Herbst 2016

Wissenschaft & Umwelt

Das Leben - ein Mysterium

Ramesh Patel

Seit Urzeiten versucht der Mensch, zu ergründen, wie und warum das Leben begann. Kommen wir der Lösung des Rätsels näher?

Im Oktober 1939 beschrieb Sir Winston Churchill Russlands potenzielle Rolle im Zweiten Weltkrieg mit der berühmten Formulierung: „ein Rätsel innerhalb eines Mysteriums, umhüllt von einem Geheimnis“. Seither wurde dieser Aphorismus auf alles Mögliche angewendet, nicht zuletzt auf das Leben selbst. Moderne Wissenschaftler haben sehr große Mühen auf sich genommen, um das Geheimnis zu lüften, doch bislang ohne Erfolg. Das Leben ist so viel mehr als eine Ansammlung von Molekülen – wunderbar komplex und schwer zu verstehen.

Es mag überraschen, doch wo die Wissenschaft versagt und die Erklärung schuldig bleibt, was Leben ist, bietet eine oft ignorierte und schlechtgemachte Quelle eine aufschlussreiche Sicht: die Bibel.

Eine Aussage über das Leben, die in gewisser Weise bestätigt, was die Wissenschaft meldet, findet sich im dritten Buch Mose im Alten Testament. Dort steht: „Des Leibes Leben ist im Blut“ (3. Mose 17, 11a). Über den Menschen heißt es: „Da machte Gott der HERR den Menschen aus Erde vom Acker und blies ihm den Odem des Lebens in seine Nase. Und so ward der Mensch ein lebendiges Wesen“ (1. Mose 2, 7). Sowohl der Bibel als auch der Wissenschaft zufolge hängt menschliches Leben also von Blut und dem „Odem [Atem] des Lebens“ ab – d. h. vom Sauerstoff, den das Blut durch den Körper transportiert. Weiter schreibt Salomo, Menschen und Tiere „haben ‚einen‘ Odem“ (Prediger 3, 19). Es gibt bei diesen Lebewesen also eine Gemeinsamkeit auf sehr grundlegender Ebene – etwas, was auch die Wissenschaft besagt.

Die wissenschaftlichen und die biblischen Aussagen über eine der Voraussetzungen für das Leben stimmen also im Wesentlichen überein – was manchen Menschen als die ultimative Ironie vorkommen mag. Aber was ist Leben eigentlich? Wird eine evolutionäre Weltsicht uns helfen, besser zu verstehen, was sein Ursprung und Zweck ist?

Leben definieren

Kann man Leben definieren? Die Biologie und ihre Schwesterdisziplinen haben in den letzten 70 Jahren spektakuläre Fortschritte gemacht; inzwischen ist es recht einfach, zu erklären, woraus ein lebender Organismus besteht, welche Prozesse in ihm ablaufen und warum sie ablaufen – aber nicht, was Leben ist.

Stellen wir uns einen gerade gestorbenen Frosch neben einem lebenden Frosch vor. Was ist der Unterschied zwischen beiden? Der lebende Frosch ist zu Wahrnehmungen fähig und ein autonomes Wesen, der tote dagegen weist diese Merkmale nicht mehr auf. Der lebende Frosch reagiert auf äußere und innere Reize und ist zu Selbserhaltungsprozessen wie Nahrungsaufnahme, Atmung und Fortpflanzung fähig. Der tote Frosch ist nur noch eine Ansammlung von Molekülen; mit der Zeit wird sein Körper in die Elemente zerfallen, aus denen er besteht.

Was wurde aus dem Leben des Froschs, als er starb? Ging er an einen anderen Ort, vielleicht in einen Froschhimmel? König Salomos Antwort lautete: „Es geht dem Menschen wie dem Vieh: Wie dies stirbt, so stirbt auch er. […] Es fährt alles an ‚einen‘ Ort. Es ist alles aus Staub geworden und wird wieder zu Staub“ (Prediger 3, 19–20). „Staub zu Staub“ – das hören wir oft.

