Was ist Leben?

Biologie, Evolutionstheorie und Strukturwissenschaft der Übergänge.

Möglicherweise hat vor 50 Jahren der Essay von Erwin Schrödinger "Was ist Leben?" (1943) nur eine katalysierende Bedeutung besessen, in dem der Physiker sein Interesse für die Biologie bekundete und zu zeigen versuchte, daß die Biologie durchaus aus der Physik ableitbar ist. Eingeleitet hat diese Schrift jedenfalls den Paradigmenwechsel von der Physik als der beherrschenden Leitwissenschaft der Moderne zur Biologie und zur Evolutionstheorie, beginnend mit der Entdeckung des genetischen Codes. Die Frage, was Leben ist, gilt heute nicht mehr als Geheimnis und die Biologie nicht mehr als eine Wissenschaft, die ganz andere Gesetze benötigt. Noch gibt es die von Schrödinger anvisierte Einheitswissenschaft, die "ganzheitliche" Sicht nicht, aber die Fragestellungen und Grenzen der Erkenntnis haben sich verändert. Nach der Frage, was Leben ist, ist heute die gerückt, wie Leben begonnen hat, wie es sich gezielt manipulieren läßt und wie man möglicherweise Leben auf einem anderen Träger als dem der DNA schaffen kann.

Schrödingers Frage kreiste um das Problem, wie sich die komplexe biologische Information entgegen der Entropie, die der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik voraussagt, von Generation zu Generation erhalten läßt. Schrödinger formulierte das Prinzip "Ordnung aus Ordnung", da er glaubte, daß die genetische Information in so etwas wie einem "aperiodischen Kristall" verschlüsselt sein könnte, der sich immer wieder aufzubauen vermag. Diesen "Kristall" hat man dann im Genom gefunden. Daneben formulierte er noch ein zweites Prinzip, das allerdings weniger beachtet wurde: "Ordnung aus Unordnung". Lebewesen erhalten ihre innere Ordnung, indem sie in ihrer Umgebung Unordnung schaffen, was er auch als "negative Entropie" bezeichnete. Das, was man heute unter dem Prozeß der Selbstorganisation oder der Emergenz verbucht, war Schrödinger noch weitgehend verschlossen.

Schrödingers Schrift jedenfalls ist nur Anlaß für eine Tagung gewesen, und die beiden Herausgeber des neuen Bandes zum selben Thema haben es geschafft, viele der gegenwärtig maßgeblichen Evolutionstheoretiker und Physiker wie Hermann Haken oder Roger Penrose mit Aufsätzen zu versammeln, die den Stand der Forschung, die großen Probleme und die Aussichten der Biologie und einer allgemeinen Theorie der Evolution behandeln. Leicht sind die Texte nicht immer, aber die Lektüre lohnt sich, gerade weil die spektakulären Themen wie Gentechnik oder Künstliches Leben hinter den grundsätzlichen erkenntnistheoretischen Fragen zurücktreten. Nur Manfred Eigen, der die Theorie von Hyperzyklen für die Entstehung von kooperativen Makromolekülen, die Information speichern und reproduzieren können, als Vorform des Lebens entwickelt hat, sieht sich durch die Frage nach der Zukunft der Biologie herausgefordert, die Beschränkung auf Wissenschaft zu überschreiten. Der Wachstum der Weltbevölkerung und die damit einhergehende Umweltzerstörung sind für ihn das Szenario, in dem sich die Zukunft der Wissenschaft abspielen wird. Natürlich wird es für ihn denkende Computer und Künstliches Leben irgendwann geben. Die Möglichkeit zu deren Schaffung erwächst aus der wachsenden Erkenntnis von selbstorganisierenden Systemen, die sich mittels evolutionärer Prozesse schon auf der physikalischen und chemischen Ebene bilden. Die Frage, wie Leben bzw. biologische Information entsteht, führt zu einer neuen und allgemeinen "Physik der Informationserzeugung", die viele Anwendungen finden wird. Vehement wendet er sich gegen die Knebelung der Genforschung besonders in unserem Land, durch die einzig Krankheiten besiegt und für die künftige Ernährung der Menschheit gesorgt werden könne. Dazu müsse man Risiken eingehen, die immer auch Chancen sein können. Eine Gesellschaft, die das Risiko scheut, werde Gefahren dennoch langfristig nicht vermeiden können. Um aber mit Wissen umgehen zu können, müsse die Menschheit die kulturelle Evolution bis hin zur Schaffung einer verbindlichen und vernünftigen Ethik weiterführen. Das ist wahrscheinlich schon irgendwie richtig, aber hat viel mit Sonntagsreden zu tun, denn nähere Hinweise gibt uns Eigen nicht, wie dies zu bewerkstelligen sei.

