Bücher EVOLUTION

1. Einleitung

1.1. Warum also ist die Welt so, wie sie ist?

Das zentrale Anliegen dieses Buches ist es, die wesentlichen Mechanismen der Evolution zu verstehen, die dazu geführt haben, dass die Welt so ist, wie sie ist.

Charles Darwin hat schon viel davon erklärt: Nämlich, wie und warum sich die verschiedenen Arten von den Einzellern über die Tiere bis hin zum Menschen entwickelt haben.  Aber er hat nicht alles erklären können.

-       Warum z.B. hat sich dabei das Hören, Sprechen, Schreiben, der Buchdruck und die Computertechnik gerade in dieser Reihenfolge entwickelt?

-       Warum hat sich die Wirtschaft von einer Tauschwirtschaft über eine arbeitsteilige Wirtschaft zu einer Marktwirtschaft mit Geld und Investitionen entwickelt?

-       Warum hat sich das Geld vom Warengeld über das Münzgeld, das Papiergeld bis zum elektronischen Geld entwickelt?

-       Warum können Tiere imitieren und Menschen zuerst Lernen und dann sogar Lehren?

-       Warum und wann haben sich die verschiedenen Kooperations-mechanismen entwickelt (Gruppen-Koop., direkte Koop., Schulden-Koop., indirekte Koop., Kooperation über Normen)?

-       Warum hat sich das alles genau in dieser Reihenfolge entwickelt?

Aber noch wichtiger:

-       Warum entwickelt sich alles immer schneller?

-   Wohin geht die Reise der Evolution in der Zukunft?

-       Steuern wir gerade auf einen singulären Punkt der Evolution zu?

Generell gilt: Um Entwicklungen zu verstehen, wesentliche Zusammen-hänge zu erkennen und darauf aufbauend die Zukunft gestalten zu können, müssen auf jeden Fall 5 Grundsätze beachtet werden:

1.   Die langfristige Entwicklung von lebenden Systemen wird durch die Evolutionstheorie bestimmt:

Das Verhalten lebender Individuen wird durch Umwelteinflüsse und gespeicherte Informationen im allgemeinen Sinne bestimmt. Informa­tionen im allgemeinen Sinne sind Informationen, die direkt oder indirekt an andere Individuen oder nachfolgende Generationen weitergegeben werden. Auf der einfachsten Evolutionsstufe besteht diese Information aus der in den Genen niedergelegten Erbinformation. In höheren Evolutionsstufen besteht die weitergegebene Information auch aus Informationen, die z. B. im Großhirn oder in "externen" Informationsspeichern gespeichert sind. Diese Informationen werden durch verschiedene Einflüsse wie Mutation, sexuelle Fortpflanzung, Erfahrung, logisches Denken,  wissenschaftliche Erkenntnisse usw. qualitativ verändert, und ihre Häufigkeit wird durch verschiedene Mechanismen wie Selektion und Gendrift verändert. In dieser veränderten Form werden sie wiederum an andere weitergegeben. Diejenige Information, die einen Überlebensvorteil gegenüber anderen Informationen hat, kann sich entweder im Wettbewerb gegen die anderen durchsetzen oder neue Lebensnischen besetzen, ohne die alten zu verdrängen

2.   Die Evolutionstheorie der Information beschreibt, in welcher Reihenfolge und in welchen Zeiträumen sich im Laufe der Evolution neue Informationstypen (Datentypen) mit jeweils neuen Speichertechnologien, neuen Vervielfältigungs- und neuen Verarbeitungstechnologien für die Information entwickelt haben. In der Regel haben die neuen Technologien die anderen Technologien nicht im Sinne einer Konkurrenz verdrängt, sondern die neuen Technologien waren nur auf der Basis der bestehenden Technologien möglich und wurden neu hinzugefügt.

3.   Wenn wir die Gegenwart verstehen und die Zukunft gestalten wollen, müssen wir einen Blick in die Vergangenheit werfen. Nur wenn wir die Prinzipien der Evolution in der Vergangenheit verstanden haben, haben wir eine Chance abzuschätzen, ob und wie sich diese Prinzipien in der Zukunft verändern und wie sie die Zukunft bestimmen könnten.

4.   Die wesentlichen Entwicklungen und Strukturen werden durch positive Rückkopplungen, d.h. durch sich selbst verstärkende Kräfte bestimmt. Dadurch kommt es zu exponentiellen Entwicklungen.

5.   Will man die wesentlichen Gesetzmäßigkeiten und Zusammenhänge erkennen, muss man bei der Betrachtung der Dinge den richtigen Maßstab dafür wählen und entsprechend vereinfachen, sonst "sieht man den Wald vor lauter Bäumen nicht".[1]

Eine Antwort auf die obigen Fragen, welche die obigen Grundsätze berücksichtigt, gibt die Allgemeine Evolutionstheorie von Allem. Sie ist eine umfassende Erweiterung der Darwin’schen Theorie.

1.2.  Die allgemeine Evolutionstheorie - Die Theorie der Evolution von allem

1.2.1. Grundgedanke und Begriffe

Die allgemeine Evolutionstheorie, die wir in diesem Buch entwickeln, ist eine Theorie der Evolution von allem. Das Grundanliegen besteht darin, die gesamte Evolution vom Ursprung des Lebens bis zu den biologischen, technologischen, sozialen und wirtschaftlichen Strukturen der Gegenwart aus einer einheitlichen Sichtweise und Struktur zu verstehen.

Die allgemeine Evolutionstheorie kann als eine umfassende Verallgemeinerung und Erweiterung von Darwins Evolutionstheorie angesehen werden. Sie beinhaltet keine Modifikationen der Darwin´schen Theorie (siehe z.B. (Lange 2020)) im Sinne der synthetischen Evolutionstheorie oder die Erweiterung des Selektionsbegriffs um die Mehrebenen-Selektion (Wilson und Sober 1994) oder neue Erkenntnisse aus der evolutionären Entwicklungsbiologie (Evo-Devo) (Müller und Newman 2003) oder der epigenetischen Forschung. Die allgemeine Evolutionstheorie geht weit darüber hinaus. Sie erweitert die der Darwin´schen Theorie entsprechenden Begriffe "biologische Art", "Genotyp", "Phänotyp", "Mutation" und "Selektion" und ersetzt sie durch viel allgemeinere Begriffe:

Darwinsche Evolutionstheorie       →    Allgemeine Evolutionstheorie

biologische Arten → Arten (im weiteren Sinne)

genetische Information, Genotyp → Allgemeine Informationen

Phänotyp → Form

Mutationsmechanismus, Mutation → Variationsmechanismus,Variation

Selektionsdynamik k→ Evolutionsdynamik

Diese konzeptionellen Erweiterungen ermöglichen es, evolutionäre Entwicklungen in ganz unterschiedlichen Bereichen aus einem einheitlichen Blickwinkel und innerhalb eines einheitlichen Zeitrahmens zu beschreiben. Einige Beispiele:

Biologie: Hominine → Homo → Homo sapiens

Datenarten: RNA → DNA → elektrochemisches Potential

Technologien : Schreiben → Buchdruck → EDV

Monetäre Systeme: Warengeld → Münzgeld →Papiergeld → elektronisches Geld

Wirtschaftssysteme: Tausch → Arbeitsteilung → Investition

Wirtschaftsformen: Marktwirtschaft →kapitalistische Marktwirtschaft →globale kapitalistische Marktwirtschaft

Kooperation: Gruppen-Koop. → Direkte Koop. →Schulden-Koop. →indirekte Koop. →

Normen Koop.

Treibende Kräfte: Konzentrationsgradient → Gradient des elektrochemischen Potenzials → Gradient des Nutzens

So wie eine biologische Art durch ihre genetische Information (Genotyp) und den aus dem Genotyp und seinen biologischen Merkmalen (Phänotyp) gebildeten Organismus charakterisiert ist, so ist eine "Art im weiteren Sinne" durch die allgemeine Information und die aus der Information und ihren Eigenschaften gebildete besondere Form gekennzeichnet.

So wie Mutationsmechanismen zu Mutationen (=Veränderungen der genetischen Information) führen, führen Variationsmechanismen zu Variationen (=Veränderungen der allgemeinen Information). Die Selektionsdynamik beschreibt das Überleben der am besten angepassten Individuen, biologischen Arten und ihrer genetischen Information. Die Evolutionsdynamik (Dynamik evolutionärer Systeme) beschreibt die Entwicklung der Häufigkeiten von Arten im weiteren Sinne, von Formen und der zugrunde liegenden allgemeinen Information. Typischerweise werden die Dynamik und damit die Selektionsdynamik und die Evolutionsdynamik (Dynamik evolutionärer Systeme) formal durch Differentialgleichungen beschrieben.

