Ask Sebastian: Kann ein Schleimpilz den Weltmeister vorhersagen?
In einem Labor sitzt derzeit ein einzelliger Organismus und breitet sich langsam über eine Petrischale aus. Er besitzt weder ein Gehirn noch Nervenzellen und hat keinerlei Verständnis davon, was Fußball ist. Trotzdem stellen wir ihm eine Frage, die normalerweise Analysten, Algorithmen oder hitzigen Diskussionen in Cafés vorbehalten ist: Kann dieses ungewöhnliche Lebewesen den Gewinner der Fußball-Weltmeisterschaft vorhersagen?
Der Organismus trägt den wissenschaftlichen Namen Physarum polycephalum und ist besser als „Vielköpfiger Schleimpilz“ bekannt. Obwohl er nur aus einer einzigen Zelle besteht, enthält diese Tausende von Zellkernen. Dadurch verhält er sich weniger wie ein einzelnes Lebewesen als vielmehr wie ein lebendiges Netzwerk. Er denkt nicht, sagt keine Ergebnisse voraus und versteht die Regeln des Spiels nicht. Stattdessen wächst er, erkundet seine Umgebung und passt sich den Informationen an, die ihm seine Umwelt liefert.
Genau das macht ihn für die Forschung so interessant.
Uns ging es nicht darum herauszufinden, ob der Schleimpilz in die Zukunft sehen kann. Stattdessen wollten wir untersuchen, was passiert, wenn ein biologisches System mit einem Fußball-Ranglistenmodell arbeitet und auf Grundlage seiner eigenen, unvorhersehbaren Wachstumslogik Entscheidungen trifft.
Wie entscheidet sich ein Schleimpilz für einen Sieger?
Physarum befindet sich in einem sogenannten Plasmodium-Stadium – einer einzigen riesigen Zelle, die sich auf der Suche nach Nährstoffen über Oberflächen ausbreitet. Sein Wachstum erfolgt dabei nicht völlig zufällig. Der Schleimpilz reagiert auf chemische Signale von Nahrungsquellen und auf Umweltbedingungen. Er erweitert sein Netzwerk bevorzugt in günstige Richtungen, erkundet aber gleichzeitig ständig alternative Wege.
Gerade dieses Zusammenspiel aus Erkundung und Effizienz macht den Organismus so faszinierend. Sein Wachstum wirkt zunächst chaotisch, doch mit der Zeit entstehen erstaunlich effiziente Verbindungen. Frühere Studien haben sogar gezeigt, dass Schleimpilze Verkehrsnetze nachbilden können, die realen Infrastrukturen erstaunlich ähneln – unter anderem dem Eisenbahnnetz von Tokio (Tero et al., Science, 2010).
Der Schleimpilz löst dabei keine Probleme bewusst. Er folgt lediglich einfachen biologischen Regeln, die durch ihre ständige Wiederholung komplexe Muster hervorbringen.
Deshalb stellten wir uns die Frage: Was passiert, wenn diese Regeln genutzt werden, um den Ausgang eines Fußballturniers vorherzusagen?
Von Elo-Wertungen zu biologischen Entscheidungen
Für jedes Spiel im Turnierbaum entwickelten wir eine biologische Version des Elo-Ranglistensystems.
Die Grundidee war einfach: Jede Mannschaft wurde durch eine Haferflocke repräsentiert. Der Abstand dieser Haferflocke vom Startpunkt des Schleimpilzes hing von der Elo-Differenz der beiden Mannschaften ab.
Die stärkere Mannschaft – also jene mit der höheren Elo-Zahl – wurde näher am Schleimpilz platziert, während die schwächere Mannschaft weiter entfernt lag.
Die Umrechnung erfolgte nach folgenden Formeln:
Normierung der Elo- und Formwerte:
E = (E_Team - Eₘᵢₙ) / (Eₘₐₓ - Eₘᵢₙ)
F = (F_Team - Fₘᵢₙ) / (Fₘₐₓ - Fₘᵢₙ)
Anschließend wurden beide Werte kombiniert:
S = 0,8E + 0,2F
Der resultierende Wert wurde schließlich in einen Abstand umgerechnet:
d = 4 - 2S
Dabei steht F für die aktuelle Form einer Mannschaft und basiert auf Siegen, Niederlagen und Unentschieden aus den letzten fünf Spielen.
Diese Umrechnung bildete das Herzstück des Experiments. Der Schleimpilz entwickelte also kein eigenes Vorhersagemodell, sondern setzte ein von uns entworfenes Modell physisch um. Der Organismus wurde damit zu einer Art biologischem Computer, der Elo-Ranglisten mithilfe eines lebenden und gleichzeitig unvorhersehbaren Systems verarbeitet.