Haben wir seit Salomos Zeit etwas dazugelernt? Durch erschöpfende Experimente haben wir den Prozess Leben tatsächlich in seine Einzelteile zerlegt. Aber wie alles, was wir auf seine kleinsten Bestandteile reduzieren, geht das Wesen des Untersuchungsgegenstands dabei verloren. Ist Leben lediglich eine Ansammlung physiochemischer Prozesse? Definieren diese Prozesse, was Leben ist? Natürlich laufen sie in einem Organismus ab, solange dieser „lebendig“ ist. Jedes Lebewesen ist ein integriertes System, ebenso wie ein Fahrrad: Wenn man dieses in seine Einzelteile zerlegt, ist es kein Fahrrad mehr.

Biologen – die Wissenschaftler, die sich der Erforschung lebender Systeme widmen – […] stehen weiterhin vor einem Rätsel, was Leben ist, und Physiker mit ihrem tiefen Wissen um die grundlegendsten Gesetze der Natur sind nicht weniger verwirrt.“

Addy Pross, What Is Life?

Dasselbe gilt für all die molekularen „Maschinen“ innerhalb eines lebenden Organismus, bis hinunter zur Ebene seiner Zellen. Diese Maschinerie ist nur vorhanden, weil ein lebender Organismus die Fähigkeit in sich hat, sie aufzubauen. Diese Fähigkeit, chemisch lebendig zu sein, haben seine Eltern an ihn weitergegeben; diese hatten sie wiederum von ihren Eltern und so weiter.

Leben zu definieren ist eindeutig keine einfache Angelegenheit; viele Menschen sehen darin eher eine philosophische als eine naturwissenschaftliche Frage. Einige Wissenschaftler meinen sogar ganz offen, dass Leben zu definieren unmöglich sei. Der Chemiker Addy Pross beispielsweise räumt in seinem Buch What Is Life? ein: „Der Versuch, ein Etwas zu definieren, das zu verstehen wir noch Mühe haben, ist vergebens.“

Historische Theorien

Wenn selbst die brillantesten Wissenschaftler Mühe haben, das Wesen des Lebens zu verstehen, wie steht es dann um die Frage nach dem Ursprung des Lebens? Wie erklären sie ihn? Wie Leben überhaupt entstanden ist, fragt sich die Menschheit seit der Antike, und es ist noch heute ein Mysterium.

Aristoteles schlug als Erklärung für den Ursprung des Lebens eine spontane Entstehung aus unbelebter organischer Materie vor. Offenbar wurde diese Vorstellung durch Beobachtungen verstärkt, wie aus verwesendem Fleisch Maden oder aus Staub Flöhe hervorkamen.

Eine andere aus der Antike stammende Theorie ist die Präformationslehre. Hippokrates und andere glaubten, Lebensformen entstünden in der Keimsubstanz eines oder beider Elternteile und enthielten alle adulten Strukturen in Miniaturgröße. Diese entwickelten sich dann durch das Hinzukommen von Masse weiter. Varianten dieser Sichtweise wurden im späten 17. Jahrhundert wieder populär für Versuche, zu erklären, wie Gott Leben gestaltete. Der französische Philosoph und Priester Nicolas Malebranche lehrte, jedes Lebewesen, das jemals existieren werde, sei tatsächlich zum Zeitpunkt der Schöpfung entstanden.

Als man durch immer stärkere Mikroskope beobachten konnte, wie sich die embryonalen Zellen früher Entwicklungsstadien allmählich verändern und spezialisieren, um verschiedene Organe und andere Strukturen zu bilden, wurde die Präformation verworfen. Neue Individuen, erkannten Forscher, entstehen durch die Kombination aus Ei und Samen, nicht aus einem vorgeformten Gebilde innerhalb einer Ei- oder Samenzelle.