Diese Begriffe werden anhand von 3 Beispielen näher erläutert:

1. Beispiel aus Darwins Evolutionstheorie:

Die DNA ist eine Technologie zur Speicherung genetischer Informationen. Die DNA führt zu einem biologischen Merkmal in einem Individuum A, z.B. einer Reproduktionsrate .Diese genetische Information kann durch einen Mutationsmechanismus (Zufall, chemische Substanzen, Strahlung usw.) in eine neue (genetische) Information umgewandelt werden. Diese neue veränderte Information wird als Mutation bezeichnet. Sie führt zu einem Organismus B mit einer veränderten biologischen Eigenschaft, z.B. einer Reproduktionsrate .Die zeitlichen Entwicklungen (Evolutionsdynamik) der Häufigkeiten von A und B werden durch ein Differentialgleichungs-system (Evolutionssystem) beschrieben. Ist die Reproduktionsrate  größer als die Reproduktionsrate  , so vermehren sich die Nachkommen von B schneller als die Nachkommen von A und der relative Anteil von A wird mit der Zeit immer kleiner ("survival of the fittest"). Diese besondere Dynamik wird als Selektionsdynamik bezeichnet.

2. Beispiel aus der allgemeinen Evolutionstheorie (zum Begriff der allgemeinen Information und Form):

Jede spezielle biologische Art von Säugetieren ist durch ihre spezielle genetische Information (Genotyp) gekennzeichnet, aus der der spezielle Organismus mit seinen Merkmalen (Phänotyp) hervorgeht. Analog dazu tritt die Marktwirtschaft in verschiedenen Arten (im weiteren Sinne) auf. Jede besondere Art von Marktwirtschaft wird durch eine Vielzahl unterschiedlicher allgemeiner Informationen geprägt, wie z. B. technologischem Wissen, staatlichen Verhaltensnormen, genetischen Merkmalen der Menschen usw. Aus diesen speziellen allgemeinen Informationen entsteht jeweils eine spezielle Form des Wirtschaftens mit all seinen Merkmalen, z. B. die kapitalistische Marktwirtschaft oder eine ihrer Sonderformen.

3. Beispiel aus der allgemeinen Evolutionstheorie (zum Konzept des Variationsmechanismus, der Variation, des Evolutionssystems und der Evolutionsdynamik):

Das neuronale Netz im Großhirn des Menschen ist eine Technologie zur Speicherung allgemeiner Informationen, wie z.B. komplexer kausaler Zusammenhänge, z.B.: "Wenn du nach wildem Getreide suchst, wirst du Nahrung finden". Diese Information führt zu einem bestimmten Verhalten. Diese allgemeine Information, die im Großhirn als Kausalbeziehung gespeichert ist, kann durch den Variationsmechanismus "Lernen" in eine neue Kausalbeziehung umgewandelt werden, z.B.: "Wenn du nicht alle Getreidekörner isst, sondern einen Teil der Getreidekörner aussäst, brauchst du nicht mehr nach Getreidekörnern zu suchen, sondern kannst mehr Getreidekörner ernten". Diese neue, im Großhirn gespeicherte Kausalbeziehung (Getreide anbauen → mehr essen) stellt also eine Abwandlung der alten Kausalbeziehung (Getreide suchen → essen) dar.

Die alte Kausalbeziehung führt zu einem dynamischen System (Evolutionssystem), das die zeitliche Entwicklung (Evolutionsdynamik) der Häufigkeiten des Sammlers beschreibt. Durch den Variationsmechanismus "Lernen" wird die alte allgemeine Information (die alte Kausalbeziehung) in eine Variation (die neue Kausalbeziehung) umgewandelt. Die neue Kausalbeziehung führt zu einem neuen dynamischen System (Evolutionssystem), das die zeitliche Entwicklung (Evolutionsdynamik) der Häufigkeiten des Sämanns und seiner Nahrung beschreibt.

Anmerkung zur Terminologie: Der Begriff "Lernen" oder andere Begriffe wie "Norm" oder "Tausch" werden der Einfachheit halber oft für den gesamten Mechanismus aus Variationsmechanismus, Variation, Evolutions-system und Evolutionsdynamik oder für einzelne Teile davon in gleicher Weise verwendet. Dies führt aber in der Regel zu keinen Verständnisproblemen, da aus dem Kontext klar ist, was gemeint ist.

1.2.2. Von Darwin’s Evolutionstheorie zur allgemeinen Evolutionstheorie in 3 Schritten

Der Grundgedanke besteht also darin, nicht nur - so wie Darwin - die Evolution von genetischen Informationen zu betrachten, sondern stattdessen die Evolution von ganz allgemeinen Informationen zu betrachten. Dabei zeigt sich, dass die Evolution dadurch geprägt ist, dass sich sprunghaft immer neue Informationstypen entwickelt haben, mit neuen Speichertechnologien, neuen Vervielfältigungstechnologien und neuen Verarbeitungstechnologien.

Weiters zeigt sich, dass jede neue Informationstechnologie zu immer besser zielgerichteten Variationsmechanismen geführt hat, welche die Evolution exponentiell beschleunigt haben.

1.2.2.1. Darwin´s Evolutionstheorie

Beginnen wir mit dem Grundkonzept der Darwin´schen Theorie:

Ein Selektionssystem (üblicherweise ein Differentialgleichungssystem) beschreibt die Dynamik der Häufigkeiten der Genotypen. Ein Mutationsmechanismus ergibt einen neuen Genotyp und in der Folge einen neuen Phänotyp mit einer neuen Eigenschaft.

Dies führt zu einem neuen Selektionssystem mit geänderten Parametern und der Darwin´sche Zyklus beginnt von vorne.

1.2.2.2. 1. Erweiterungsschritt

In einem 1. Schritt der Erweiterung, erweitern wir die Darwin´schen Begriffe: 

-       Anstelle von genetischen Informationen betrachten wir allgemeine Informationen

z.B. Bewusstseinsinhalte, kulturelles Verhalten oder Verfassungsgesetze

-       Anstelle von Phänotypen betrachten wir Formen

z.B. Ackerbau bzw. Viehzucht

oder z.B. Demokratie bzw. Diktatur

-       Anstelle von Mutationsmechanismen für die genetischen Informationen betrachten wir Variationsmechanismen für allgemeine Informationen

z.B. Imitieren, Lernen, Lehren, logisches Denken

-       Anstelle von einfachen Selektions-Systemen betrachten wir allgemeine Evolutions-Systeme

z.B. das Gefangenendilemma

oder z.B. die Evolutionssysteme die sich aus den verschiedenen Kooperationsmechanismen ergeben.

Daraus ergibt sich der Darwin´sche Zyklus für die erweiterten Begriffe (in der Grafik grün markiert)

Selektions-System wird ersetzt durch Evolutions-System,

genetische Information durch allgemeine Information,

Mutationsmechanismus durch Variationsmechanismus

und der Begriff Phänotyp wird durch den Begriff der Form ersetzt

1.2.2.3. 2. Erweiterungsschritt

Wenn der Darwin´sche Zyklus oft durchlaufen worden ist, kann es zu einem qualitativen Sprung bei den biologischen Eigenschaften kommen. Die Allgemeine Evolutionstheorie geht in einem 2. Schritt (in der Grafik rot markiert) davon aus, dass die für die Evolution fundamentalen Evolutionssprünge gerade diejenigen sind, die zum Auftreten neuer Informationstechnologien führen.

Zunächst entsteht für jeden neuen Informationstyp eine Speichertechnologie, was zu einem qualitativ neuen Evolutionssystem führt. In der Folge wird der Darwin´sche Zyklus wieder solange durchlaufen, bis es zu einem weiteren Sprung kommt, der eine neue Vervielfältigungstechnologie und ein qualitativ neues Evolutionssystem ergibt. Nach weiteren Durchläufen kommt es zu einer neuen Verarbeitungstechnologie und schließlich zu einem neuen Informationstyp und der Prozess der Entstehung neuer Technologien und qualitativ neuer Evolutionssysteme beginnt von vorne.

1.2.2.4. 3. Erweiterungsschritt

In einem 3. besonders wichtigen Schritt (in der Grafik violett markiert) zeigen wir, dass jede neue Informationstechnologie zu einem neuen Variationsmechanismus führt, insbesondere auch zu zielgerichteten Variationsmechanismen. Je höher die Informationstechnologie entwickelt ist, umso mehr sind die neuen Variationsmechanismen zielgerichtet.

Zielgerichtete Variationsmechanismen haben einen besonders hohen Einfluss auf die Geschwindigkeit der Evolution, weil dadurch gewissermaßen Umwege der Evolution abgekürzt und "Fehlentwicklungen" vermieden werden.

Sie sind daher eine ganz wesentliche Ursache dafür, dass die Evolution immer schneller abläuft.

1.2.3. Natürliche Chronologie der Evolution

Nun zu einer weiteren Schlussfolgerung aus der Allgemeinen Evolutionstheorie.

Eines der wichtigen Ergebnisse besteht darin, dass die Allgemeine Evolutionstheorie zu einer natürlichen Chronologie der Evolution führt, die auf den entstehenden neuen Informationstechnologien beruht. Insgesamt lässt sich die gesamte Evolution vom Ursprung des Lebens bis heute entsprechend den 7 auftretenden Informationstypen auf natürliche Weise in 7 Zeitalter einteilen. Diese Zeitalter entsprechen den folgenden Informationstypen:

RNA, DNA, Nervensystem. Großhirn, externe lokale Speicher, die Cloud als externer delokalisierter vernetzter Speicher und ein zukünftiger Informationstyp, der durch die Symbiose von Menschen und Maschine geprägt sein wird.

