netzeZiemlich verknotet

Darmbakterien, Sex und Stromnetze folgen ähnlichen Gesetzmäßigkeiten, behaupten Physiker. Mit Hilfe der Netzwerktheorie wollen sie Epidemien bekämpfen und Unternehmen beraten von 

Gäbe es einen Nobelpreis für interdisziplinäre Forschung, Mark Newman wäre ein heißer Kandidat. Der Physikprofessor von der Universität Michigan untersucht die Konflikte in einem Karateclub, das Ökosystem von Plankton, Zackenbarsch und Sardellen sowie das Beziehungsnetz von 55000 Physikern auf der ganzen Welt. Seine jüngste Arbeit handelt von basiert auf mathematischen Formeln und provoziert die Fachwelt mit einer frechen These: Die herkömmlichen Computermodelle zur Ausbreitung von Seuchen taugen nichts. Die Wechselwirkung von einigen Proteinen der Bäckerhefe (bunte Punkte) als Beziehungsnetz

Newman gehört zu einer neuen Strömung meist junger Wissenschaftler rund um den Globus. Ihr Forschungsgebiet: komplexe Netzwerke. Ihr Mantra: Netzwerke sind überall. Die Organisationsstruktur von al-Qaida ähnelt dem Sexualverhalten schwedischer Männer und dem E-Mail-Verkehr Kieler Studenten. Die Ausbreitung von Sars folgt einem ähnlichen Muster wie die chemischen Reaktionen in einer Hefezelle. Sogar zwischen dem amerikanischen Stromnetz und einer 60-köpfigen Delfinpopulation in einem neuseeländischen Fjord entdecken die Forscher Gemeinsamkeiten. Mit einer neuen Theorie der Netzwerke wollen sie nun ein Werkzeug entwickeln, um die Welt zu verbessern. Netzwerktheorie, so das Versprechen, hilft Viren zu bekämpfen, Konflikte zu lösen und Unternehmen zu führen.

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Chaos ist out, Netze sind in

In den vergangenen Wochen gab es mehrere Ereignisse, die sich mit den Instrumenten der Netzwerkforschung analysieren lassen: Die Geflügelpest erreichte zahlreiche Hühnerfarmen in Asien, das Computervirus MyDoom infizierte die Server dieser Welt, und in Science rekonstruierten Mediziner den Verlauf der Sars-Epidemie. Der Netzwerkpapst Albert-László Barabási von der University of Notre Dame in Indiana, Autor einer "Netzbibel" mit dem Titel Linked, vermutet hinter solchen Phänomenen ein universales Ordnungsprinzip: "Die Netze von Webservern, Firmen und Ökosystemen beruhen auf einer gemeinsamen Schablone."

In den achtziger Jahren stürzten sich Naturwissenschaftler auf die Chaostheorie, jetzt sind die Netze dran. Damals vermutete man hinter jedem Wolkenbruch das Chaos, heute suchen Wissenschaftler allerorten nach verborgenen Knoten. Früher war alles fraktal, heute ist alles verlinkt. In einem sozialen Netz sind Freundschaften die Links und Menschen die Knoten. Ein Ökosystem verlinkt Pflanzen und Tiere über die Nahrungskette. Im Luftverkehr fungieren Flüge als Links und Flughäfen als Knoten.

"Netzwerktheorie ist keine Spielerei", beteuert Mark Newman, "ich interessiere mich nicht für Karateclubs an sich, sondern für die mathematischen Hilfsmittel, um soziale Netzwerke aufzuspüren und abzubilden." Gerade für die Bekämpfung von Epidemien seien solche Daten eine wichtige Voraussetzung. Gemeinsam mit Medizinern und Epidemiologen hat Newman vor kurzem die Ausbreitung des Bakteriums Mycoplasma pneumoniae simuliert, das wegen seiner langen Inkubationszeit immer wieder für die epidemieartige Verbreitung von Lungenentzündungen sorgt. Betroffen sind in den USA Krankenhäuser, Militärbasen, Kirchengruppen und Gefängnisse. Ergebnis der Netzwerkanalyse: Effektiver als Mundschutz und Händewaschen ist es, die Kontaktmuster beim ersten Ausbruch der Infektion sofort zu ändern. Vor allem die Krankenpfleger der betroffenen Station – häufig übertragen sie das Bakterium, ohne selbst zu erkranken – sollten einen neuen Dienstplan bekommen und vorübergehend nicht in anderen Stationen eingesetzt werden. "Im Nachhinein klingt das ziemlich einleuchtend", sagt Newmans Co-Autorin Lauren Ancel Meyers von der University of Texas in Austin, "aber daran hatte zuvor niemand gedacht."

Von Netzwerken reden viele, und das auch schon seit Jahrzehnten. Neu ist, dass die Physiker nun eine spezielle Klasse von komplexen Netzen entdeckt haben, die sie mathematisch beschreiben können.

Begonnen hat alles mit einer einfachen Frage: Welche Struktur hat das World Wide Web? Albert-László Barabási und seine Doktoranden ließen 1999 ein selbst geschriebenes Softwareprogramm wie ein virtuelles Heinzelmännchen durch das Web krabbeln, von Link zu Link. Es merkte sich den zurückgelegten Weg und die Links auf den Web-Seiten. "Ich war sehr stolz darauf", erinnert sich der Physikprofessor. "Es war ein Gefühl wie beim ersten Gebrauchtwagen, den ich mir leisten konnte." Nach ein paar Tagen hatte der Robot 325000 Web-Seiten mit 1,5 Millionen Links im Gepäck. Das war schon damals nur ein Bruchteil des World Wide Web, doch genug, um den Forschern eine Überraschung zu bescheren.

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