Wie biologische Ressourcen die Evolution von Gedächtnisstrategien steuern
In der biologischen Informationsverarbeitung steht jedes Lebewesen vor der fundamentalen Herausforderung, Entscheidungen unter Ungewissheit zu treffen und sich gleichzeitig an veränderliche Umweltbedingungen anzupassen. Die Speicherung und der Abruf von Erinnerungen sind jedoch energetisch kostspielig und verlangen dem Organismus wertvolle Ressourcen ab.
Tottori & Kobayashi (2026) haben ein mathematisches Modell entwickelt, um diese Kosten-Nutzen-Abwägung der Informationsverarbeitung im Rahmen einer theoretischen Analyse präzise zu charakterisieren. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass biologische Systeme in Abhängigkeit von ihrer verfügbaren Energie und der Verlässlichkeit eingehender Reize plötzliche Phasenübergänge zwischen grundlegend verschiedenen Schätz- und Entscheidungsstrategien vollziehen. Bei extremer Ressourcenknappheit erweist sich der Aufbau eines internen Gedächtnisses als unrentabel, weshalb Organismen in solchen Zuständen gedächtnislos reagieren und sich ausschließlich an unmittelbaren Reizen orientieren. Erst wenn die energetische Schwelle überschritten wird und ausreichend Ressourcen bereitstehen, schaltet die Strategie abrupt auf eine gedächtnisgestützte Informationsverarbeitung um.
Ein solches Erinnerungsvermögen entfaltet seinen größten Nutzen vor allem dann, wenn die aktuellen Sinneseindrücke unsicher oder verrauscht sind, wohingegen bei extrem eindeutigen Reizen der funktionale Mehrwert von Erinnerungen verblasst. Das analytische Modell erklärt damit das Auftreten diskontinuierlicher sowie nicht-monotoner Verhaltensmuster in der Biologie und liefert ein theoretisches Fundament, um das Zusammenspiel von Ressourcenrestriktionen und Sinneswahrnehmung bei der Entstehung komplexer Gehirne in der Evolution nachzuvollziehen.
Literatur
Tottori, T., & Kobayashi, T. J. (2026). Theoretical analysis of resource-induced phase transitions in estimation strategies. Physical Review Letters, 137(5), doi:10.1103/5ynb-7k4v
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