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Agenten im Computer

Realistische Modelle agentenbasierter Systeme eröffnen neue Möglichkeiten.

Ein internationales Wissenschaftlerteam um den Ökologen Volker Grimm vom Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle (UFZ) hat eine neue Strategie entwickelt, um agentenbasierte Systeme aller Art ausreichend realistisch abzubilden und so mit Hilfe von Computermodellen Entwicklungen zu verstehen und vorherzusagen.

Alle sind sie Agenten: Kunden im Supermarkt, Makler an der Börse oder Bäume im Wald. Diesen Begriff haben Wissenschaftler eingeführt, um Individuen aller Art zu beschreiben und modellierbar zu machen, damit Prozesse in Natur oder Gesellschaft besser verstanden werden. "Der Agent ‚agiert’ autonom und passt seine Entscheidungen den jeweiligen Umständen an. Und das ist es, was wir auch für die Agenten der Ökologie annehmen, die einzelnen Organismen. Sie haben den Auftrag, ihre Gene weiterzugeben, also möglichst viele überlebende Nachkommen zu erzeugen“, sagt Dr. Volker Grimm. „Aber die Organismen müssen selbst entscheiden, wie sie ihr Ziel erreichen: Bin ich hungrig, dann muss ich das Risiko in Kauf nehmen, bei der Nahrungssuche gefressen zu werden. Bin ich satt, dann bleibe ich lieber in Sicherheit.“

Ein Beispiel für ein Agenten-Modell ist ein simulierter Urwald. Niemand weiß, wie die Urwälder aussahen, die die Germanen einst vorfanden. Ursprüngliche Wälder gibt es im heutigen Deutschland nicht mehr. Doch wie lassen sich Wälder gestalten, die ihrem Original möglichst ähneln? Und wie sollte eine möglichst naturnahe Bewirtschaftung aussehen? Fragen, die mit einem Praxisexperiment nur schwer zu beantworten sind. Immerhin dauert ein kompletter Zyklus von Heranwachsen, Gedeihen und Verfallen im Buchenwald rund 250 Jahre. Computermodelle können dieses Dilemma lösen: Muster aus Resturwäldern in der Slowakei sowie das reichhaltige Erfahrungswissen der Förster über das Schicksal einzelner Buchen wurden verwendet, um ein einfaches und doch realistisches Buchen-Urwaldmodell zu entwickeln.

Der Aufwand für das Entwickeln und Testen derartiger Modelle kann, wie zum Beispiel im Fall eines Modells für artenreiche Tropenwälder, erheblich sein und Jahre in Anspruch nehmen. Aber es lohnt sich. „Wir verwenden die überprüften Modelle als virtuelle Laboratorien“, erzählt Grimms Kollege Dr. Andreas Huth. „Beim Tropenwaldmodell können wir so mit der gedachten Kettensäge alle 10, 20 oder 30 Jahre durch den Modellwald gehen und einen bestimmten Prozentsatz der Bäume ernten, und dann schauen wir einfach, wie der Wald darauf reagiert. So finden wir heraus, wie man den Wald nachhaltig bewirtschaften kann, so dass auch künftige Generationen ihn nutzen können, sei es für Holz oder andere Zwecke.“ Musterorientierte Modelle haben die Wissenschaftler des UFZ auch entworfen, um die Ausbreitung der Braunbären in Österreich, die Wiedereinbürgerung des Luchses in Deutschland, oder die Tollwutgefahr durch infizierte Füchse vorherzusagen. Bei der Tollwutmodellierung geht es beispielsweise darum, die beste Bekämpfungsstrategie zu ermitteln und zu untersuchen, wie viele Impfköder überhaupt notwendig sind. Inzwischen ist die Tollwut in Deutschland fast ausgerottet. Trotzdem besteht die Gefahr, dass sie durch infizierte Füchse aus den Nachbarländern wieder eingeschleppt werden kann. Auch in Osteuropa sollen in den nächsten Jahren die Füchse per Köder geimpft werden. Per Computermodell wollen die UFZ- Wissenschaftler deshalb testen, wie das am kostengünstigsten geschehen kann.
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