Jedes dieser Zeitalter lässt sich entsprechend den neu auftretenden Speicher-, Vervielfältigungs- und Verarbeitungstechnologien typischerweise in 3 Unterzeitalter zerlegen.

Als Beispiel zoomen wir hinein in das Zeitalter [4], das durch den Informationstyp „komplexe Bewusstseinsinhalte im Großhirn“ charakterisiert ist, das vor etwa 6 Millionen Jahren begonnen hat und bis zur Erfindung der Schrift als neuen Informationstyp vor etwa 5.000 Jahren gedauert hat.

-       Die biologische Eigenschaft eines hochwertigen assoziativen neuronalen Netzes im Großhirn, ermöglicht eine Speicher-technologie, die einfache Kausalzusammenhänge speichern kann. Das entspricht dem Zeitalter der Hominine (also dem Zeitalter der Menschenartigen).

-       Die biologische Eigenschaft der einfachen Sprache, die sich vor etwa 900.000 Jahren entwickelt hat, ist eine Vervielfältigungstechnologie für individuelle Erfahrungen. Das entspricht dem Zeitalter des Homo

-   Die biologischen Eigenschaften die zur kognitiven Revolution vor ca. 60.000 Jahren geführt haben, ermöglichen z.B. auch das logische Denken als Verarbeitungstechnologie von Bewusstseinsinhalten. Das entspricht dem Zeitalter des Homo sapiens.

1.2.4. Andere neue Ideen der allgemeinen Evolutionstheorie

-   Link zwischen der evolutionären Informationstheorie und der Allgemeinen Evolutionstheorie

-   Megatrends der Evolution

-   Evolution der treibenden Kräfte

-   Zwangsbedingungen als wesentliche Elemente der Evolution

-   Die Illusion des freien Willens als evolutionär erfolgreiche Eigenschaft

-   Die Dokumentation von Schuldverhältnissen (insbesondere in der Form von Geld) als Katalysator für Win-Win und Kooperations-Mechanismen

-   Der Unterschied zwischen individueller Nutzen-Optimierung und Gesamtnutzen-Maximierung

-    Von der künstlichen Intelligenz 1.0 zur künstlichen Intelligenz 2.0

1.2.5. Hypothese

Die allgemeine Evolutionstheorie beschreibt im obigen Sinne in systematischer Weise alle Entwicklungen, wie sie auf der Erde unter den gegebenen chemisch-physikalischen Bedingungen seit etwa 4 Milliarden Jahren verlaufen sind. Die wesentlichen Überlegungen dazu sind jedoch von so grundlegender Natur, dass die Hypothese aufgestellt wird, dass sich die Evolution auf anderen Planeten notwendigerweise nach den gleichen Prinzipien entwickelt:

(1)  dass die Evolution unweigerlich neue Informationstypen hervorbringt, jeweils mit neuen Speichertechnologien, neuen Vervielfältigungs-technologien und neuen Verarbeitungstechnologien,

(2)  dass sich die Evolution von einfachen Systemen zu immer komplexeren Systemen entwickelt, und

(3)  dass die Evolution, wenn sie erst einmal in Gang gekommen ist, mit exponentiell steigender Geschwindigkeit voranschreitet.

Dies lässt jedoch keineswegs den Schluss zu, dass die Evolution immer zum gleichen Ergebnis führt. Die Mechanismen der Evolution sind typischerweise durch selbstverstärkende Mechanismen gekennzeichnet. Daher können zufällige Veränderungen im Einzelfall zu völlig unterschiedlichen Evolutionsprozessen führen. Selbst wenn die Evolution immer nach den gleichen Prinzipien abliefe, würde sie also im Einzelfall zu unterschiedlichen Ergebnissen und Merkmalen führen, selbst wenn die chemisch-physikalischen Bedingungen gleich wären.

1.3. Ein kurzer Literaturüberblick

Für Bücher mit ähnlichen Behauptungen und Gedanken zur Evolution insgesamt siehe auch (Dawkins 1989; Wright 2001; Kurzweil 2005; Eigen 2013). In (Stewart 2020) skizziert John E. Stewart eine allgemeine Theorie der wichtigsten kooperativen evolutionären Übergänge.

Für Bücher mit ähnlichen Behauptungen und Gedanken zur Evolution der Menschheit siehe auch (Graeber 2011; Nowak und Highfield 2012; Harari 2011; Elsner 2015; Ridley 2015; Wilson 2019; Sumner 2010; Villmoare 2021).

Für Bücher mit ähnlichen Behauptungen und Gedanken insbesondere über die zukünftige Entwicklung der Menschheit siehe auch (Lange 2021)

Für Bücher mit ähnlichen Behauptungen und Gedanken zur Entwicklung von Wirtschaft und Technologie siehe auch (W. B. Arthur u. a. 1997; W. B. Arthur 2011). Die Begriffe "evolutionäre Ökonomie" (Nelson und Winter 2004) und "evonomics" (Shermer 2008) stehen für die Erkenntnis, dass sich ökonomische Systeme im Grunde genauso entwickeln wie biologische Systeme.

Als Grundstruktur für die allgemeine Evolutionstheorie wird in diesem Buch eine "Evolutionstheorie der Information" entwickelt (siehe Abschnitt A). Weitere Konzepte, in denen allgemeine Grundstrukturen zum Verständnis evolutionärer Prinzipien entwickelt werden, sind z.B.:

·   das Konzept des "Charakters, der Modularität oder der Homologie" siehe (Wagner 2001; Schlosser und Wagner 2004; Wagner 2014),

·   das Konzept des "konstruktiven Gesetzes" siehe (Bejan 2016),

·   das Konzept der "dynamischen kinetischen Stabilität" siehe (Pross 2011) das versucht, die Evolution der unbelebten Materie (in Form von molekularen Replikationssystemen) und die Evolution der belebten Materie in einen einzigen konzeptionellen Rahmen zu integrieren.

Ein Überblick über die Erklärungsstruktur der Evolutionstheorien und ihre stabilen Gesetze findet sich in (Pásztor und Meszéna 2022).

Einen Überblick über die vielfältigen Verflechtungen der Evolutionsforschung im engeren Sinne mit einer Vielzahl nicht-biologischer Disziplinen bietet Teil IV von (Sarasin und Sommer 2010).

1.4. Inhaltsübersicht

Das Buch ist in 2 Teile gegliedert: Der erste Teil (Abschnitte A, B, C) beschreibt die allgemeine Evolutionstheorie (Theorie der Evolution von allem) weitgehend verbal und ist für den interessierten Nichtfachmann ohne nennenswerte Vorkenntnisse verständlich. Der 2. Teil (Abschnitt D, E) bringt theoretische Vertiefungen und richtet sich eher an Spezialisten (für Abschnitt D sind physikalische und chemische Vorkenntnisse von Vorteil und für Abschnitt E sind Kenntnisse der formalen Evolutionstheorie von Vorteil). Die Abschnitte D, E bieten für viele Begriffe und Zusammenhänge formale physikalische und mathematische Formulierungen und zeigen u.a.

·   die Entwicklung der physikalisch-chemischen Triebkräfte der dynamischen Prozesse des Lebens und der Evolutionsgeschwindigkeit (Abschnitt D).

·   Das Verhältnis der "allgemeinen Evolutionstheorie" zur Beschreibung der Evolution mit Hilfe von evolutionären Spielen (Abschnitt E).

Einen Überblick über die Inhalte der Evolutionstheorie der Information (Abschnitt A), der allgemeinen Evolutionstheorie (Abschnitt B) und der Evolution der physikalisch-chemischen Triebkräfte (Abschnitt D) erhält man am einfachsten anhand der Tabelle in Kapitel 1.4.

Abschnitt A beschreibt die Evolutionstheorie der Information. Die Evolutionstheorie der Information ist keine Theorie, die sich zwingend aus der Naturwissenschaft ableiten lässt, aber sie beschreibt Gesetzmäßigkeiten, mit denen der Verlauf der Evolution besser verstanden werden kann. Zeitlich spannt sich der Bogen dabei von der Entstehung der Erde bis heute. Diese Gesetzmäßigkeiten stehen im Einklang mit den empirischen Fakten des Verlaufs der Evolution und sind im folgenden Sinne gut begründet:

·   Jeder Datentyp kann für die Evolution nur dann von Bedeutung sein, wenn es eine Speichertechnologie für diesen Datentyp gibt.

·   Ohne Speichertechnologie ist eine Vervielfältigungstechnologie unwirksam, was zur Folge hat, dass sich jede zu einem Datentyp gehörende Vervielfältigungstechnologie zeitlich erst nach der Entwicklung einer Speichertechnologie entwickeln konnte.

