Die Freiheit der Fruchtfliege

Verhalten: Im Fliegenleben ist alles vorgegeben, jedes Verhalten programmiert? Von wegen. Auch die kleinen Insekten müssen Entscheidungen treffen, ausprobieren, lernen. Neurobiologe Martin Heisenberg über die Freiheit im Verhalten.
Eine Fliege, die für  Flugsimulator-Experimente an einem Messgerät (im Bild nicht mehr  sichtbar) befestigt ist, welches kontinuierlich die von der Fliege  während des Fluges durchgeführten Änderungen der Flugrichtung misst und  an einen Computer weitergibt.  FOTO Reinhard Wolf
Eine Fliege, die für Flugsimulator-Experimente an einem Messgerät (im Bild nicht mehr sichtbar) befestigt ist, welches kontinuierlich die von der Fliege während des Fluges durchgeführten Änderungen der Flugrichtung misst und an einen Computer weitergibt. FOTO Reinhard Wolf

Bestimmen die Naturgesetze und vorhersagbare Abläufe in unsem Gehirn, was wir denken, fühlen und tun? Fühlen wir uns in unserem Willen und Verhalten zwar frei, doch sind es nicht wirklich? Der Würzburger Neurobiologe Professor Martin Heisenberg wirbt für ein neues Verständnis der Willensfreiheit. Denn in seiner langjährigen Forschung mit der Taufliege Drosophila melanogaster hat er gezeigt: Auch Insekten sind frei in ihrem Verhalten und treffen Entscheidungen – spontan und ohne äußeren Reiz.

Professor Heisenberg, wie frei ist der Wille der Fruchtfliege?

Professor Martin Heisenberg: Professor Martin Heisenberg: Ich habe immer vermieden, mich über Willensfreiheit auszulassen. Ich kann als Neurobiologe etwas zur Verhaltensfreiheit beitragen: Also zur Tatsache, dass ein Individuum frei ist, so oder so zu handeln, und dass die Zukunft offen ist. Für mich war einer der Leitgedanken: Wenn wir diese Freiheit haben, muss sie in der Evolution entstanden sein, muss es eine Naturgeschichte dazu geben. Und etwas so Grundsätzliches sollte – stammesgeschichtlich betrachtet – sehr alt sein.

Gut, dann so gefragt: Wie frei ist die Fliege in ihrem Verhalten?

Heisenberg: Verhalten ist grundsätzlich aktiv. Der Begriff der Aktivität ist mir sehr wichtig. Aktivität bedeutet, dass das Verhalten im Organismus entstehen kann und dass das Verhalten nicht notwendigerweise eine Antwort auf etwas anderes ist. Also nicht notwendigerweise eine Reaktion. Dass ein Lebewesen „von sich aus“ etwas tut, war in der Wissenschaft lange Zeit umstritten nach dem Motto: Von nichts kommt nichts.

Sprich: Es braucht keinen Reiz von außen? Aber vielleicht einen von innen? Vielleicht feuern ein paar Neurone im Gehirn Botenstoffe ab und setzen das Verhalten in Gang?

Heisenberg: Das ist der springende Punkt. Die Kritiker sagten, innere Reize gibt es doch immer. Aber ich glaube, entscheidend für die Freiheit ist, dass Organismen von Anfang an autonom sind. Die heutigen Organismen haben einen ungeheuren Grad an Autonomie – weit mehr als jeder Roboter, den wir bislang bauen können. Diese Autonomie bewirkt, dass Verhalten in Tieren und Menschen einfach auch spontan entstehen kann. Und auch sinnvollerweise gelegentlich spontan entstehen muss, zum Beispiel wenn man eine Situation nicht wirklich durchschaut, was ja sehr oft der Fall ist: Dann muss man ausprobieren, was hilft.

Die Fliege probiert auch aus?

Heisenberg: Sie nutzt Verhalten, um zu testen, ob die Konsequenzen ihres Verhaltens ihr nützen oder nicht. Wenn dieses Ausprobieren nur von Reizen ausgelöst würde, wäre es ein miserables System. Man kann in solchen Situationen meist nicht auf den richtigen Reiz warten. Wir sprechen von einer initialen Aktivität: Sie antwortet nicht auf einen Reiz oder ein anderes Verhalten, sondern sucht nach einer Antwort, nach noch unbekannten Wirkungen, die neue Möglichkeiten eröffnen. Beim Ausprobieren kann die Fliege etwas über die Folge ihres Verhaltens lernen – und damit unter Umständen später unangenehmen Situationen zuvorkommen.

Wie schließen Sie im Experiment denn Reize aus?