Stephen Jay Gould führt sein Lieblingsthema, die Bedeutung des Zufalls und der Einmaligkeit in der Evolution, aus. Dadurch werde auch die Frage nach dem, was Leben ist und wie es entstand, zu historischen Problemen, da sich Leben möglicherweise ganz anders hätte entwickeln können. Jared Diamond sieht die interessanteste Fragestellung in der Tatsache, daß kleinste Veränderungen - etwa hinsichtlich der "Evolution der menschlichen Erfindungsgabe" im Unterschied zu Primaten - zu einem großen Sprung nach vorne führen können. Wie entstehen solche Sprünge? Lewis Wolpert glaubt zwar nicht, daß die von Genen gesteuerte Entwicklung gänzlich berechenbar und daher, abgesehen von bestimmten Strukturen, zielgenau manipuliert werden könne, trotzdem ist er der Meinung, daß, auch wenn Jurassic Park Science-Fiction bleibt, hier große Eingriffsmöglichkeiten liegen. Stuart Kauffmann führt aus, warum die darwinistische Selektion bei der Entstehung des Lebens und der biologischen Evolution überbewertet wurde. Als zweite und wichtigere Quelle der Evolution betrachtet er den Prozeß der Selbstorganisation, die nahe am Rand des Chaos sich entwickelt. Komplexe Systeme entstehen aus Unordnung und das Schrödingersche Prinzip der "Ordnung aus Ordnung" führt für ihn nur in die Irre. In parallelverarbeitenden Netzwerken läßt sich als Modellen komplexer Systeme Selbstorganisation simulieren und deren Voraussetzungen entdecken. Das läßt uns möglicherweise die Geschichte des Lebens besser verstehen und irgendwann auch gezielt beeinflussen.

Die Leidenschaft, nicht-berechenbare Prozesse bewußten Denkvorgängen zugrunde zu legen und dafür Vorgänge aus der Quantenphysik heranzuziehen, zeichnet bekanntlich Richard Penrose aus, für den Evolution offenbar keine Rolle zu spielen scheint. Der Physiker Walter Thirring breitet die Möglichkeit aus, daß auch die fundamentalen Naturgesetze einer Evolution unterliegen und dementsprechend geschichtlich gewordene Möglichkeitsräume festlegen. So wird in gewissem Sinne die Physik biologisiert. Hermann Haken zeigt andererseits, daß physikalische Konzepte der selbstorganisierten Musterbildung auf lebendige Systeme übertragen werden können. Hat sich also die Physik oder die Biologie erweitert?

Vermutlich, das zeigen viele Beiträge dieses Bandes exemplarisch, sind die herkömmlichen Wissenssparten und ihre Hierarchien mit der Physik als Spitze (oder als Grundlage) ersetzt worden durch allgemeinere Strukturwissenschaften, die transversal gültig sind (oder mehr und mehr diesen Anspruch erheben). Grenzen sind flüssiger geworden oder verschwimmen, denn stets stehen Übergänge im Zentrum. Die Frage nach dem, was Leben ist, geht so nahezu von selbst in die allgemeinere Frage über, welche Prinzipien den Aufbau, die Stabilität und die Veränderung von Ordnungen regulieren, und letztlich auf die, wie Neues entsteht - was stets natürlich auch anwendungsrelevant ist. Dabei wird die Biologie nur zu einem Anwendungsfall, der allerdings besonders interessant ist. Die neuen wissenschaftlichen Ansätze der Selbstorganisation und der Komplexitätstheorie sind deswegen nicht in einem emphatischen Sinne "ganzheitlicher", aber vielleicht universaler und weniger reduktionistisch. Sie konkurrieren in gewissem Sinne um den Status einer "Theorie für Alles", die man bislang aus der Physik erwartet hat, aber sie zeigen zugleich, daß diese "dünn" sein könnte, d.h. daß alles von spezifischen Ausgangs- und Randbedingungen abhängt

Michael P. Murphy und Luke A. J. O'Neill (Hrsg.): Was ist Leben? Die Zukunft der Biologie. Spektrum Akademischer Verlag, 1997. 208 Seiten.