·   Eine Verarbeitungstechnologie erzeugt in der Regel zunächst eine einzige neue Information. Diese neue Information kann aber erst dann für die Evolution bedeutsam werden, wenn eine Vervielfältigungstechnologie existiert. Daher können sich neue Verarbeitungstechnologien für den jeweiligen Datentyp zeitlich erst nach dem Entstehen einer Vervielfältigungstechnologie entwickeln.

·   Jede der neuen Technologien war komplexer und leistungsfähiger als die vorhergehenden und baute auf ihnen auf. Aufgrund der positiven Rückkopplungen in diesem Prozess kommt es also zu einer exponentiellen Entwicklung der Leistungsfähigkeit der Systeme und zu einer exponentiellen Zunahme der Geschwindigkeit, mit der neue Informationstechnologien entstehen.

Die Kernaussagen der Evolutionstheorie der Information sind:

·   Eine neue Art von Information ist immer mit dem Aufkommen einer neuen Speichertechnologie verbunden

·   Für jede neue Art von Information entstehen nacheinander neue Informationstechnologien:

o   Speichertechnologie

o   Vervielfältigungstechnologie

o   Verarbeitungstechnologie

·   Die Geschwindigkeit, mit der neue Technologien entstanden sind, hat sich extrem beschleunigt.

Da die Prinzipien der Evolutionstheorie der Information offensichtlich unabhängig von den besonderen physikalisch-chemischen Bedingungen auf der Erde gelten, wird die Hypothese aufgestellt, dass die Evolution auch auf anderen Planeten nach den gleichen Prinzipien abläuft.

Der einfachste Weg, sich einen Überblick über den Inhalt der Evolutionstheorie der Information (Abschnitt A) zu verschaffen, ist die Tabelle in Kapitel 2.3.

In Abschnitt B wird gezeigt, wie die Evolution der Lebewesen von den Anfängen des Lebens bis zur Gegenwart mit Hilfe der Evolutionstheorie der Information als Evolution von Variationsmechanismen und Evolution von evolutionären Systemen besser strukturiert und verstanden werden kann. Als evolutionäre Systeme bezeichnen wir dynamische Systeme, die die Dynamik der Wechselwirkung der Arten (im weiteren Sinne) beschreiben und als Variationsmechanismen bezeichnen wir Mechanismen, die zu einer wesentlichen Veränderung der evolutionären Systeme führen.

Die zentrale These von Abschnitt B ist, dass jede neue Informationstechnologie (im Sinne der Evolutionstheorie der Information von Abschnitt A) zu charakteristischen neuen biologischen oder technologischen Eigenschaften führt. Diese ermöglichen neue Variationsmechanismen und führen so zu neuen evolutionären Systemen. Daraus folgt, dass die zeitliche Entwicklung der Variationsmechanismen und der evolutionären Systeme eng mit der zeitlichen Entwicklung der Informationstechnologien verbunden ist. Der hier aufgespannte zeitliche Bogen reicht also wiederum von der Entstehung der Erde bis in die Gegenwart.

Einen Überblick über die allgemeine Evolutionstheorie (Abschnitt B), d. h. die Entwicklung von Variationsmechanismen und evolutionären Systemen und deren Beziehung zur Evolutionstheorie der Information, gibt am einfachsten die Tabelle in Kap. 2.3.

Abschnitt C fasst die "Megatrends" der Evolution zusammen, die in der Vergangenheit aufgetreten sind. Der grundlegende Prozess der Evolution, nämlich die Entwicklung immer komplexerer Informationstypen und Informationstechnologien im Sinne der Evolutionstheorie der Information, ist weitgehend durch die Naturgesetze bestimmt. Die Evolution würde also auf einem anderen Planeten zu einer ähnlichen Abfolge solcher komplexen Strukturen führen. In jedem Einzelfall könnten sich jedoch aufgrund der Zufälligkeit im Detail der Variationsmechanismen sehr unterschiedliche Abfolgen und Strukturen ergeben. Das Ergebnis der Evolution müsste also keineswegs immer etwas ergeben, was als Mensch bezeichnet werden könnte, was aber keineswegs ein Widerspruch zu den allgemeinen Entwicklungsabläufen der Evolution ist. Biologische und philosophische Überlegungen dazu finden sich auch in dem Aufsatz von Jaques Monod "Chance and Necessity" (Monod, Eigen 1983).

Eine weitere zentrale These beschäftigt sich mit den möglichen zukünftigen Entwicklungen: Da sich bisher alles mit exponentiell zunehmender Geschwindigkeit verändert hat und immer noch verändert, stehen wir offensichtlich vor einem singulären Punkt in der Entwicklung oder Evolution der Menschheit. An einem singulären Punkt in einem dynamischen System kommt es jedoch typischerweise zu unvorhersehbaren, grundlegenden qualitativen Veränderungen im Verhalten des dynamischen Systems. Obwohl das grundsätzliche Anliegen und das Motiv darin bestehen, die Vergangenheit genau zu verstehen, um Vorhersagen für die Zukunft treffen zu können, bleibt als einzig brauchbare Einsicht, dass Vorhersagen für die Zukunft aufgrund der zu erwartenden Singularität der evolutionären Entwicklung äußerst problematisch sind. Dennoch sollen einige grundsätzlich denkbare Szenarien für die nahe Zukunft diskutiert werden.

Im zweiten Teil des Buches werden viele Konzepte und Beziehungen, die im ersten Teil weitgehend verbal beschrieben wurden, durch formale physikalische und mathematische Formulierungen präzisiert. In Abschnitt D wird die Entwicklung der treibenden Kräfte erläutert, die aus wissenschaftlicher Sicht hinter allen dynamischen Prozessen des Lebens stehen, und es wird gezeigt, dass die Entwicklung dieser treibenden Kräfte eng mit dem Auftreten der verschiedenen neuen Informationstypen im Laufe der Zeit verbunden ist. Darüber hinaus wird begründet, warum die Evolutionsrate, mit der sich die Anzahl der Arten und die Komplexität der Arten entwickelt haben, exponentiell gestiegen ist.

In Abschnitt E werden die Schlüsselkonzepte und -prinzipien, die evolutionäre Systeme und Variationsmechanismen beschreiben, durch formalere mathematische Formulierungen verdeutlicht.

[1] Im Sonnenlicht gibt es einen kontinuierlichen Übergang zwischen den Farben, und dennoch ist es oft nützlich und ausreichend, nur von den Farben Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau und Violett zu sprechen. In ähnlicher Weise gibt es auch in der Evolution kontinuierliche Übergänge. Wenn man die Gesamtentwicklung der Evolution verstehen will, ist es auch bei der Analyse der Evolution (ähnlich wie bei der Beschreibung der Farben) notwendig und sinnvoll, die Details zu vernachlässigen und die Evolution in einigen wenigen verschiedenen Stufen zu beschreiben. Die gleiche Vereinfachung ist für die Beschreibung der Zeitskala der Evolution zu berücksichtigen. Die angegebene Zeitskala gilt natürlich nicht im Detail, sondern nur als grober Maßstab. ("Die Erbsenzähler und diejenigen, die mit Zittern das tägliche Zittern der Aktienkurse verfolgen, werden die Welt nie verstehen. Sie alle sehen den Wald vor lauter Bäumen nicht.")

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung 1

1.1. Warum also ist die Welt so, wie sie ist?  1

1.2. Die allgemeine Evolutionstheorie - Die Theorie der Evolution von allem   3

1.3. Ein kurzer Literaturüberblick  14

1.4. Inhaltsübersicht 15

1.5. Tabellarische Übersicht über die Abschnitte A, B und D   20

A. Die Evolutionstheorie der Information. 24

2. Überblick und Präzisierungen. 25

2.1. Motivation  25

2.2. Struktur der Evolutionstheorie der Information  27

2.3. Tabellarische Übersicht über die Evolutionstheorie der Information  30

2.4. Tabellen und Grafiken zum zeitlichen Verlauf 33

2.5. Klärung der Begriffe Speichertechnologie, Vervielfältigungstechnologie, Verarbeitungstechnologie  35

2.6. Ursachen der großen Verschiebungen der biologisch-technologischen Eigenschaften beim Übergang zu einem neuen Zeitalter  36

3. Evolutionstheorie der Information im zeitlichen Ablauf 38

3.0. Das Zeitalter der leblosen Materie [0] 38

3.1. Das Zeitalter der RNA [1] 38

3.2. Das Zeitalter der DNA und der ersten lebenden Organismen [2]. 39

3.3. Das Zeitalter des Nervensystems [3] 41

3.4. Das Zeitalter des Großhirns und der sozialen Gesellschaften [4]. 44

3.5. Das Zeitalter der lokalen externen Speicherung und der Kultur- und Wirtschaftsgesellschaften [5]. 46

3.6. Das Zeitalter des Internets und der Cloud (Zeitalter der delokalisierten vernetzten externen Speicher) und der global vernetzten Kultur- und Wirtschaftsgesellschaft [6]. 47

3.7. Die Zukunft: das Zeitalter der Mensch-Maschine-Symbiose? Die Menschheit als Universums-Individuum [7]. 49

B. Die Evolution der Variationsmechanismen und Evolutionssysteme. 51

4. Übersicht 52

4.1. Gliederung  52

4.2. Grundlagen  52

4.3. Die Beziehung zwischen der Evolutionstheorie der Information und der allgemeinen Evolutionstheorie (Evolution der Evolutionssysteme und Variationsmechanismen). 56