Der holländische Kaufmann Antoni van Leeuwenhoek (1632–1723) beobachtete durch ein Mikroskop mit nur einer Linse, das er entwickelt hatte, als Erster zelluläres Leben; doch seine Bezeichnung „Animalculae“ (Tierchen) setzte sich nicht durch. Sein Zeitgenosse Robert Hooke war es, der das Wort „Zelle“ prägte. Dann verging ein weiteres Jahrhundert, ehe der deutsche Botaniker Matthias Jakob Schleiden 1838 zu dem Schluss kam, dass alle Pflanzengewebe aus Zellen bestehen. Ein Jahr später erkannte Theodor Schwann das Gleiche bezogen auf Tiere. So kamen Botanik und Zoologie in der „Zelltheorie“ zusammen. 1855 leisteten die Mediziner Rudolf Virchow und Robert Remak einen wichtigen Beitrag über die Zellregeneration. Ihre Arbeiten führten zu der Erkenntnis, dass lebende Zellen ausschließlich aus vorher existierenden Zellen entstehen, und zur Formulierung des biogenetischen Gesetzes als Bestandteil der Zelltheorie.

Wenn es eine Person gab, die mehr als alle anderen dafür verantwortlich war, Ordnung in die Wirrnis zu bringen, die den Ursprung tierischer Zellen umgab, dann war es Robert Remak.“

Henry Harris, The Birth of the Cell

Der französische Mikrobiologe Louis Pasteur, berühmt für medizinische Entdeckungen, die die Keimtheorie bestätigten, hämmerte sozusagen den letzten Nagel in den Sarg der spontanen Entstehung. 1862 führte Pasteur ein Experiment durch, bei dem er eine Brühe sterilisierte, indem er sie kochte und luftdicht verschloss – denn er glaubte, dass sich in der Luft Keine befänden. Er zeigte, dass die einst unbelebte Brühe nur dann mit Bakterien kontaminiert wurde, wenn sie eine gewisse Zeit mit Luft in Berührung kam. Dies führte zu dem Schluss, dass aus unbelebter Materie nicht spontan Leben entsteht. Die Vorstellung einer Abiogenese (Entstehung von Leben aus Nichtleben) konnte man nun auf wissenschaftlicher Basis hinter sich lassen.

Zurück zur spontanen Entstehung

Als Pasteurs Experiment die Abiogenese widerlegte, war Charles Darwins Über den Ursprung der Arten durch natürliche Zuchtwahl schon seit drei Jahren veröffentlicht. Darwin umging die Frage nach dem Ursprung des Lebens und hielt sich zum Thema der spontanen Entstehung bedeckt. Nur einmal schrieb er (in einem privaten Brief von 1871), das Leben könnte in irgendeinem „warmen, kleinen Teich“ auf dem Weg der chemischen Evolution entstanden sein. Er bekannte sich zum Agnostizismus und sagte sonst wenig über die erste Ursache des Lebens selbst. Allerdings rückte er Gott ein wenig näher, als er in der 1860er-Auflage von Über den Ursprung der Arten schloss: „Es liegt Größe in dieser Sicht des Lebens, mit seinen vielfältigen Kräften, die ursprünglich vom Schöpfer in einige Formen oder in eine einzige eingehaucht wurden.“

Doch die Vorstellung von dem warmen, kleinen Teich war ein Stichwort für andere Forscher. Durch sie inspiriert, postulierten der russische Biochemiker Alexander Oparin und der schottische Physiologe John B. S. Haldane in den 1920er-Jahren, die Bedingungen, die in der Frühzeit der Erde mit ihrer wasserstoffhaltigen Atmosphäre herrschten, hätten die Entstehung organischer Moleküle begünstigt, die später die Evolution des Lebens ermöglicht hätten. Damit widersprachen sie den experimentellen Ergebnissen von Pasteur und Remak – so wurde die spontane Entstehung wieder aus der Versenkung in der „Ursuppe“ hervorgeholt.

