Leben

Eine dreieinhalb Milliarden Jahre lange Reise zu den Wurzeln des Lebens. Die Frage, was Leben ist und wie es entsteht, beschäftigt die Menschheit seit frühesten Zeiten. Das Rätsel des Lebens ist ungelöst.

Für Lebewesen, wie wir es sind, die ihre Umwelt bewusst wahrnehmen und darüber nachdenken können, muss die Geburt eines Kindes in den Anfängen der Menschheitsgeschichte ein gleichermaßen erschreckendes wie faszinierendes Ereignis gewesen sein: Aus einem weiblichen Individuum entsteht plötzlich ein zweiter Mensch. Wenig verwunderlich, dass es in vielen Urgesellschaften Matriarchatskulte gab, die dieses Mysterium rituell zu bewältigen versuchten. Im europäischen Altertum formulierten dann Naturphilosophen wie Empedokles im 5. Jahrhundert vor Christus die Vier-Elemente-Lehre. Ihr zufolge besteht alles Sein aus den vier Grundelementen, die damals noch Essenzen genannt wurden: Feuer, Wasser, Luft und Erde. Dieser Zugang zur Erklärung der Lebensprozesse ist auch insofern interessant, als hier qualitative Kriterien oder sogar Vorgaben für die Beschreibung des Lebens gemacht wurden.
Aristoteles als Stammvater der Naturwissenschaften definierte dann das Vorhandensein einer ‚Seele‘ zur Unterscheidung von der unbelebten Welt. Er unterschied drei verschiedene Stufen von Leben: An der Basis steht das nur durch Ernährung und Fortpflanzung gekennzeichnete Leben der Pflanzen, gefolgt vom zur Sinneswahrnehmung und Bewegung fähigen Leben der Tiere. Die Fähigkeit zu denken ordnete er nur dem auf der obersten Stufe stehenden Leben der Menschen zu. Während Aristoteles und seine Zeitgenossen die Geburt als Beginn des Lebens bei größeren Tieren beobachten konnten, war ihnen die Herkunft kleinerer Tiere wie Würmer und Insekten rätselhaft. Man vermutete, dass diese aus unbelebter Materie wie Abfällen durch ‚spontane Erzeugung‘ entstanden. Bis zum Mittelalter blieb dies auch die gängige Lehrmeinung. Man sprach von ‚generatio ex putrefactione‘ – Entstehung aus Fäulnis. Erst im 17. Jahrhundert breitete sich der Grundsatz ‚omne animal ex ovo‘ – ‚jedes Tier ist aus einem Ei entstanden‘
– aus. Der italienische Arzt Francesco Redi widerlegte 1668 die verbreitete Ansicht, dass Maden aus verfaulendem Fleisch entstehen. Er füllte drei Töpfe mit Fleisch. Einen dieser Kessel schloss er vollständig ab, den zweiten Topf ließ er offen und den dritten bedeckte er mit einem
dünnen Tuch. Über dem offenen Behälter schwebten nach drei Wochen Fliegen und in dem verschlossenen Topf war nichts Lebendiges zu entdecken. Auf dem Stoff des dritten Topfes fand er dann die winzigen, sich entwickelnden Insektenlarven.


Ein Elefant im Porzellanladen erzeugt Scherben, aber aus diesen Teilen entsteht nie ein neues Kaffeeservice.


Erst im 20. Jahrhundert machte die Erforschung des Lebens wesentliche Fortschritte. Diese waren bis in die 1970er Jahre von dem Leitsatz ‚Alles Leben ist Chemie‘ geprägt. Erwin Schrödinger, der österreichische Physiker und Begründer der Quantenmechanik, schrieb 1944 ein viel beachtetes Buch mit dem Titel ‚Was ist Leben?‘. Die zentrale These seiner Publikation war, dass sich Leben aus ‚negativer Entropie‘ ernährt. Entropie ist das Maß für die Unordnung eines Systems, und entsprechend dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik strebt unser ganzes Universum langfristig auf einen Zustand völliger Unordnung zu. Vereinfacht ausgedrückt: Ein Elefant im Porzellanladen erzeugt Scherben, aber aus diesen Teilen entsteht nie ein neues Kaffeeservice. Negative Entropie bedeutet daher das Herstellen von Ordnung, die laut Schrödinger bei lebenden Organismen durch Essen, Trinken, Atmen und den Austausch verschiedener Stoffe mit der Umgebung entsteht. Die Frage nach der Essenz des Lebens beantwortete er sehr prosaisch: Sie sei jede Materie, die wie eine Art Maschine Energie verbraucht und damit bei sich Ordnung auf Kosten ihrer Umwelt herstellt.