4.4. Die Beziehung zwischen der allgemeinen Evolutionstheorie und der Theorie der wichtigsten evolutionären Übergänge von John E. Stewart und anderen Evolutionstheorien. 57

4.5. Erläuterung der Begriffe Variationsmechanismus, Evolutionssystem und deren Beziehung zur Evolutionstheorie der Information anhand von 3 Beispielen. 59

4.6. Typen von Variationsmechanismen, klassifiziert nach Auswirkungen  63

4.7. Typen von Variationsmechanismen, klassifiziert nach ihrem Einfluss auf die Geschwindigkeit der Evolution  65

4.8. Tabellarische Übersicht über die Beziehung zwischen der Evolutionstheorie der Information und der allgemeinen Evolutionstheorie  68

5. Evolutionssysteme und Variationsmechanismen in der zeitlichen Abfolge. 73

5.1. Das Zeitalter der leblosen Materie [0] 73

5.2. Das Zeitalter der RNA-Moleküle [1.1] 74

5.3. Das Zeitalter der Ribozyten [1.2] 76

5.4. Das Zeitalter der Einzeller [2.1] 78

5.5. Das Zeitalter der einfachen Mehrzeller [2.2] -Netzwerkbildung  80

5.6. Das Zeitalter der höheren mehrzelligen Organismen [2.3] 82

5.7. Das Zeitalter der ersten räuberischen Tiere [3.1] 84

5.8. Das Zeitalter der höheren Tiere [3.2] 93

5.9. Das Zeitalter der höheren Säugetiere [3.3 ] 96

5.10. Vergleich der Zeitalter [3.1] - [3.3] mit den kommenden Zeitaltern, die grundlegende Bedeutung der Schulden  99

5.11. Das Zeitalter der Hominine (Menschenartige) [4.1] 105

5.12. Das Zeitalter des Homo [4.2 ] 108

5.13. Das Zeitalter des Homo sapiens [4.3 ] 112

5.14. Das Zeitalter der Marktwirtschaft [5.1 ] 118

5.15. Das Zeitalter der kapitalistischen Marktwirtschaft [5.2] 121

5.16. Das Zeitalter der globalen kapitalistischen Marktwirtschaft [5.3] 125

5.17. Das Zeitalter der internetbasierten Marktwirtschaft [6.1] 128

5.18. Das Zeitalter der KI-basierten Marktwirtschaft [6.2 ] 130

C. "Megatrends" der Evolution als Grundlage für das Verständnis zukünftiger Entwicklungen. 135

6. Megatrends der Evolution. 136

6.1. Die regelmäßige Abfolge von neuer Speichertechnologie, Vervielfältigungstechnologie und Verarbeitungstechnologie  136

6.2. Die Entwicklung von immer effizienteren Kooperations- und Win-Win -Mechanismen  136

6.3. Von der zufälligen Variation zur gerichteten Variation  137

6.4. Werthaltungen und Normen als Ergebnis der Evolution  137

6.5. Das Wechselspiel von Gesamtnutzenmaximierung (Kooperation) und Individualnutzenoptimierung (Wettbewerb) 139

6.6. Die exponentiellen Entwicklungen in der Evolution und das Wesen von exponentiellem Wachstum   140

6.7. Verallgemeinerbarkeit 141

7. Mögliche Zukunftsszenarien. 142

7.1. Die ferne Zukunft: das Zeitalter des Menschen als Individuum (Cyborg) [7 ] 142

7.2. Die nahe Zukunft 144

D. Die Entwicklung der Antriebskräfte der dynamischen Prozesse des Lebens. 148

8. Alles Leben ist Chemie. 149

8.1. Die Richtung wird durch die Gibbs-Helmholtz-Gleichung bestimmt 149

8.2. Die Geschwindigkeit wird durch die Höhe der Aktivierungsenergie bestimmt 149

8.3. Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik, die Ausbildung lokaler Strukturen bei Reaktionen fern ab vom Gleichgewicht 150

9. Die Evolution der treibenden Kräfte der Dynamik und ihre Folgen. 152

9.1. Tabellarischer Überblick  152

9.2. Sinkende Temperatur als Antriebskraft in den Zeitaltern [0] und [1] (Kristall und RNA) 155

9.3. Das chemische Potential als Antriebskraft im Zeitalter [2] (DNA, Ein- und Mehrzeller) 155

9.4. Das elektrochemische Potential als Antriebskraft im Zeitalter [3] (Nervensystem) 156

9.5. Das vernetzte elektrochemische Potential weitab vom Gleichgewicht als Antriebskraft im Zeitalter [4] (Großhirn) 156

9.6. Individuelle Nutzenoptimierung im Zeitalter [5] (GCD General Constrained Dynamics) 157

9.7. Gesamtnutzenmaximierung im Zeitalter [6] 158

10. Die Evolutionsgeschwindigkeit der Evolutionssprünge, die Evolution der Anzahl der Arten und der Komplexität 159

10.1. Die Evolutionsgeschwindigkeit der Evolutionssprünge (neuer Zeitalter) 159

10.2. Evolution der Anzahl der Arten  162

10.3. Evolution der Komplexität der höchstentwickelten Arten  163

10.4. Der Einfluss von Umweltänderungen und Umweltkatastrophen  164

10.5. Zusammenfassung  164

E. Formale Grundlagen für die Evolution von Evolutionssystemen und Variationsmechanismen. 165

11. Allgemeines. 166

11.1. Grundidee und Begriffe der allgemeinen Evolutionstheorie  166

11.2. Formale Definition und typische Beispiele von Evolutionssystemen und Variationsmechanismen  169

11.3. Evolutionssysteme mit Zwangsbedingungen  174

11.4. Das qualitative Verhalten von Evolutionssystemen  178

12. Typen von Evolutionssystemen. 179

12.1. Tabellarische Übersicht über die Wachstumsgleichungen und die zugehörigen Replikatorgleichungen. 179

12.2. Wachstum 0. Ordnung (lineares Wachstum) 180

12.3. Wachstum 1. Ordnung (exponentielles Wachstum mit konstanten Wachstumsraten, Wachstum durch Autokatalyse ) 182

12.4. Wachstum 2. Ordnung (Wechselwirkungswachstum, evolutionäre Spiele ) 184

12.5. Biologische und ökonomische Nutzenfunktionen  187

12.6. Die Beziehung zwischen Einteilchen-, Mehrteilchen- und Vielteilchensystemen  189

12.7. Beispiele von wichtigen Evolutionssystemen  189

13. Qualitatives Verhalten von Evolutionssystemen. 192

13.1. 2 Grundfragen  192

13.2. qualitatives Verhalten von einfachen Systemen  192

13.3. Herleitung und Bedeutung der Replikator Gleichung  195

13.4. Qualitatives Verhalten von evolutionären Spielen  197

14. Darstellung von Evolutionssystemen und ökonomischen Systemen als GCD-Modelle. 199

14.1. Grundsätzliches  199

14.2. Definition von GCD-Modellen  200

14.3. Evolutionäre Spiele als GCD-Modelle  203

15. Variationsmechanismen, die nach biologischen oder wirtschaftlichen Ursachen strukturiert sind. 208

15.1. Zufällige Variation  208

15.2. Langzeit-Variation durch adaptive Dynamik  208

15.3. Variation durch Änderung der Umweltsituation  209

15.4. Variation durch Zwänge  210

15.5. Gerichtete Variation durch geistige Leistung  211

15.6. Der Unterschied zwischen Gesamtnutzenmaximierung und individueller Nutzenoptimierung: Theorie und Bedeutung  215

15.7. Zum Verhältnis von Variation durch Zufall, Langzeitvariation durch adaptive Dynamik, Individualnutzen-Optimierung und Gesamtnutzen-Maximierung  220

16. Variationsmechanismen nach Wirkungen gegliedert 224

16.1. Änderungen des Wachstumstyps  224

16.2. Tod  224

16.3. Win-Win-Mechanismen  225

16.4. Kooperationsmechanismen zur Überwindung von Gefangenendilemma-Systemen in evolutionären Spielen  234

17. Zusammenfassung. 247

18. Referenzen. 252

Über den Autor. 260

Bücher in der Serie Principia von Erhard Glötzl 262

1. Introduction

1.1. So why is the world the way it is?

The central purpose of this book is to understand the essential mechanisms of evolution that have led to the world being the way it is.

Charles Darwin has already explained much of this: namely, how and why the different species have evolved from single-celled organisms to animals and finally to humans, but he was not able to explain everything.

Why, for example, did hearing, speaking, writing, printing and computer technology develop in this order?

Why did the economy evolve from a barter economy to an economy based on the division of labor and further on to a market economy with money and investment?

Why has money evolved from commodity money to coin money to paper money and to electronic money?

Why could animals imitate and humans learn and teach?

