Was ist Le­ben?

Na­tur­wis­sen­schaft­ler tun sich schwer mit der Ant­wort. Die Fä­hig­keit zur Zell­tei­lung könn­te ein Merk­mal für Le­ben sein.

Rheinische Post Moenchengladbach - - WISSEN - VON RAI­NER KUR­LE­MANN

HAN­NO­VER Die Fra­ge ist ur­alt, die Ant­wort längst über­fäl­lig: Was ist Le­ben? Doch trotz der Re­chen­leis­tung der Com­pu­ter und der Fä­hig­kei­ten mo­der­ner Groß­ge­rä­te fin­det die Na­tur­wis­sen­schaft kei­ne ein­fa­che Be­schrei­bung und schon gar kei­ne uni­ver­sa­le Er­klä­rung. „Bio­lo­gen mö­gen die­se Fra­ge nicht“, ge­steht Pe­tra Sch­wil­le, Di­rek­to­rin am Max-Planck-In­sti­tut in München. Sie ist Bio­phy­si­kern und ver­steht ih­re ei­ge­ne Rol­le lie­ber als die ei­ner Er­win Schrö­din­ger

Phy­si­ker Be­ob­ach­te­rin. „Wir sam­meln un­zäh­li­ge In­for­ma­tio­nen und wis­sen ei­ni­ges“, sagt Sch­wil­le, doch trotz al­ler Er­kennt­nis­se ste­he die For­schung bei der al­ten Mensch­heits­fra­ge, was Le­ben sei, noch am An­fang.

Die Volks­wa­gen­stif­tung will die Su­che nach ei­ner Ant­wort mit ei­nem For­schungs­pro­gramm an­kur­beln und lud Na­tur­wis­sen­schaft­ler ver­schie­de­ner Dis­zi­pli­nen zu ei­ner Ex­per­ten­ta­gung nach Han­no­ver. Ei­ni­ge Prin­zi­pi­en las­sen sich schein­bar schnell for­mu­lie­ren: „Le­ben ist die ak­ti­ve Er­hal­tung des ei­ge­nen Sys­tems“, er­klärt Pe­tra Sch­wil­le – al­so Ver­meh­rung oder Ver­viel­fäl­ti­gung. Doch die­se Vor­ga­be er­fül­len auch man­che mo­der­nen Ma­schi­nen: Ro­bo­ter, die so pro­gram­miert wur­den, dass sie Ro­bo­ter bau­en kön­nen, et­wa. Men­schen tun sich al­ler­dings schwer da­mit, ei­ne Ma­schi­ne mit dem Be­griff Le­ben zu ver­bin­den oder ei­nem Com­pu­ter In­tel­li­genz zu­zu­spre­chen.

Ein an­de­rer An­satz der Bio­phy­si­ke­rin ist eher phi­lo­so­phisch und er­for­dert mehr: „Le­ben ist ge­rich­tet, es will ir­gend­wo hin.“Doch die­ser For­mu­lie­rung fehlt die nö­ti­ge Ob­jek­ti­vi­tät, sie lebt vor al­lem durch die Ein­schät­zung des Be­trach­ters. Vie­le ein­fa­che Or­ga­nis­men wie Bak­te­ri­en dürf­te die­se An­for­de­rung über­for­dern. Man­che pri­mi­tiv auf­ge­bau­ten Vi­ren schei­nen hin­ge­gen ein kla­res Ziel zu ver­fol­gen, wenn sie sich im Kör­per ver­brei­ten.

Die Bio­lo­gen ge­ben gern zu, dass ih­nen noch ei­ni­ge Pa­ra­me­ter feh­len, um Le­ben gül­tig zu de­fi­nie­ren. Wäh­rend Che­mie und Phy­sik mit grund­le­gen­den Kon­zep­ten wie der Quan­ten­theo­rie, der Re­la­ti­vi­täts­theo­rie oder dem Stan­dard­mo­dell der Teil­chen­phy­sik er­klä­ren kön- nen, was die Welt zu­sam­men­hält, fehlt der Bio­lo­gie ei­ne ver­gleich­ba­re Ba­sis.

