einiges an Arbeit in die Weiterentwicklung des Computermodells gesteckt haben", meint Purves. Dann soll es unter anderem möglich sein, genau zu berechnen, welche Auswirkungen etwa das unkontrollierte Ausbreiten einer Schlangenart in einem bestimmten Bereich des Ökosystems haben kann. Bis es soweit ist, müssen die Forscher allerdings noch zahlreiche zusätzliche Parameter in ihr Modell integrieren. Auch auf den Faktor Mensch wird vorerst noch gänzlich verzichtet.
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