Heisenberg: Zunächst mal gibt es die generelle Beobachtung: Wenn man immer weniger Reize bietet, bekommt man nicht immer weniger Verhalten. Wenn man die Fliege am Rücken in einer Apparatur festhält und ihre Flugkräfte misst, findet man sinnvolles Verhalten, obwohl sie nicht vorwärts kommt. Sie ändert ständig die Richtung, in die sie fliegen möchte. Und das hängt nicht in irgendeiner sichtbaren Weise von den Reizen ab, die von außen auf sie einströmen.

Also könnte es doch innere Reize geben?

Heisenberg: Ein innerer Reiz ist eigentlich ein Widerspruch in sich selbst. Wenn man diesen Begriff zulässt, dann gibt es überhaupt kein inneres Geschehen in einem Organismus, das nicht Reiz wäre.

Wenn man von der Autonomie der Organismen ausgeht, könnten die einzelnen Fruchtfliegen – oder auch wir Menschen – beim Ausprobieren doch zu völlig unterschiedlichen Ergebnissen kommen. Ist das so?

Heisenberg: Das könnte durchaus sein. Aber der Unterschied im Verhalten ist nicht das Entscheidende. Das Ausprobieren erklärt, dass Menschen oder Tiere in der Lage sind, mit Situationen fertig zu werden, die völlig neu sind. Das ist ja eine ganz entscheidende Voraussetzung dafür, die Anforderungen des Lebens zu bestehen. Mit Neuem ist jeder konfrontiert. Mein Eindruck ist, dass die Verhaltens- und die Gehirnforschung den Aspekt der Kreativität, des Umgangs mit dem Neuen, ganz wesentlich vernachlässigt hat. Man geht am liebsten davon aus, dass die Fliege eigentlich schon wissen muss, was sie zu tun hat, um mit einem Problem fertig zu werden.

Weil es Schlüsselreize gibt – und entsprechende Reaktionen darauf?

Heisenberg: Diese populären Beispiele der Verhaltensforschung sind meiner Meinung nach Sekundärentwicklungen in der Evolution, wo sich über lange Zeit und viele Generationen herausgestellt hat, dass bei bestimmten Reizsituationen bestimmte Verhaltensweisen die richtigen sind. Aber in vielen Situationen ist doch a priori gar nicht klar, was jetzt am besten zu tun wäre. Man kann bei Drosophila sehr gut zeigen, dass in Situationen, wo zwei Verhaltensweisen gleich wahrscheinlich die richtigen sind, die Fliege mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 Prozent das eine Verhalten, mit 50 Prozent das andere wählt.

Also ist die Frage nach dem biologischen Sinn der initialen Aktivität auch schon beantwortet: überleben zu können!

Heisenberg: Ja, in unübersichtlichem Gelände, in einer Welt voller Situationen, in denen weder die Fliege noch der Mensch vorher wissen kann, was am besten zu tun ist. Das Ausprobieren ist eines der Erfolgsrezepte des Lebens. Die eigentliche Leistung von Gehirnen ist es, das richtige Verhalten im richtigen Moment zu finden.

Wieso haben Neurobiologen dann in den vergangenen Jahren von Illusion der Freiheit gesprochen?

Heisenberg: Vielleicht steckt dahinter, dass wir uns tatsächlich eine Illusion machen: darüber, aus Überzeugung gewählt zu haben. Wir gestehen uns selbst nicht gern ein, dass wir den Zufall haben walten lassen.

Wir suchen uns nach der eigentlich willkürlichen Entscheidung die Argumente dafür? Handeln erst und erfinden dann Gründe dafür?

Heisenberg: Ich glaube, dass wir sehr oft den deterministischen, vorbestimmten Anteil in unseren Entscheidungen nachträglich stärker empfinden als den zufälligen. Es ist nicht sehr populär sich einzugestehen, dass man rein zufällig entschieden hat, ob man ins Kino geht oder zuhause bei den Büchern bleibt. Wir sammeln die guten Gründe für unser Verhalten, auch im Rückblick.

Heißt das, eigentlich spielt der Zufall in unserem Verhalten eine große Rolle?

Heisenberg: Jeder, der sich mit Entscheidungstheorien beschäftigt, stößt unweigerlich auf den Zufall. Die Zukunft ist offen. Wir können nicht mit Sicherheit wissen, was richtig ist.

Was ist der Unterschied zwischen Verhaltens- und Willensfreiheit – wo fängt Willensfreiheit an?