Ei­ne mög­li­che Hil­fe­stel­lung lie­fern die Ge­dan­ken ei­nes Phy­si­kers: Er­win Schrö­din­ger. Der rück­te in den 1940er Jah­ren ei­ne an­de­re Fä­hig­keit in den Vor­der­grund: Le­ben sei ir­gend­wie in der La­ge, Ord­nung zu schaf­fen – aus un­ge­ord­ne­ten Mo­le­kü­len wer­de durch Ener­gie­auf­nah­me Ord­nung auf­ge­baut. Der Ener­gie­um­satz un­ter­schei­det Le­ben von to­ter Ma­te­rie. Schrö­din­gers Ord­nung lie­fert ei­ne Er­klä­rung, war­um bei­spiels­wei­se Pflan­zen Blät­ter oder Blü­ten aus­trei­ben und Tie­re Haut, Glied­ma­ßen oder Lun­gen­bläs­chen ent­wi­ckeln. Sol­che fas­zi­nie­ren­den Pro­zes­se der le­ben­di­gen Na­tur ent­ste­hen oh­ne len­ken­de Hand. Sie sind Er­geb­nis ei­ner Selbst­or­ga­ni­sa­ti­on, bei der ein­zel­ne Mo­le­kü­le den Ge­set­zen von Che­mie und Phy­sik fol­gen und des­halb ei­ne Struk­tur bil­den.

Ist das die Ba­sis des Le­bens? Das Pro­dukt die­ses na­tür­li­chen Pro­zes­ses der Selbst­or­ga­ni­sa­ti­on kann le­bens­nah sein, wie die Wand ei­ner Zel­le. Aber es kann auch sehr in­dus­tri­ell wer­den, wie die Bio-Ma­te­ria­li­en, die Ehud Ga­zit pro­du­ziert. Der Che­mi­ker an der Uni­ver­si­tät Tel Aviv hat die Selbst­or­ga­ni­sa­ti­on von Ami­no­säu­ren un­ter­sucht, die häu­fig in Säu­ge­tie­ren vor­kom­men und durch be­stimm­te Ge­ne ge­bil­det wer­den. „Wir fin­den kom­ple­xe Struk­tu­ren die­ser Ami­no­säu­ren bei­spiels­wei­se in den re­flek­tie­ren­den Au­gen der Kro­ko­di­le und im Far­ben­spiel der Cha­mä­le­ons“, er­klärt er. Doch wenn Ga­zit die Be­din­gun­gen für die Selbst­or­ga­ni­sa­ti­on ver­än­dert, ent­wi­ckeln die Pro­duk­te ei­nen ho­hen tech­ni­schen Cha­rak­ter. „Un­se­re auf die­sem Weg her­ge­stell­ten Bio-Pep­ti­de be­sit­zen ei­ne ähn­li­che Fes­tig­keit wie Me­tal­le“, er­klärt er. Die­ses Prin­zip lässt sich be­lie­big aus­wei­ten. Der nie­der­län­di­sche Che­mi­ker Rein Uli­jn hat 20 Ami­no­säu­ren, die als Ba­sis-Baustei­ne für le­bens­wich­ti­ge Pep­ti­de iden­ti­fi­ziert wur­den, auf ih­re Fä­hig­keit zur Selbst­or­ga­ni­sa­ti­on un­ter­sucht. Die kur­ze Zu­sam­men­fas­sung ei­ner um­fang­rei­chen For­schungs­ar­beit: Die Ami­no­säu­ren bil­den vie­le in­ter­es­san­te Struk­tu­ren – aber wohl kei­ne, die man als Le­ben be­zeich­nen kann.

Vie­le Bio­lo­gen kon­zen­trie­ren sich des­halb auf das, was sie am bes­ten ken­nen: „Die Zel­le ist das, was das Le­ben aus­macht“, schlägt Sch­wil­le vor. Auch mensch­li­ches Le­ben be­ginnt mit der Fu­si­on zwei­er Zel­len – von Ei­zel­le und Sper­ma. Die Zel­le eig­net sich gut als mi­ni­ma­le Ein­heit. Sie be­sitzt ei­ne Hül­le und kann sich da­durch von der Um­ge­bung ab­gren­zen. Sie hat ei­nen Stoff­wech­sel, nimmt Ener­gie auf und pro­du­ziert le­bens­not­wen­di­ge Sub­stan­zen, die sie mit ih­rer Um­welt aus­tau­schen kann. Und die Zel­le be­sitzt et­was, das Men­schen gern mit Le­ben ver- bin­den – ei­ne Iden­ti­tät, ei­ne Steu­er­ein­heit, näm­lich das Erb­gut: die DNA mit den Ge­nen.

