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Abstrakt

Wir stellen den neuartigen Ansatz zur mathematischen Modellierung von Informationsprozessen in Biosystemen vor. Es untersucht den mathematischen Formalismus und die Methodik der Quantentheorie, insbesondere der Quantenmesstheorie. Dieser Ansatz ist als quantenähnlich bekannt und sollte von der Untersuchung echter quantenphysikalischer Prozesse in Biosystemen (Quantenbiophysik, Quantenkognition) unterschieden werden. Es basiert auf der Quanteninformationsdarstellung des Zustands des Biosystems und der Modellierung seiner Dynamik im Rahmen der Theorie offener Quantensysteme. Dieser Beitrag beginnt mit der nicht physikerfreundlichen Darstellung der Quantenmesstheorie, von der ursprünglichen von Neumann-Formulierung bis zur modernen Theorie der Quanteninstrumente. Letzteres wird dann auf Modellkombinationen von kognitiven Effekten und Genregulation des Glukose-/Laktosestoffwechsels im Escherichia coli-Bakterium angewendet. Die allgemeinste Konstruktion von Quanteninstrumenten basiert auf dem Schema der indirekten Messung, indem Messgeräte die Rolle der Umgebung für ein Biosystem spielen. Die biologische Essenz dieses Schemas wird durch die Quantenformalisierung der Helmholtz-Empfindungs-Wahrnehmungs-Theorie veranschaulicht. Dann gehen wir zur Dynamik offener Systeme über und betrachten die Quanten-Master-Gleichung, wobei wir uns auf Quanten-Markov-Prozesse konzentrieren. In diesem Rahmen modellieren wir das Funktionieren biologischer Funktionen wie psychologische Funktionen und epigenetische Mutationen.