1. Erforschen - Wie versteht KI die Biologie?
In diesem Abschnitt werden die Studierenden an die grundlegende Idee herangeführt, dass Künstliche Intelligenz (KI) Biologie nicht auf die gleiche Weise versteht wie Menschen. Stattdessen interpretiert KI biologische Systeme anhand von Daten, Mustern und mathematischen Darstellungen.
Der Zweck dieser Explore-Phase besteht darin, den Lernenden zu helfen, ein konzeptuelles Fundament darüber aufzubauen, wie biologische Informationen in digitale Daten umgewandelt werden und wie KI-Systeme lernen, Strukturen, Zusammenhänge und Regelmäßigkeiten in diesen Daten zu erkennen.
1.1 Biologie als Daten: Von lebenden Systemen zu digitalen Informationen
Die Biologie konzentriert sich traditionell auf die Untersuchung lebender Systeme wie Zellen, Gewebe, Organe, Organismen und Ökosysteme. Mit der rasanten Entwicklung digitaler Technologien werden diese lebenden Systeme zunehmend als Daten dargestellt, die von Computern gespeichert, verarbeitet und analysiert werden können.
Aus der Perspektive der Künstlichen Intelligenz:
- DNA wird als lange Sequenzen von Buchstaben (A, T, C, G) dargestellt, z. B. analysiert KI Sequenzen, um regulatorische Motive oder Spleißstellen vorherzusagen.
- Proteine werden als Ketten von Aminosäuren und 3D-Strukturen beschrieben, z. B. bestimmt das AlphaFold-Modell die 3D-Form eines Proteins anhand seiner Sequenz und ermöglicht so das Design neuer Proteine für Medikamente.
- Mikroskopische Bilder werden zu pixelbasierten visuellen Daten.
Biologische Interaktionen werden in Netzwerke und Modelle transformiert, z. B. Genregulationsnetzwerke, in denen KI erkennt, „wer was reguliert“ unter Genen und Signalmolekülen.
KI-Systeme beobachten das Leben nicht direkt; stattdessen arbeiten sie mit digitalen Darstellungen biologischer Prozesse. Durch die Verarbeitung großer Mengen biologischer Daten kann KI Beziehungen und Muster erkennen, die für Menschen schwer oder unmöglich manuell zu entdecken sind.
Wichtige Idee für Schüler:
Aus Sicht der KI wird Biologie zu einer Kombination aus Information, Struktur und Beziehungen.