So rich­tet sich die For­schung auf die Fra­ge, was denn die Mi­ni­mal­aus­stat­tung ei­ner Zel­le um­fasst. Wie sieht die ein­fachs­te Form des Le­bens aus? Ei­ni­ge Mecha­nis­men ei­ner Zel­le sind ein­fa­cher als er­war­tet. Die Zell­tei­lung bei­spiels­wei­se wird von nur zwei Mo­le­kü­len kon­trol­liert. Das ha­ben Pe­tra Sch­wil­le und ihr Team ent­deckt. Ei­nes der Mo­le­kü­le formt durch Selbst­or­ga­ni­sa­ti­on ei­nen Ring, der im­mer en­ger wird und schließ­lich die Zel­le zwingt, sich in zwei Hälf­ten zu tei­len.

Das Stre­ben nach Mi­ni­ma­lis­mus lässt sich leicht bei den Ge­nen aus­tes­ten. Bio­lo­gen der Uni­ver­si­tät Göt­tin­gen ha­ben den Heu­ba­zil­lus auf das We­sent­li­che re­du­ziert. Das Bak­te­ri­um ist für Bio­lo­gen über­schau­bar, es be­sitzt we­ni­ger als 5000 Ge­ne, von de­nen aber nur 610 exis­ten­zwich­tig sind. 40 Pro­zent der Ge­ne des „Ba­cil­lus sub­ti­lis“las­sen sich aus­schal­ten, oh­ne das Bak­te­ri­um zu ge­fähr­den. Es wächst wei­ter und teilt sich noch. „Wenn wir wei­te­re Ge­ne aus­schal­ten, schrän­ken wir die Über­le­bens­fä­hig­keit des Bak­te­ri­ums ein“, er­klärt Jörg Stül­ke. Der Or­ga­nis­mus wer­de emp­find­li­cher, die Tei­lung lang­sa­mer und die Sta­bi­li­tät des Ge­noms neh­me ab. Letzt­lich wird die Le­bens­dau­er des Heu­ba­zil­lus ver­rin­gert. Die Bio­lo­gie be­wegt sich da auf dem schma­len Grat zwi­schen Le­ben und dem dau­er­haf­tem Über­le­ben.

Sind die 610 Ge­ne des Heu­ba­zil­lus al­so die Ba­sis des Le­bens? Sind sie die Gr­und­aus­stat­tung für al­le pri­mi­ti­ven Le­bens­for­men? Der Düs­sel­dor­fer For­scher Wil­li­am F. Mar­tin wi­der­spricht. Er un­ter­sucht den An­fang des Le­bens aus der an­de­ren Rich­tung: Wie ent­stand Le­ben auf der un­be­leb­ten Er­de? Nach sei­ner An­sicht hat die DNA der ers­ten Le­bens­for­men vor drei Mil­li­ar­den Jah­ren an­de­re Auf­ga­ben er­fül­len müs­sen als heu­te und sah des­halb an­ders aus. Seit­dem sorgt die Evo­lu­ti­on da­für, dass sich Le­ben an sich ver­än­dern­de äu­ße­re Be­din­gun­gen an­pas­sen kann.

„Le­ben be­sitzt ei­ne un­fass­ba­re Kom­ple­xi­tät“, sagt Sch­wil­le. Es ist ei­ne Er­klä­rung, war­um die Na­tur­wis­sen­schaft sich mit ei­ner Ant­wort auf die Fra­ge, wie sich Le­ben de­fi­nie­ren lie­ße, so schwer­tut.

Na­tür­lich kann das prak­ti­sche Fol­gen ha­ben: Wenn die US-Welt­raum­be­hör­de Nasa et­wa frem­des Le­ben im Welt­raum sucht, wird sie es mög­li­cher­wei­se gar nicht er­ken­nen. Sie ist al­so wei­ter höchst re­le­vant, die Ur­fra­ge, was Le­ben ei­gent­lich ist.

„Le­ben ist ir­gend­wie in der La­ge, Ord­nung zu

schaf­fen“

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