Heisenberg: Ich bin kein Philosoph. Vielleicht erschien zur Zeit von Leibnitz und Kant das menschliche Wollen als der deutlichste Beleg dafür, dass die Wirklichkeit über die Erklärungen der Newton?schen Physik hinaus ging. Schon bei der Frage, ob die Fliege so etwas wie einen Willen hat, bin ich eher zurückhaltend. Vielleicht kommt man bei ihr noch ganz gut ohne diesen Begriff aus. Der Wille steht zwischen der Verhaltensmöglichkeit und dem ausgeführten Verhalten. Und bei uns Menschen kommt die soziale Komponente dazu: Wenn ich etwas will, muss ich die anderen in der Gruppe davon überzeugen. Wenn wir über die Freiheit in den menschlichen Angelegenheiten reden, geht es meist darum, dass wir kooperieren, und das nicht, weil einer dem anderen den Willen überstülpt, sondern, weil wir gemeinsame Intentionen, übereinstimmende Überzeugungen haben.

Ein Seitenblick auf soziale Insekten: Ameisenstaaten sind ja mit ihrer Arbeitsteilung extrem komplex, extrem ausgeklügelt. Hat auch die einzelne Ameise Verhaltensfreiheit?

Heisenberg: Das ist eine sehr interessante Frage. Wir wissen heute, dass das soziale Verhalten von Ameisen weitgehend durch chemische Botenstoffe geleitet wird. Die Kooperation im Ameisenstaat ist eine Einschränkung der Verhaltensfreiheit. Die Freiheit des Verhaltens auch in der Kooperation ist ein ganz entscheidender Unterschied zwischen Insektenstaaten und Menschen.

Evolutionär betrachtet – wo fängt die Verhaltensfreiheit an? Wann begann das Ausprobieren?

Heisenberg: Der Gesichtspunkt der Autonomie geht ganz zurück bis an den Anfang der Organismen. Wenn man heute lebende Einzeller betrachtet, findet man beim Darmbakterium Escherichia coli beispielsweise schon die aktive Eigenbewegung. Das Bakterium hat zwei Verhaltensweisen: Vorwärts schwimmen und ?Taumeln? um eine zufällige neue Richtung einzuschlagen. Damit kann sie einen Zufallslauf ausführen. Nun würde man sagen: Zufallslauf ist ja ziemlich dumm. Aber evolutionär ist es das eben gar nicht: Der erste große Gewinn der aktiven Fortbewegung ist, dass man in ein neues Terrain kommt. Dorthin, wo die Ressourcen vielleicht noch nicht verbraucht, wo die Lebensbedingungen vielleicht besser sind.

Ist das der Unterschied zum Roboter: Dass dem Roboter – noch – die Autonomie fehlt?

Heisenberg: Der Autonomiegrad eines Roboters ist natürlich um viele, viele Größenordnungen niedriger als der eines Lebewesens, das viereinhalb Milliarden Jahre durch den Evolutionsprozess geformt wurde. Ja, das unterscheidet uns fundamental von jedem Roboter. Und: Wann immer wir Roboter bauen, wir verwirklichen dabei unsere Konzepte. Da können wir noch so viel Autonomie einbauen – es ist unser Konzept, unsere Vorgabe.

Apropos Vorgabe – schränken die allgemeinen Gesetzmäßigkeiten der Genetik unsere Autonomie und unsere Freiheit ein?

Heisenberg: Die Autonomie der Lebewesen ist immer eine Teilautonomie. Unsere Freiheit ist vielfältig eingeengt. Wir sind in die größeren Zusammenhänge eingebettet.

Folgt die Freiheit des Verhaltens nicht dem Muster der Evolution?

Heisenberg: Beide Prozesse schaffen Neues. Es gibt die wunderbare Äußerung von Max Delbrück am Ende seines Buches „Mind from Matter?“: Wie kommt es, dass so viel mehr geliefert wurde als bestellt war? Im Grunde stehen wir mit Staunen vor dem, was in der Evolution entstanden ist. Gelegentlich können wir uns aus der Kenntnis der genetischen Mechanismen und bestimmter historischer Entwicklungen nachträglich einen Reim darauf machen, warum etwas so geworden ist, wie es ist. Aber das große Staunen bleibt.

Professor Martin Heisenberg

Das Gehirn mit seinen Milliarden von Nervenzellen und seiner Funktionsweise hat Professor Martin Heisenberg ein Forscherleben lang fasziniert. Sein Versuchstier seit über 40 Jahren: die zwei Millimeter kleine Taufliege Drosophila melanogaster. Die Würzburger Wissenschaftler untersucht mit seiner Arbeitsgruppe das Fliegengehirn vom Verhalten bis zu den Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Nervenzellen und den Einwirkungen der Gene. Von 1975 bis 2008 hatte Heisenberg den Lehrstuhl für Genetik und Neurobiologie an der Universität Würzburg inne. Als Seniorprofessor am Würzburger Rudolf-Virchow-Zentrum wird Heisenberg in den kommenden fünf Jahren die initiale Aktivität näher untersuchen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat dem 68-jährigen Genetiker dafür 1,2 Millionen Euro im Rahmen des Reinhart Koselleck-Programms bewilligt.

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