Why and when did the different cooperation mechanisms develop (group coop., direct coop., debt coop., indirect coop., cooperation via norms?

Why did everything you see on this slide develop in exactly this order?

But more importantly,

-   why is everything evolving faster and faster?

-       And where is the journey of evolution heading in the future?

-   Are we heading for a singular point?

Generally, the following applies: In order to understand developments, to recognize essential correlations and to be able to shape the future based on them, 5 principles must be observed in any case:

1.   The long-term development of living systems is determined by the theory of evolution:

The behavior of living individuals is determined by environmental influences and stored information in the general sense. Information in the general sense is information that is passed on directly or indirectly to other individuals or subsequent generations. At the simplest stage of evolution, this information consists of the genetic information laid down in genes. In higher evolutionary stages, the information that is passed on also consists of information that is stored, for example, in the cerebrum or in "external" information stores. This information is qualitatively changed by various influences such as mutation, sexual reproduction, experience, scientific knowledge, etc., and its frequency is altered by various mechanisms such as selection and gene drift. In this altered form, they are in turn passed on to others. That information which has a survival advantage over other information can either prevail over the others in competition or occupy new life niches without displacing the old ones

2.   The evolutionary theory of information describes in which order and in which time periods new information types (data types) with in each case new storage technologies, new duplication and new processing technologies for the information have developed in the course of the evolution. As a rule, the new technologies did not displace the other technologies in the sense of competition, but the new technologies were only possible on the basis of the existing technologies and were newly added.

3.   If we want to understand the present and shape the future, we have to look into the past. Only if we have understood the principles of evolution in the past, we have a chance to estimate if and how these principles might change in the future and how these principles might determine the future.

4.   The essential developments and structures are determined by positive feedbacks, i.e. by self-reinforcing forces. This leads to exponential developments.

5.   If you want to recognize the essential regularities and interrelationships, you have to choose the right scale for this when looking at things and simplify them accordingly, otherwise "you can't see the forest for the trees."[1]

1.2.    The general evolutionary theory – The theory of evolution of everything

1.2.1. Basic idea and terms

The general evolutionary theory we develop in this book is a theory of the evolution of everything. The basic concern is to understand the entire evolution from the origin of life to the biological, technological, social, and economic structures of the present from a unified point of view and structure.

The general theory of evolution can be seen as a comprehensive generalization and extension of Darwin's theory of evolution. It does not involve modifications of Darwinian theory (see e.g. (Lange 2020)) in the sense of synthetic evolutionary theory or the extension of the concept of selection to include multilevel selection (Wilson und Sober 1994) or new insights from evolutionary developmental biology (Evo-Devo) (Müller und Newman 2003) or epigenetic research. The general theory of evolution goes far beyond this. It extends the terms "biological species", "genotype", "phenotype", "mutation" and "selection" corresponding to the Darwinian theory and replaces them with much more general terms:

Darwinian theory of evolution

à

general theory of evolution

biological species

à

species (in a broader sense)

genetic information, genotype

à

general information

phenotype

à

form

mutation mechanism, mutation

à

variation mechanism, variation

selection dynamics

à

evolutionary dynamics

These conceptual extensions allow evolutionary developments in quite different fields to be described from a unified point of view and within a unified time frame. Some examples:

Biology

hominins → homo → homo sapiens

Data types

RNA → DNA → electrochemical potential

Targeted variation mechanisms

Imitation→learning→teaching

Technologies

writing → letterpress → computing

Monetary systems

commodity money → coinage money →

paper money → electronic money

Economic systems

barter → division of labor → investment

Economic regimes

market economy →

capitalist market economy →

global capitalist market economy

Cooperation

group coop. → direct coop. →

debt coop. → indirect coop. → norms coop

Driving forces

gradient of concentration →

gradient of electrochemical potential →

gradient of utility

Just as a biological species is characterized by its genetic information (genotype) and the organism formed by the genotype and its biological traits(phenotype), a “species in a broader sense” is characterized by general information and by the particular form formed by the information and its properties.

Just as mutation mechanisms lead to mutations (=changes in genetic information), variation mechanisms lead to variations (=changes in general information). Selection dynamics describes the survival of the best adapted individuals, biological species and their genetic information. Evolutionary dynamics (dynamics of evolutionary systems) describes the development of the frequencies of species in a broader sense, of forms and of the underlying general information. Typically, dynamics and therefore selection dynamics and evolutionary dynamics (dynamics of evolutionary systems) are formally described by differential equations.

These terms are explained in more detail using 3 examples:

1. Example from Darwin's theory of evolution:

DNA is a technology for storing genetic information. The DNA leads to a biological traitin an individual A, e.g. a reproduction rate . This genetic information can be changed into a new (genetic) information by a mutation mechanism (coincidence, chemical substances, radiation, etc.). This new changed information is called a mutation. It leads to an organism B with a changed biological trait, e.g. a reproduction rate . The temporal develop-ments (evolution dynamics) of the frequencies of A and B are described by a differential equation system (evolutionary system). If the reproduction rate  is greater than the reproduction rate  , the offspring of B will reproduce faster than the offspring of A and the relative proportion of A will become smaller and smaller over time ("survival of the fittest"). This particular dynamic is called selection dynamics.

2. Example from the general theory of evolution (on the concept of general information and form):

Each special biological species of mammals is characterized by its special genetic information (genotype), from which the special organism with its traits (phenotype) results. Analogously, a market economy occurs in different species (in a broader sense). Each particular type of market economy is shaped by a variety of different general information, such as technological knowledge, governmental norms of behavior, genetic traits of people, and so on. From this special general information, a special form of economic activity with all its traits emerges in each case, e.g. the capitalist market economy or one of its special forms.

3. Example from the general theory of evolution (on the concept of variation mechanism, variation, evolutionary system and evolution dynamics):

The neural network in a person's cerebrum is a technology for storing general information, such as complex causal relationships, e.g.: "If you look for wild grain, you will have food". This information leads to a certain behavior. This general information stored in the cerebrum as a causal relation, can be changed into a new causal relation by the variation mechanism "learning", e.g..: "If you do not eat all the cereal grains, but sow some of the cereal grains, you will not have to search for cereal grains anymore, but you will be able to harvest more cereal grains". This new causal relation stored in the cerebrum (grow grain → eat more food) thus represents a variation of the old causal relation (seek grain → eat).

The old causal relation leads to a dynamic system (evolutionary system), which describes the temporal development (evolution dynamics) of the frequencies of the gatherer. Through the variation mechanism "learning" the old general information (the old causal relation) is transformed into a variation (the new causal relation). The new causal relation leads to a new dynamic system (evolutionary system), which describes the temporal development (evolution dynamics) of the frequencies of the sower and its food.

Note on terminology: The term "learning" or other terms such as "norm" or "exchange" are often used for the sake of simplicity for the entire mechanism consisting of variation mechanism, variation, evolutionary system and evolution dynamics, or for individual parts of it in the same way. As a rule, however, this does not lead to any problems of understanding, because it is clear from the context what is meant.

1.2.2. From Darwin's theory of evolution to the general theory of evolution in 3 steps

The basic idea is, not only to consider - as Darwin did - the evolution of genetic information, but instead to consider the evolution of very general information. It shows that evolution is characterized by the fact, that new types of information have developed in leaps and bounds, with new storage technologies, new duplication technologies and new processing technologies.

Furthermore, it shows that each new information technology has led to increasingly well-targeted variation mechanisms, that have exponentially accelerated evolution.

But everything in order.

1.2.2.1. Darwinian evolutionary theory

Let's start with the basic concept of Darwinian theory:

A selection system (usually a differential equation system) describes the dynamics of the frequencies of genotypes. A mutation mechanism leads to a new genotype and thus to a new phenotype with a new trait.

This leads to a new selection system with changed parameters and the Darwinian cycle starts all over again.

1.2.2.2. 1st step of extension

In a 1st step of extension, we extend Darwinian terms:

-   Instead of genetic information, we consider general information

e.g. content of consciousness, cultural behavior or constitutional laws

-   Instead of phenotypes, we consider forms

e.g. agriculture or livestock breeding

or e.g. democracy or dictatorship

-   Instead of mutation mechanisms for genetic information, we consider variation mechanisms for general information

e.g. imitation, learning, teaching, logical reasoning

-   Instead of simple selection systems, we consider general evolution systems

e.g. the prisoner's dilemma

or e.g. the evolutionary systems resulting from the different cooperation mechanisms.

This results in the Darwinian cycle for the extended terms (in graphic marked in green)

-   selection system is replaced by evolution system,

-   genetic information by general information

-   mutation mechanism by variation mechanism

-   and the term phenotype is replaced by the term form

1.2.2.3. 2nd step of extension

If the Darwinian cycle has been run through many times, a qualitative leap in biological traits can occur. The General Theory in a 2nd step (in graphic marked red) assumes that the evolutionary leaps fundamental to evolution, lead to the appearance of new information technologies.

First, for each new type of information a storage technology emerges, resulting in a qualitatively new evolutionary system. Subsequently, the Darwinian cycle is run again, until there is another leap, which results in a new duplication technology and a qualitatively new evolutionary system. After further runs, a new processing technology and finally a new type of information occurs and the process of the emergence of new technologies and qualitatively new evolutionary systems starts all over again.