Der Physiker Erwin Schrödinger unterstützte 1944 in seinem Buch Was ist Leben? die Hypothese Haldanes, indem er das nicht definierbare „Wunder“ des Lebens im Wesentlichen auf eine chemische Reaktion reduzierte. Leben sei lediglich Materie in Bewegung. Chemie und Physik wurden in die Biologie integriert; dies beschleunigte die Entstehung der Molekularbiologie und wichtige Entdeckungen wie die der Struktur der DNS (Desoxyribonukleinsäure, engl. DNA). Dadurch hatte Schrödinger einen tief greifenden Einfluss auf alle späteren Wissenschaftler, die nach dem Ursprung des Lebens forschten, indem er sie ermutigte, diesen Aspekt im Sinn einer chemischen Evolution zu untersuchen.

Die bekanntesten Forscher auf diesem Gebiet waren die amerikanischen Chemiker Stanley Miller und Harold Urey, die die Szene betraten, als sich der Glaube an die spontane Entstehung von Leben durch chemische Evolution mehr und mehr verbreitete. Das Miller-Urey-Experiment von 1953 simulierte auf der Basis der Hypothese von Haldane und Oparin angenommene präbiotische Bedingungen. Das Experiment war ein Erfolg: Es zeigte, dass für Leben relevante organische Verbindungen auf der frühen Erde entstanden sein könnten. Unter den gewonnenen Verbindungen waren einige Aminosäuren in sehr geringen Mengen. Da Aminosäuren die Bausteine von Proteinen sind, wurde das Experiment zunächst als Quasibeweis dafür gefeiert, dass organische Chemikalien – und letztlich Leben – durch zufällige chemische Evolution gebildet werden konnten.

In einem Interview von 1996 sagte Miller, dass an dem Experiment Folgendes entscheidend sei: „Zwar ist die Zusammensetzung der Urzeit-Atmosphäre umstritten, aber wir haben gezeigt, dass man entweder eine reduzierende Atmosphäre hat – oder die für Leben erforderlichen organischen Verbindungen nicht hat.“ Doch war die Atmosphäre der Urzeit tatsächlich wasserstoffhaltig, sauerstofflos und reich an Methan und Ammoniak, wie es das Haldane-Oparin-Modell postuliert hatte und wie es auch Miller annahm?

Leider erwies sich die Euphorie über das Miller-Urey-Experiment als leicht verfrüht, aus verschiedenen Gründen.“

Paul Davies, The Fifth Miracle: The Search for the Origin and Meaning of Life

Der Physiker Paul Davies schrieb: „Geologen denken nicht mehr, dass die frühe Atmosphäre dem Gasgemisch in Millers Glaskolben ähnelte“ (The Fifth Miracle, 1999). Er fuhr fort, Wasserstoff, das leichteste Element, wäre sehr schnell in den Weltraum entwichen, und ein Reichtum an Methan und Ammoniak auf der frühen Erde sei „unwahrscheinlich“. Methan entsteht durch lang anhaltenden Druck auf vergrabene Vegetation. Doch auf der unbelebten Erde habe es keine Vegetation gegeben. Gab es dann vielleicht aufgrund anderer Faktoren Methan in der Frühzeit? Oder vielleicht war einfach kein Methan da. Spätere Studien haben ergeben, dass die Atmosphäre der frühen Erde tatsächlich arm an Methan und dafür reich an Sauerstoffverbindungen war.

Um zu Haldanes Ursuppe zurückzukommen: Nehmen wir an, es sei möglich gewesen, aus verschiedenen Chemikalien einschließlich Methan Aminosäuren zu bilden. Wie lange wären sie verfügbar gewesen, um ein Protein zu bilden? Wie lang ist ihre chemische Haltbarkeitsdauer in dieser instabilen Umgebung? Selbst in einem Best-Case-Szenario, d. h., wenn tatsächlich Aminosäuren entstanden, wären zu gleichen Teilen linksdrehende und rechtsdrehende Versionen vorgekommen. Proteine in lebenden Systemen sind ausschließlich linksdrehend. Die spezifische Affinität für das eine anstelle des anderen ist ein weiteres Rätsel des Lebens.