Erreichte der Schleimpilz zuerst die näher gelegene Haferflocke, galt dies als Entscheidung für die höher eingestufte Mannschaft. Da Physarum jedoch nicht vollkommen kontrolliert wächst, waren seine Entscheidungen nie garantiert. Gerade das biologische Rauschen und die natürliche Variabilität seines Wachstums machen sein Verhalten so spannend – und eben auch unvorhersehbar.
Unser Ziel war es nicht zu beweisen, dass ein Schleimpilz Fußball versteht.
Wir wollten beobachten, was geschieht, wenn Mathematik auf Biologie trifft.
Das Team hinter dem Experiment
Das Projekt wurde von sieben Teammitgliedern durchgeführt, die sich auf drei Bereiche aufteilten: die Bio-Coaches, die Datenstrategen und die Technik-Scouts.
Die Bio-Coaches – Tariq, Amelia und Maryam – waren für die Vorbereitung und Pflege der Schleimpilzkulturen während des gesamten Experiments verantwortlich.
Wir drei bringen sehr unterschiedliche Hintergründe mit. Ich studiere Sustainable Agriculture (Nachhaltige Landwirtschaft) und komme aus Kuwait. Mein Interesse an der Biologie entstand durch die Frage, wie lebende Systeme mit ihrer Umwelt interagieren. Amelia studiert Bioengineering und brachte aus Albanien eine stärker ingenieurwissenschaftliche Perspektive mit. Maryam, ebenfalls Studentin des Bioengineerings, betrachtete das Experiment vor allem aus Sicht biologischer Systeme und ihres Designs.
Anstatt lediglich einer Fußballvorhersage zuzusehen, beobachteten wir ein Zusammenspiel von Mathematik, Biologie und menschlicher Neugier.
Die übrigen Teammitglieder kümmerten sich um die Elo-Berechnungen, den räumlichen Versuchsaufbau, die Datenerfassung sowie die technische Infrastruktur für die Zeitrafferaufnahmen.
Dem Wachstum zusehen
Jedes Spiel wurde etwa zwölf Stunden lang per Zeitraffer aufgenommen.
Die Aufnahmen wirken ungewöhnlich: Der Schleimpilz breitet sich langsam aus und sendet verzweigte Ausläufer in verschiedene Richtungen. Es sieht fast so aus, als würde ein Suchalgorithmus sichtbar werden.
Entscheidend ist jedoch nicht allein, welche Haferflocke zuerst erreicht wird. Viel interessanter ist die Unsicherheit.
Manchmal wächst der Schleimpilz wie aufgrund der Elo-Wertung erwartet zur favorisierten Mannschaft. Manchmal führen seine chaotischen Erkundungen jedoch zu einem anderen Ergebnis. Er kopiert das Ranglistensystem also nicht einfach, sondern fügt ihm seine eigene biologische Dynamik hinzu.
Genau diese Unvorhersehbarkeit ist keine Schwäche des Experiments – sie ist sein eigentlicher Zweck.
Ein Computermodell liefert unter denselben Bedingungen immer das gleiche Ergebnis. Ein lebendes System hingegen kann überraschen.
Kein Prophet – sondern ein biologischer Computer
Natürlich kann ein Schleimpilz Fußballspiele nicht so vorhersagen wie ein menschlicher Experte oder ein statistisches Modell. Er weiß nichts über Verletzungen, Taktik, Auswechslungen, Platzverweise oder die unzähligen Faktoren, die den Verlauf eines Turniers beeinflussen.
Doch genau darum ging es auch nie.
Der Schleimpilz war kein Prophet. Er war ein biologischer Computer, der nach seinen eigenen Regeln arbeitete.
Wir gaben ihm eine Eingabe – das Elo-Ranglistensystem – und beobachteten, wie ein lebender Organismus diese Informationen auf seine ganz eigene Weise verarbeitete. Das Ergebnis war eine Mischung aus Mathematik und biologischer Variabilität: manchmal logisch, manchmal überraschend, aber immer faszinierend.
Hat Sebastian, der Schleimpilz, also den Weltmeister vorhergesagt?
Argentinien?
Vielleicht lautet die Antwort ja. Vielleicht auch nein.
Die eigentliche Erkenntnis liegt jedoch woanders: Die Vorhersage selbst war nie die ganze Geschichte. Das wahre Experiment bestand darin zu beobachten, was passiert, wenn ein mathematisches Modell den Computerbildschirm verlässt und in die unvorhersehbare Welt eines lebenden Organismus eintaucht.