1.2.2.4. 3rd step of extension

In a 3rd essential step of extension (in the graphic marked in purple), one can show that each new information technology leads to a new variation mechanism, in particular to targeted variation mechanisms. The higher the information technology is developed, the more the new variation mechanisms are targeted.

Targeted variation mechanisms have a particularly high influence on the speed of evolution, because, to a certain extent, they shorten evolutionary dètours and avoid "erròneous developments".

They are therefore a very significant cause of the fact, that evolution is proceeding faster and faster.

1.2.3. Natural chronology of evolution

Now to another conclusion from the general theory.

One of the important results is that the General Theory leads to a natural chronology of evolution based on the emerging new information technologies. Overall, the entire evolution from the origin of life to the present day, can be naturally divided into 7 ages, according to the 7 information types that emerge. These ages correspond to the following information types or storage technologies:

RNA, DNA, nervous system. cerebrum, external local storage, the cloud as external dislocated networked storage and a future information type which is based on man-machine symbiosis.

Each of these ages can typically be broken down into 3 sub-ages according to the emerging storage, duplication and processing technologies.

As an example, we zoom in to the age [4] characterized by the information type "complex consciousness contents in the cerebrum", which started about 6 million years ago and lasted until the invention of writing as a new type of information about 5,000 years ago.

-   The biological trait of a high-quality associative neural network in the cerebrum, makes a storage technology possible, which can store simple causal relationships. This corresponds to the age of the hominins (i.e. the human-like).

-   The biological trait of simple language, which evolved about 900,000 years ago, is a duplication technology for individual experience. This corresponds to the age of Homo.

-   The biological traits that led to the cognitive revolution about 60,000 years ago, enable e.g. logical reasoning as a processing technology of consciousness content. This corresponds to the age of Homo Sapiens.

1.2.4. Further new ideas of the general evolutionary theory

The following topics represent a selection of further new ideas presented in detail in the paper:

- Evolutionary theory of information

- Link between the evolutionary theory of information and the general theory of evolution.

- Megatrends of evolution

- Evolution of the driving forces

- Targeted variation mechanisms as essential elements of evolution

- Constraints as essential elements of evolution

- The illusion of free will as an evolutionary trait of success

- The documentation of debt relationships (especially in the form of money) as a catalyst for win-win and cooperation mechanisms

- The difference between individual utility optimization and total utility maximization

- From Artificial Intelligence 1.0 to Artificial Intelligence 2.0

1.2.5. Hypothesis

The general evolutionary theory describes in the above sense in a systematic way all developments as they have proceeded on the earth under the given chemical-physical conditions since about 4 billion years. The essential considerations to it are, however, of such fundamental nature that the hypothesis is put forward that the evolution on other planets develops necessarily after the same 3 principles:

(1)  that evolution inevitably produces new types of information, each with new storage technologies, new duplication technologies and new processing technologies,

(2)  that the evolution is moving from simple systems to more and more complex systems, and

(3)  that once evolution gets going, it proceeds at an exponentially increasing rate.

However, this does not at all lead to the conclusion that evolution always leads to the same result. The mechanisms of evolution are typically characterized by self-reinforcing mechanisms. Therefore, random changes in individual cases can lead to completely different processes of evolution. Even if evolution always proceeded according to the same principles, it would therefore lead to different results and traits in individual cases, even if the chemical-physical conditions were the same.

1.3. A short literature overview

For books with similar claims and thoughts on evolution as a whole, see also (Dawkins 1989; Wright 2001; Kurzweil 2005; Eigen 2013). In (Stewart 2020), John E. Stewart outlines a general theory of the major cooperative evolutionary transitions.

For books with similar claims and thoughts on the evolution of humanity, see also (Sumner 2010; Graeber 2011; Harari 2011; Nowak und Highfield 2012; Elsner 2015; Ridley 2015; Wilson 2019; Villmoare 2021).

For books with similar claims and thoughts especially about the future evolution of mankind see also (Lange 2021)

For books with similar claims and thoughts on the evolution of economics and technology, see also (W. B. Arthur u. a. 1997; W. B. Arthur 2011). The terms "evolutionary economics" (Nelson und Winter 2004) and "evonomics" (Shermer 2008) stand for the insight that economic systems basically evolve in the same way as biological systems.

As a basic structure for the general theory of evolution, an "evolutionary theory of information" is developed in this book (see section A). Other concepts in which general basic structures for understanding evolutionary principles are developed are e.g.:

·   the concept of  “character, modularity, or homology” see (Wagner 2001; Schlosser und Wagner 2004; Wagner 2014),

·   the concept of the “constructal law” see (Bejan 2016),

·   the concept of  “dynamic kinetic stability” see (Pross 2011), which tries to integrate the evolution of inanimate matter (in form of molecular replicating systems) and the evolution of animate matter within a single conceptual framework.

An overview of the explanatory structure of evolutionary theories and their stable laws can be found in (Pásztor und Meszéna 2022). An overview of the multiple interconnections of evolutionary research in the narrow sense with a variety of non-biological disciplines can be found in Part IV of (Sarasin and Sommer 2010).

1.4. Contents overview

The book is divided into 2 parts: The first part (sections A, B, C) describes the general theory of evolution largely verbally and can be understood by the interested non-expert without any significant prior knowledge. The 2nd part (section D, E) brings theoretical deepening and addresses itself rather to specialists (for section D physical and chemical previous knowledge is of advantage and for section E knowledge of the formal evolution theory is of advantage). Sections D, E provide for many terms and relationships formal physical and mathematical formulations and shows among other things

·   the evolution of the physico-chemical driving forces of the dynamic processes of life and the rate of evolution (section D).

·       The relationship of the "general theory of evolution" to the description of evolution using evolutionary games (section E).

An overview of the contents of the evolutionary theory of information (section A), the general evolutionary theory (section B) and the evolution of the physico-chemical driving forces (section D) can be obtained most easily by using the table in chapter 1.4.

Section A describes the evolutionary theory of information. The evolution theory of the information is no theory which can be derived compellingly from the natural science, but it describes regularities with which the course of the evolution can be understood better. Temporally the bow spans itself thereby from the emergence of the earth up to today. These regularities are in accordance with the empirical facts of the course of the evolution and are well founded in the following sense:

·   Each data type can have relevance for the evolution only if there is a storage technology for this data type.

·   Without storage technology a duplication technology is ineffective, which has the consequence that every duplication technology belonging to a data type could develop temporally only after the development of a storage technology.

·   A processing technology usually produces a single new piece of information at first. However, this new information cannot become significant for evolution until a duplication technology exists. Therefore, new processing technologies for the respective data type can evolve temporally only after the emergence of a duplication technology.

·   Each of the new technologies was more complex and powerful than the previous technologies and built upon them. Thus, due to the positive feedbacks in this process, there is an exponential development of the system's performance and an exponential increase in the speed at which the new information technologies emerge.

The core statements of the evolutionary theory of information are:

·   A new type of information is always linked to the appearance of a new storage technology

·   For each new type of information, information technologies emerge in sequence:

o   Storage technology

o   Duplication technology

o   Change technology or processing technology

·   The speed at which new technologies have emerged has accelerated extremely.

Because the principles of the evolutionary theory of information obviously apply independently of the special physical-chemical conditions on Earth, it is hypothesized that evolution on other planets also proceeds according to the same principles.

The easiest way to get an overview of the contents of the evolutionary theory of information (section A) is to refer to the table in chapter 2.3.

In section B it is shown how the evolution of living beings from the beginnings of life to the present time can be better structured and understood as evolution of variation mechanisms and evolution of evolutionary systems with the help of the evolutionary theory of information. As evolutionary systems we call dynamic systems, which describe the dynamics of the interaction of the species (in the broader sense) and as variation mechanisms we call mechanisms, which lead to a substantial change of the evolutionary systems.

The central thesis of section B is that each new information technology (in the sense of the evolutionary theory of information of section A) leads to characteristic new biological or technological properties. These enable new mechanisms of variation and thus lead to new evolutionary systems. It follows that the temporal evolution of the variation mechanisms and the evolutionary systems is closely linked to the temporal evolution of the information technologies. The temporal arc spanned here therefore reaches again from the formation of the earth up to the present time.

An overview of the general theory of evolution (Section B), i.e., the evolution of variation mechanisms and evolutionary systems and their relation to the evolutionary theory of information, can be most easily obtained from the table in chap. 2.3.

Section C summarizes the "megatrends" of evolution that have occurred in the past. The basic process of evolution, namely the development of increasingly complex information types and information technologies in terms of the evolutionary theory of information, is largely determined by the laws of nature. Evolution would therefore lead to a similar sequence of such complex structures on another planet. In each individual case, however, very different sequences and structures could result because of the randomness in the details of the variation mechanisms. The result of the evolution would have to result by no means always something what could be called human being, which is however by no means a contradiction to the general development sequences of the evolution. Biological and philosophical considerations can also be found in the essay by Jaques Monod "Chance and Necessity" (Monod, Eigen 1983).