An Theorien und Hypothesen herrscht nach wie vor Überfluss, nicht anders verhält es sich mit den Gegenargumenten. Heute gilt es als belegt, dass Millers Experiment nicht die Atmosphäre der Urzeit simulierte. Doch selbst wenn das der Fall gewesen wäre, hätten die Konzentrationen der gewonnenen „Zutaten“ nicht denen geähnelt, die heute Leben ermöglichen. Und die Gewinnung einiger weniger Aminosäuren ist kein Beweis dafür, dass es in einer Ursuppe zu einer spontanen Entstehung von Leben in Form von Zellen kam.

Die Welt der RNS

Es scheint wenig glaubhaft, dass sich die Zelle mit ihren komplexen und detaillierten Abläufen einfach selbst zusammenbauen konnte, selbst wenn sie dafür nahezu unbegrenzt Zeit hatte. Auch wenn man z. B. die Vererbung auf das Einfachste reduziert, steht man bald vor unüberwindlichen Problemen. Wenn sich eine Zelle teilt, wird ihre DNS kopiert. Dieser Kopiervorgang erfordert spezialisierte Proteine und bestimmte Begleitmoleküle, die als RNS (Ribonukleinsäuren, engl. RNA) bezeichnet werden. Ohne sie könnte die DNS nicht repliziert werden. Doch eine Zelle bildet diese Proteine und Säuren anhand des Informationscodes, der in der DNS gespeichert ist. Wenn jedoch bei der DNS-Synthese eine komplexe Sequenz spezialisierter chemischer Mitspieler erforderlich ist und diese Proteine ohne den DNS-Code nicht gebildet werden können, dann haben wir es mit einem offenbar unlösbaren Dilemma zu tun. Wenn Proteine DNS-Baupläne benötigen und die Vererbung dieser Baupläne wiederum Proteine erfordert, wie kann man dann über eine Zelle, einen Bauplan hinauskommen?

Heute funktioniert dieser Prozess natürlich bestens. Sonst würde Ihr Körper, der aus etwa 30 Billionen Zellen besteht, nicht existieren. Aber wie hätte dieser Kopiervorgang in jener imaginären Urzelle zum ersten Mal vonstattengehen können?

Michael P. Robertson und Gerald F. Joyce, die die Entstehung des Lebens erforschen, antworten darauf: „Heute weisen starke Indizien darauf hin, dass in der Frühzeit der Erde tatsächlich eine RNS-Welt existierte.“ Bedeutet das auch, dass das Leben mit der RNS begann? Das halten sie für unwahrscheinlich: „Es wurde einmal als ,Traum des Molekularbiologen‘ bezeichnet: […] die Vorstellung, dass alle Bestandteile der RNS in einer Art präbiotischem Tümpel verfügbar waren, und dass diese Bestandteile sich verbunden und repliziert und zu Polynukleotiden entwickelt haben könnten, ohne dass sich zuvor überhaupt Makromoleküle entwickelt hätten. Doch eine gründliche Analyse dieser Vorstellung ,zuerst RNS‘ bei der Entstehung des Lebens löst unvermeidlich den ,Alptraum des Molekularbiologen‘ aus – mit Visionen der unmöglich zu handhabenden Mixturen, die bei Experimenten gewonnen werden, mit denen die Chemie der Urerde simuliert werden soll.“

Miller und der Biologe Antonio Lazcano sind zu folgendem Schluss gekommen: „Es ist unwahrscheinlich, dass RNS selbst mit AUCG [ihren vier Basen Adenin, Uracil, Cytosin, Guanin] und einem Ribose-Phosphat-Rückgrat ein präbiotisches Molekül ist.“