Die US-amerikanische Weltraumbehörde NASA beschreibt den Kern des Lebens noch einfacher: „Leben ist ein chemisches System, das zu darwinistischer Evolution fähig ist.“ Damit wird zumindest künstliche Intelligenz durch Computer ausgeschlossen, aber die Grenze, wo Leben beginnt und wo es sich von Molekülen unterscheidet, die sich zu komplexeren Substanzen zusammenfügen, bleibt damit ungeklärt. Paul Davies, ein britischer Physiker, ging anders an diese Frage heran und fragte sich in seinem Buch ‚The Fifth Miracle‘: Was tut Leben? Für ihn ist Leben durch folgende sechs Tätigkeiten gekennzeichnet:
Leben hat einen Stoffwechsel. Substanzen werden aus der Umgebung aufgenommen und verarbeitet, um daraus Energie zu gewinnen. Leben ist komplex und organisiert. Selbst winzige Organismen wie Bakterien setzen sich aus einer riesigen Anzahl kompliziert angeordneter Atome zusammen. Leben in Form einiger weniger Atome oder Moleküle gibt es nicht. Ein lebendiger Organismus kann nicht nur von sich selbst eine Kopie herstellen, sondern auch den Mechanismus, der das Kopieren ermöglicht, weitergeben. Leben entwickelt sich – im Unterschied zu Maschinen – im Lauf seiner Existenz. Leben macht von Generation zu Generation eine Evolution durch. Weder völlig identisches Kopieren noch Vervielfältigen des Vorgängers mit großen Fehlern ermöglicht das Überleben in einer sich immer verändernden Umwelt. Leben ist autonom in dem Sinn, dass ein Organismus ohne Steuerung durch andere existieren kann.
Diese Definition schließt manche Grenzformen des Lebens, wie zum Beispiel Viren, aus. Diese haben keinen eigenen Stoffwechsel und können sich nur dadurch vermehren, dass sie ihre genetischen Informationen in das Erbgut der Wirtszellen einschleusen. Vielleicht hilft bei der Suche nach der Essenz des Lebens die Frage weiter, wie Leben erstmals auf unserer Erde entstanden ist.
Charles Darwin äußerte in einem Brief an einen Freund die These, Leben könnte sich in einem ‚flachen, von der Sonne beschienenen Tümpel‘ entwickelt haben. Doch erste Spuren von Organismen konnten bereit vor circa 3,5 Milliarden Jahren auf unserem Planeten nachgewiesen werden. Damals war die Erde aber ein äußerst unfreundlicher Ort mit einer Atmosphäre aus Methan und Ammoniak, die noch dazu einem steten Bombardement von Kometen ausgesetzt war. In einem legendären Experiment bildete der Chemie-Nobelpreisträger Harold Urey 1953 die Atmosphäre der Urerde im Reagenzglas nach und ließ dann über einige Wochen elektrische Blitze auf diese ‚Ursuppe‘Apparatur einschlagen. Die Analyse der Reaktionsprodukte machte Furore, man fand darin über zwanzig neu entstandene, verschiedene Aminosäuren. Aus diesen organischen Verbindungen bilden sich Proteine, zentrale Bausteine des Lebens. So entstand die Vermutung, das Leben sei am Rande von Unterwasservulkanen, sogenannten ‚Black Smokern‘, entstanden. Aus dem Erdinneren kommen viele Elemente hervor, aus denen sich Aminosäuren bilden könnten. Und durch die heiße Lava gibt es auch ausreichend Energie, um chemische Reaktionen mög
lich zu machen. Und tatsächlich fand man dort auch genau jene zwanzig Aminosäuren, die in allen Organismen vorkommen. Rätsel gelöst? Bei weitem nicht! Denn mittlerweile weiß man, dass diese gefundenen Aminosäuren nicht durch Vulkane entstanden sind, sondern von dort aus lebenden Urbakterien stammen. Und bei experimenteller Überprüfung zeigte sich, dass sich Aminosäuren und andere chemische Elemente nicht so einfach zu Proteinen und vor allem zur DNA, dem Biomolekül, das alle Erbinformationen trägt, zusammenfügen. Selbst unter besten Laborbedingungen konnte man bislang keine künstliche DNA herstellen.


Leben ist und bleibt weiterhin rätselhaft.


Noch dazu würden im Meerwasser alle neu entstandenen Reaktionsprodukte sofort wieder fortgespült werden. Also suchte man nach porösen, steinernen Strukturen, die winzige Hohlräume enthalten, in denen sich komplexe Moleküle bilden könnten. Diese fand man auch in Form bestimmter Tonerden. Doch die Welt war damals noch zu heiß, Eiweiße und DNA hätten sich in 70 Grad heißen Ozeanen nie bilden können.
An dieser Stelle auf der Suche nach dem ersten Leben auf der Erde bedienen sich führende Wissenschaftler einer neuen Theorie, die wie in einem griechischen Theaterstück den Deus ex Machina holt, also das Problem durch eine außenstehende Macht zu lösen versucht. Leben entstand demnach zuerst auf dem Mars, wo es noch mehr Wasser, höhere Temperaturen als heute und die bereits erwähnten Tonerden gab. Diese Proto-Organismen wurden dann bei Meteoriteneinschlägen in Gesteinsbrocken weggeschleudert und landeten so auf der Erde, wo sie zu der heute bekannten Artenvielfalt evolvierten.
Eines kann man jedenfalls jetzt schon sagen: Leben ist und bleibt wweiterhin rätselhaft. n
Dr. Peter Iwaniewicz ist Kulturökologe, Wissenschaftsjournalist und unterrichtet an der Universität Wien. Als Kolumnist der Stadtzeitung ‚Falter‘ schreibt er über tierische Menschen und menschliche Tiere.

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