Another central thesis deals with the possible future developments: Because everything has changed so far with exponentially increasing speed and is still changing, we are obviously facing a singular point in the development or evolution of mankind. However, at a singular point in a dynamic system, there are typically unpredictable, fundamental qualitative changes in the behavior of the dynamic system. Although the fundamental concern and motive is to understand the past precisely in order to make predictions about the future, the only viable insight that remains is that it is extremely problematic to make predictions about the future because of the expected singularity in evolutionary development. Nevertheless, some basically conceivable scenarios for the near future will be discussed.

In the second part of the book, many concepts and relationships that have been largely described verbally in the first part are made more precise by formal physical and mathematical formulations. Section D explains the evolution of the driving forces which, from the scientific point of view, are behind all dynamic processes of life and shows that the evolution of these driving forces is closely related to the appearance of the various new types of information over time. In addition, it justifies why the rate of evolution at which the number of species and the complexity of species have evolved has increased in an exponential manner.

 In Section E, the key concepts and principles describing evolutionary systems and variation mechanisms are clarified with more formal mathematical formulations.

[1] In sunlight, there is a continuous transition between colors and yet it is often useful and sufficient to speak only of the colors red, yellow, green, blue and violet. Similarly, there are continuous transitions in evolution. If one wants to understand the overall development of evolution, it is necessary and reasonable (similar to the description of colors) also in the analysis of evolution to neglect the details and to describe evolution in a few different stages. The same simplification is to be considered for the description of the time scale of evolution. It does not apply in detail, of course, but only as a rough scale. ("The bean counters and those who follow with trembling the daily trembling of the stock prices will never understand the world. They all cannot see the forest for the trees.")

Contents (full)

Contents (short) v

Contents (long) vi

Contents (full) viii

Contents (complete) xiv

Preface. xxiii

Acknowledgement xxv

Prologue. xxvii

1. Introduction. 1

1.1. So why is the world the way it is?  1

1.2. The general theory of evolution – The theory of  evolution of everything  3

1.3. A short literature overview   10

1.4. Contents overview   11

1.5. Tabular overview of section A, B and D   15

A. The evolutionary theory of information. 19

2. Overview and clarifications. 20

2.1. Motivation  20

2.2. Structure of the evolutionary theory of information  22

2.3. Tabular overview about the evolutionary theory of information  25

2.4. Tables and graphs showing the development over time  28

2.5. Clarification of the terms storage technology, duplication technology, processing technology  30

2.6. Causes of the big shifts in the biological-technological properties in the transition to a new age  32

3. Evolutionary theory of information in the chronological sequence. 33

3.0. The age of inanimate matter [0] 33

3.1. The age of RNA [1] 33

3.2. The age of DNA and the first living organisms [2]. 34

3.3. The age of the nervous system [3] 36

3.4. The age of the cerebrum and social societies [4]. 38

3.5. The age of local external storage and cultural and economic societies [5]. 40

3.6. The age of the Internet (age of delocalized networked external storage) and the globally networked cultural and economic society [6]. 41

3.7. The future: the age of man-machine symbiosis? Mankind as a universe individual [7]. 43

B. The evolution of variational mechanisms and evolutionary systems. 45

4. Overview.. 46

4.1. Outline  46

4.2. Basics  46

4.3. The relationship between evolutionary theory of information and general evolutionary theory (evolution of evolutionary systems and variation mechanisms). 50

4.4. The relationship between the general theory of evolution and the theory of the main evolutionary transitions of John E. Stewart and other evolutionary theories. 51

4.5. Explanation of the terms variation mechanism, evolutionary system and their relation to the evolutionary theory of information using 3 examples. 52

4.6. Types of variation mechanisms classified by effects  56

4.7. Types of variation mechanisms classified according to their influence on the speed of evolution  59

4.8. Tabular overview of the relationship between evolutionary theory of information and general 62

5. Evolutionary systems and variation mechanisms in temporal sequence. 67

5.1. The age of inanimate matter [0] 67

5.2. The age of RNA molecules [1.1] 68

5.3. The age of ribocytes [1.2] 70

5.4. The age of the protozoa [2.1] 72

5.5. The age of simple multicellulars [2.2] -Network formation  75

5.6. The age of higher multicellular organisms [2.3] 77

5.7. The age of the first predatory animals [3.1] 79

5.8. The age of the higher animals [3.2] 89

5.9. The age of higher mammals [3.3] 92

5.10. Comparison of the ages [3.1] - [3.3] with the coming ages, the fundamental importance of debt 95

5.11. The age of hominins (human-like) [4.1] 101

5.12. The age of Homo [4.2] 104

5.13. The age of Homo sapiens [4.3] 107

5.14. The age of the market economy [5.1] 113

5.15. The age of the capitalist market economy [5.2] 116

5.16. The era of the global capitalist market economy [5.3] 120

5.17. The age of the Internet-based market economy [6.1] 123

5.18. The age of the AI-based market economy [6.2] 125

C. "Megatrends" of evolution as a basis for understanding future developments. 130

6. Megatrends of Evolution. 131

6.1. The regular sequence of new storage technology, duplication technology and processing technology. 131

6.2. The development of increasingly efficient cooperation and win-win mechanisms  131

6.3. From random variation to targeted variation  132

6.4. Values and norms as a result of evolution  132

6.5. The interplay between overall utility maximization (cooperation) and individual utility optimization (competition) 134

6.6. The exponential developments in evolution and the nature of exponential growth  134

6.7. Generalizability  136

7. Possible future scenarios. 137

7.1. The distant future: the age of humanity as an individual (cyborg) [7] 137

7.2. The near future  139

D. The evolution of the driving forces of the dynamic processes of life. 142

8. All life is chemistry. 143

8.1. The direction is determined by the Gibbs-Helmholtz equation  143

8.2. The speed is determined by the amount of activation energy  144

8.3. The 2nd law of thermodynamics, the formation of local structures in reactions far from equilibrium   144

9. The evolution of the driving forces of dynamics and its consequences. 146

9.1. Tabular overview   146

9.2. Decreasing temperature as driving force in the age [0] - [1.2] (crystal and RNA) 149

9.3. The chemical potential as a driving force in the age [2.1] - [2.3] (DNA, unicellular and multicellular organisms) 149

9.4. The electrochemical potential as driving force in the age [3.1] - [3.3] (nervous system) 150

9.5. The networked electrochemical potential far from equilibrium as a driving force in the age [4.1] - [4.3] (cerebrum). 150

9.6. Individual utility optimization in the age [5.1] - [5.3] (GCD General Constrained Dynamics). 151

9.7. Overall utility maximization in age [6.1] - [6.2] 152

10. The speed of evolution of evolutionary leaps, the evolution of the number of species and complexity. 153

10.1. The speed of evolution of the evolutionary leaps (new ages) 153

10.2. Evolution of the number of species  156

10.3. Evolution of the complexity of the most evolved species  157

10.4. The influence of environmental changes and environmental disasters  157

10.5. Summary  158

E. Formal bases for the evolution of evolutionary systems and variation mechanisms. 159

11. General 160

11.1. Basics  160

11.2. Formal definition and typical examples of evolutionary systems and variation mechanisms. 163

11.3. Evolutionary systems with constraints  167

11.4. The qualitative behavior of evolutionary systems  171

12. Types of evolutionary systems. 172

12.1. Tabular overview of growth equations and associated replicator equations. 173

12.2. Growth 0. order (linear growth) 174

12.3. 1st order growth (exponential growth with constant growth rates, growth by autocatalysis ) 175

12.4. 2nd order growth (interaction growth, evolutionary games) 178

12.5. Biological and economic utility functions  181

12.6. The relationship between single-particle, multi-particle and many-particle systems. 183

12.7. Examples of important evolutionary systems  183

13. Qualitative behavior of evolutionary systems. 186

13.1. 2 Basic questions  186

13.2. qualitative behavior of simple systems  186

13.3. Derivation and meaning of the replicator equation  189

13.4. Qualitative behavior of evolutionary games  191

14. Representation of evolutionary systems and economic systems as GCD models. 193

14.1. Basics  193

14.2. Definition of GCD models  194

14.3. Evolutionary games as GCD models  196

15. Variation mechanisms structured according to biological or economic causes. 202

15.1. Random variation  202

15.2. Long-term variation through adaptive dynamics  202

15.3. Variation due to change in the environmental situation  203

15.4. Variation through constraints  204

15.5. Targeted variation through mind performance  205

15.6. The difference between overall utility maximization and individual utility optimization: theory and meaning  209

15.7. About the relationship between random variation, long-term variation by adaptive dynamics, individual optimization and overall utility maximization. 214

16. Variation mechanisms structured according to effects. 218

16.1. Changes of the growth type  218

16.2. Death  218

16.3. Win-win mechanisms  219

16.4. Cooperative mechanisms for overcoming Prisoner’s Dilemma systems in evolutionary games  229

17. Summery and conclusions. 242

18. References. 248

About the author. 256

Books in the series “Principia” by Erhard Glötzl 257