20. Mai 2006 | 53

»0^
Figur 18: Bewegung einer Zelle, simuliert mit einem aus der Mikromechanik durch Homogenisierung
gewonnenen Modell (Hartmann 2006)
Bereits jetzt ist es möglich unter Annahmen an die wirkenden Kräfte die Dynamik
der Kernspindel oder die Bewegung von Zellen zu berechnen.
Beim Fluss und Transport von chemischen Substanzen durch Zellschichten,
etwa durch die Wände von Blutgefäßen, kann es ebenfalls zu Wechselwirkungen
zwischen Mechanik und Biochemie kommen. Die quantitative Bestimmung des
Transfers durch diese Wände erfordert auch eine Modellbildung und die Simulation
der Prozesse, deren Aufklärung auch aus medizinischen Gründen sehr wichtig ist. Bei
der mathematischen Formulierung von Modellen für den Transport durch Membrane
und Zellschichten stößt man wiederum auf Situationen wie bei Chromatographen.
Der Transport durch den interzellulären Raum bzw. durch die Kanäle kann über
Einzelmoleküle laufen, was bei zunächst kontinuierlich durch Dichten zu beschrei-
benden Substanzen zu Schwierigkeiten führt. [24,25]
8. Metabolische Netze — komplexe Systeme, Algorithmen zur Reduktion
der Komplexität
Physikalische und chemische Prozesse in Raum und Zeit erzeugen biologische
Form und Funktionalität. Sie werden gesteuert durch Informationen, die insbeson-
dere in den Genen gespeichert werden. Es liegt ein komplexes Netzwerk von Reak-
tionen von Atomen, Molekülen, Komplexen, von Diffusion, Transport, Strömung,
von Wechselwirkung innerhalb des Systems und mit der Umgebung (mechanisch,
elektrisch, ...) vor. Diese Komplexität, die mit dem Fortschritt der experimentellen
Forschung noch wächst, scheint ein unüberwindbares Hindernis für die Modellie-
rung und Simulation zu sein. Die Karte des bekannten Teils des Netzwerkes meta-
bolischer Reaktionen in einer Zelle ist alleine optisch so komplex wie eine Karte
von Leitungen in einer Mega-City. Bereits Teilkarten sind genügend schwierig.
Diese Komplexität kann nur bewältigt werden, wenn sie mit Methoden redu-
ziert wird, wie sie bei der Modellierung und Simulation komplexer chemischer Sys-
teme, z. B. für Verbrennungsprozesse, entwickelt und erfolgreich eingesetzt wurden.
Auch dort erwies es sich als notwendig, das Netzwerk des Gesamtprozesses zunächst
fein aufzulösen, was zu riesigen Systemen von Einzelreaktionen führte. In Abhän-
gigkeit von der anstehenden Fragestellung konnten diese Netzwerke durch erheb-