Die Formen des Lebendigen treten uns in einer überwältigenden Vielfalt und Schönheit entgegen (Bild 1 - 11). Folgen wir dem Muster der Einzelblüten im Blütenstand einer Sonnenblume (Bild 1), den Fruchtblättern eines Kiefernzapfens (Bild 6) oder den Laubblättern an einer Sproßachse (Bild 3), so entdeckt unser Auge oft links- und rechtsdrehende Spiralen oder Schrauben.
Nach ihrer zeitlichen Entstehung lassen sich einzelstehende Blätter auf einer "genetischen Spirale" anordnen, die sich schneckenförmig um die Sproßachse bis zum abschließenden Vegetationskegel windet, der sie hervorgebracht hat (helicale Blattstellung: Bild 8 und Bild 3). Bei starker Verkürzung der Abstände zwischen den Blattknoten entstehen Rosettenpflanzen (Bild 4), deren ornamentale Muster durch scheibenartige Verbreiterung der Achse in vielen Blüten- und Fruchtständen noch gesteigert wird (discoidale Blattstellung: Bild 1, Bild 2 und Bild 6). Bei einigen Pflanzen läßt sich der Übergang zwischen beiden Blattstellungen gut beobachten und ein universelles Baugesetz vermuten (Bild 5 und Bild 6).
Genauere Messungen liefern faszinierende mathematisch-geometrische Strukturen in der Fülle pflanzlicher Gestalten. Die Beobachtung des Goldenen Winkels bei zerstreuter Anordnung der Blätter (Bild 8), das Auftauchen von FIBONACCI-Zahlen in den links- und rechtsläufigen Spiralen der Blüten und Samen vieler Körbchenblütler (Bild 1 und Bild 2), fordert seit über 150 Jahren das Interesse von Botanikern und Mathematikern heraus. Die Blattstellung (Phyllotaxis) gilt als Ausdruck fundamentaler Organisationsgesetze des Lebens, weckt intellektuelle Freude und befriedigt gleichzeitig ästhetische Empfindungen (BISCHOFF 1988).
Demgegenüber steht die zeitgenösssische Biologie seit Jahrzehnten im Bann molekularbiologischer Sichtweisen, die Organismen als zerlegte Nuklein- und Proteinfraktionen im Reagenzglas betrachtet, zu verstehen sucht und - im Zeitalter der Gentechnik - auch manipulieren will. Die eigentlichen Gestalten, die morphologische Ordnung des Lebendigen, wurde - auch in der Schulbiologie - immer stärker vernachlässigt.
Der Einsatz des Computers im Biologieunterricht scheint diesen Trend noch zu fördern. Schwer durchschaubare Softwareprogramme und Modelle benutzen fiktive Daten. Simulationen beschränken sich vorwiegend auf ökologische, kybernetische und physiologische Aspekte. Ergebnisse von Simulationen stellen oft Kurven oder Zahlen dar, die das Lebendige auf einer sehr abstrakten Erkenntnisebenen präsentieren. Es ist daher verständlich, daß viele Biologielehrer dem Computereinsatz reserviert, ja skeptisch gegenüberstehen (HASS 1988).
Andererseits erschöpfte sich die frühere Schulbiologie häufig in einer recht eintönigen morphologischen Betrachtung der Lebewesen. Die räumlich-statische Ordnung der Baupläne bildete die Grundlage der Taxonomie, des Systems der Lebewesen, das von vielen Schülergenerationen als "trockenener" Lernstoff empfunden wurde.
Auswege aus diesem Dilemma ermöglicht heute die Betonung ganzheitlicher Lebensprinzipien (SCHAEFER 1990), die sich mit der Frage nach der zeitlich-dynamischen Ordnung des Lebendigen verbinden (HASS 1992). Hilfen bietet die parallel zur Computertechnologie entwickelte interdisziplinäre Theorie der Selbstorganisation Dynamischer Systeme. Bereits 1952 schlug TURING, einer der Wegbereiter der Computerwissenschaften, "morphogenetische Modelle" vor, die zwischen molekularbiologischen und morphologischen Aspekten vermitteln. Interpretieren wir Ordnungsprinzipien als Algorithmen, so vermag ein entsprechendes Computerprogramm die dynamische Entwicklung lebendiger Ordnung in kurzer Zeit anschaulich zu simulieren (Abb.10 und 13).
Die Analyse der makroskopisch leicht zugängigen Blattstellungen gibt im biologischen Unterricht die Gelegenheit, "reale Phänomene" mit der "algorithmischen Schönheit" des Lebendigen zu vergleichen. Abstrahierte Ordnungsprinzipien werden über entsprechende Modellierung und Algorithmisierung in die visuelle Sprache der Bilder zurückübersetzt. Der optische Vergleich natürlicher und künstlicher Muster ermöglicht ästhetisch-intuitiv, ausgewählte Modelle zu überprüfen und entsprechend zu optimieren bzw. zu validieren.
Um den unterrichtlichen Ansatz zu verdeutlichen, beschreiben wir zuerst den hier zugrundegelegten Modellbegriff, den wir über die algorithmische Informationstheorie mit der Frage nach der biologischen Ordnung verbinden.