Angesichts dessen scheinen die mit einer chemischen Evolution von Leben verbundenen Probleme objektiv betrachtet unüberwindlich – ebenso wie die mit zufällig gebildeten Aminosäuren ohne eine Art übergeordneten Filter, der Chemikalien in bestimmte Bahnen führen kann. Dennoch beharrt der Chemiker Pross darauf: „Wir können die Möglichkeit nicht einfach ausschließen, dass präbiotische RNS-Nukleotide spontan entstanden sind, denn wie das alte Sprichwort besagt: Nichtvorhandensein eines Beweises ist kein Beweis für Nichtvorhandensein.“

Suche nach Antworten

Die Naturwissenschaft sucht weiter nach einer materialistischen Antwort auf den Ursprung des Lebens, weil materialistische Antworten die Sphäre der Naturwissenschaft sind. Doch die Gesetze des Lebens, die sie selbst entdeckt hat, scheinen darauf hinzudeuten, dass es keine materialistische Antwort gibt, die sie finden könnte. Wenn man jedoch die wissenschaftlichen Beweise dafür akzeptiert, dass Biogenese (die Hypothese, dass Leben nur von etwas Lebendigem kommen kann) eine Tatsache und Abiogenese nach wie vor kaum mehr als Wunschdenken ist, dann eröffnet sich in dem Nebel ein Weg, den man gehen kann, um das Mysterium Leben zu verstehen. Es gibt eine Quelle des Lebens, und sie ist uns näher, als den meisten Menschen bewusst ist. Doch bis die Menschheit bereit ist, diese Quelle anzuerkennen, wird der Ursprung des Lebens zweifellos ein verwirrendes Rätsel bleiben.

Das Leben ist ein unbestreitbares Wunder, und dass es Leben gibt, ist ein machtvolles Zeugnis für die Existenz eines ersten Gebers von Leben. Der Apostel Johannes schrieb über das Leben spendende Wesen Gottes und auf Jesus Christus bezogen: „Im Anfang war das Wort […]. In ihm war das Leben, und das Leben war das Licht der Menschen“ (Johannes 1, 1–4).

Johannes überlieferte auch die Worte von Jesus selbst: „Die Worte, die ich zu euch geredet habe, die sind Geist und sind Leben“ (Johannes 6, 63b). Dieses „Leben“ hat eine doppelte Bedeutung, denn es bezieht sich sowohl auf das physische Leben heute als auch auf das Potenzial für ewiges, nicht physisches Leben in der Zukunft.

Gott ist der Ursprung und der Bewahrer des Lebens in Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft (Kolosser 1, 17). Auf seinen Reisen kam der Apostel Paulus nach Athen; dort sagte er den stets neugierigen Griechen, es gebe einen Gott, den sie noch nicht erkannt hätten. Sie nannten diese Gottheit einfach den „unbekannten Gott“. Paulus erklärte, dieser geheimnisvolle Gott sei höher als alle anderen, die man sich vorstellen und personifizieren könne, denn er sei der wahre Schöpfer, „der die Welt gemacht hat und alles, was darin ist“. Auf Jesus anspielend, fuhr Paulus fort: „Er hat aus einem Menschen [„aus einem Blut“, Schlacherbibel 2000] das ganze Menschengeschlecht gemacht, damit sie auf dem ganzen Erdboden wohnen.“ Seine Absicht sei dabei gewesen, so Paulus, dass „sie Gott suchen sollen, ob sie ihn wohl fühlen und finden könnten; und fürwahr, er ist nicht ferne von einem jeden unter uns“ (Apostelgeschichte 17, 22–27).

Die naturwissenschaftliche Erforschung des Lebens wird immer faszinierend bleiben und zweifellos noch viel zusätzliches Wissen bringen, aber die Rätsel um das Leben selbst, die uns nicht in Ruhe lassen – seine Herkunft, seine Zukunft und sein letztlicher Zweck – können nicht im Labor gelöst werden. Denn die Antworten liegen außerhalb der Sphäre der Naturwissenschaften.